变压吸附设计说明书

1、蒙古宜化化工有限公司30万吨/年聚氯乙烯变压吸附装置（工程号：KY9304）工艺设计说明书设计阶段：施工图图号：KY9304-30-01天津渤海化工集团规划设计院中国天津2009年06月编制：方玉云09.6校核：陶建设09.6审核：许淑萍09.6目录 TOC o 1-5 h z 1概述61.1设计概况61.2原料、产品及副产品71.3公用工程参数及消耗量91.4生产制度和劳动定员102工艺122.2工艺原理122.3工艺流程叙述132.4设备选型说明142.5能源利用142.6主要控制指标152.7装置布置162.8吸附剂的装填及数量182.9消耗定额183管道设计203.1概述203.2变压

2、吸附装置工艺管道特性203.4管道及管道器材的选用213.5吸附剂装填注意事项223.6管道施工及验收223.7管架设计243.8静电接地与跨接243.9程控阀安装方向244防腐设计264.1设计范围264.2涂料选型264.3施工要求265绝热设计285.1概述285.2施工要求281概述1.1设计概况1.1.1设计依据1.1.1.1内蒙宜化（甲方）与四川开元科技有限公司（乙方）签订的 内蒙古宜化化工有限公司30万吨/年聚氯乙烯变压吸附装置合同及技术附件；1.1.1.2业主提供的气象、水文及地质概况、布置区域等设计基础资 料。1.1.2设计原则1.1.2.1采用先进、可靠的变压吸附气体分离技

3、术，技术方案力求新 近可靠，既要体现技术先进的优势，又要切实解决好工程放大和工程 配套问题。1.1.2.2贯彻“五化”（一体化、露天化、轻型化、社会化、国产化） 原则。1.1.2.3依托工厂现有设施，充分发掘工厂潜力，以节省投资，缩短 建设周期，创造尽可能好的经济效益和社会效益。1.1.2.4严格执行国家和行业有关设计规范、规定及标准。1.1.2.5本装置的原料及产品为易燃易爆物质，在设计中严格执行国 家及有关部委关于消防、环保、劳动安全与工业卫生的有关规范，采 取有效措施，改善劳动条件，保证安全生产。1.1.3设计范围及设计分工界区范围见图11.图11装置界区范围图中虚线内为本装置界区，点、

4、为界内外对接点。点：原料气进界区管道点：产品氢气出界区管道点：解吸气出界区管道点：废气排放管道1.1.3.2设计范围本设计为PVC尾气净化回收氯乙烯及提氢装置施工图设计，设计范围 包括界区内的工艺、设备、自控、土建、电气专业的工程设计。1.1.4装置建设概况1.1.4.1装置名称：氯乙烯尾气净化及提氢装置1.1.4.2装置代号：KY9304工程1.1.4.3装置设计能力：处理氯乙烯装置分馏尾气1800Nm3/h1.1.4.4年操作时间：8000小时1.2原料、产品及副产品1.2.1原料本装置原料为氯乙烯装置分馏尾气，由管道输送至界区。规格如下:压力：0.520.55MPa温度：-15-20C处

5、理量：1800Nm3/h组成：见表1 1表11原料气组成组分N2H2C2H3C1C2H2其余合计组成V%10 1559 6310 125921001.2.2产品气本装置产品有两种，分别为：1.2.2.1逆放和抽真空解吸出来的解吸气，解吸气经增压机加压后用 管道送往后序工段使用。规格如下：产品气流量：600Nm3/h产品气输出压力，0.05MPa产品气温度：608C组成：见表1 2表12产品气组成组成H2N2C2H3ClC2H2合计V%26.9310.1835.9426.951001.2.2.2产品氢气，规格如下:产品氢气流量：812Nm/h产品氢气输出压力：，0.1MPa氢气纯度：，99.9%

6、1.2.2.3副产品本装置副产品气为解吸气，就地高空排放。1.3公用工程参数及消耗量1.3.1公用工程参数电电压：380V AC10% 三相 频率：50HZ3220V AC10% 单相 频率：50HZ3仪表空气温度：常温压力：0.40.6MPa露点：-40C或比环境温度低10C要求净化、除尘、无油，符合仪表空气要求。置换氮气温度：常温压力：0.4MPa露点：比环境温度低10C,要求净化、除尘、无油。热水压力：0.30.5MPa温度：90C流量：0.50m3/h循环冷却水(a)上水温度：32C上水压力：0.20.3MPa(b)回水温度：高于上水35C回水压力：低于上水0.10.2MPa1.3.2

7、公用工程参数消耗量本装置公用工程消耗量见表14.表1-4公用工程消耗量一览表序号名称规格使用情况单 位小时消 耗量备注正常最大1电220V 50HZ连续KW2仪表照明用380V 50HZ连续KW132机泵用2仪表空 气压力：0.40.6MPa 温度：常温 露点低于环境温度 10C连续Nm3100程控阀调节用3置换氮 气压力：0.4MPa温度：常温纯度：N299.5%间断Nm3500开车初期使用4循环冷 却水压力：0.20.45MPa温度32C连续t10冷却器、真空 泵、增压机用5热水压力：0.30.5MPa温度：90C连续t0.5加热器用1.4生产制度和劳动定员本装置为连续运转装置，操作人员实

8、行五班三运转编制，每班操作工 2人（含值班长），另设技术员2人。装置维修、分析及管理定员由 工厂统一安排解决。表15劳动定员表序号岗1位班次每班人数小计备注1操作人员52102技术人员212合计122工艺2.1概述本装置采用变压吸附气体分离技术回收氯乙烯尾气中的氯乙烯，及提 纯氢气。装置处理氯乙烯尾气1800Nm3/h。本装置由PSAI、PSAII系统和逆放、抽真空系统等组成，装置分为两 个工序;100#净化工序、200#提氢工序。2.2工艺原理变压吸附的基本原理是：利用吸附剂对气体的吸附容量随压力变化而 变化的特性，吸附剂在选择吸附的条件下，加压吸附气体中的氯乙烯 组分和乙块组分，减压脱附这

9、些组分而使吸附剂得到再生。从而达到 产品气与杂质组分的分离。吸附器内的吸附剂对氯乙烯和乙块组分的吸附是定量的，当吸附剂对 氯乙烯和乙块组分的吸附达到一定量后，氯乙烯和乙块组分从吸附剂 上能有效地解吸，使吸附剂能重复使用时，吸附分离工艺才有意义。 故每个吸附器在实际过程中必须经过吸附和再生两个阶段。由此可 见，对每个吸附器而言，吸附过程是间歇的，必须采用多个吸附器循 环操作。本装置采用五塔操作，一塔进料、三次均压，抽真空解吸的变压吸附 工艺（简称5-1-3/V工艺）。整个操作过程在环境温度下进行。每个 吸附塔经过吸附（A）、顺放（PP）、一均降（E1D），=均降（E2D），三 均降（E3D）、逆

10、放（D），抽空（V）、三均升（E3R）、二均升（E3R）、 一均升（E1R）、终充（FR）等十一个操作步骤完成一个吸附周期，每 个吸附周期约30分钟。五个吸附塔依次执行吸附和再生操作，使原 料气连续稳定地输入，净化气连续稳定地输出。5-1-3/V工艺时序详见操作手册完成均压后的吸附器I内主要是氯乙烯和乙块组成等组分，通过逆 放、抽真空对吸附床层进行解吸，来自逆放、抽真空步骤排出的气体 统称为解吸气。解吸气经产品气缓冲罐缓冲及鼓风机加压后作为产品 用管道送往后工序使用。通过对吸附床层进行抽真空，使被吸附的氯 乙烯等组分进行更彻底的解吸。完成均压后的吸附器II内主要是氢气、氮气等组分，通过逆放、抽

11、 真空对吸附床层进行解吸，来自逆放、抽真空步骤排出的气体统称为 解吸气。解吸气高空排放。本装置核心技术是变压吸附（PSA）T艺，该工艺具有流程简单、能 耗低、自动化程度高、产品纯度高、成本低等优点，与深冷分离、膜 分离等工艺相比，更具有可靠性、灵活性及经济合理性。整个吸附分 离循环过程由计算机控制，全部实现自动化操作，装置操作弹性大， 能适应原料气量和组成的波动。2.3工艺流程叙述工艺管道及仪表流程图见图KY9304-32-101201从界外送来的0.500.55MPa, -10C的氯乙烯尾气经原料气加热器 （E101）加热到40C,再经流量计（FIQ-101）计量后，进入由5 台吸附器（A1

12、01AE）及一组程控阀组成的PSAI变压吸附系统。 变压吸附PSAI系统采用五塔操作，一塔进料、三次均压、抽真空解 吸的工艺流程。原料气自下而上通入一台正处于吸附状态的吸附器， 由其内部的吸附剂进行选择性吸附，氯乙烯等组分被吸附，其余组分 则穿过吸附床层，塔顶获得净化气。其余四个吸附塔分别进行其他步 骤的操作。变压吸附的十一个步骤由计算机控制完成。调节阀（HV-101、HV-201）控制最终充压步骤的气体量，调节阀 （PV-101、PV-201 ）用来调节吸附器（A101AE、A201AE）的吸附 压力。均压罐（V101、V202）用作吸附器（A101AE、A201AE）进行二均 降（E2D）

13、和二均升（E2R）时的储气罐。从吸附器（A101AE）顶部出来的净化气经调节阀（PV-101）调压， 再经流量计（FIQ-102）计量后，连续稳定地送至200#提氢。变压吸附I系统的解吸气来自吸附器的逆放和抽真空阶段。逆放阶段 压力较高的解吸气，经程控阀（KA-110）进入解吸气缓冲罐I （V102A） 缓冲、再经调节阀（PV-101）调压后进入解吸气缓冲罐II （V102B） 缓冲；逆放后期压力较低的解吸气则经程控阀KV-111）直接进入解 吸气缓冲罐II（V102B）;逆放结束后进入抽真空阶段，通过真空泵 （P101AE）抽真空解吸，抽出的解吸气经后冷却器（E102）冷却后 进入解吸气缓冲

14、罐（V102B），经增压机（C101ABC）升压后（0.06MPa） 进入冷却器（E103）冷却，冷却后的解吸气经调节阀（PV-106）调压 后作为产品气分两路送出界外。调节阀（PV-105）和调节阀（PV-106）控制增压机（C101ABC）进口 的压力。变压吸附PSAII系统采用五塔操作，一塔进料、二次均压，抽真空解 吸的工艺流程。原料气自下而上通入一台正处于吸附状态的吸附器， 由其内部的吸附剂进行选择性地吸附，氮气等组分被吸附，氢气则穿 过吸附床层，塔顶获得纯氢。其余四个吸附器分别进行其它步骤的操 作。变压吸附的纠葛步骤由计算机控制完成。从吸附器（A201AE）顶部出来的氢气经调节阀（P

15、V-201）调压，再 经流量计（FIQ-201）计量后，经过调节阀（PV-203、PV-205）降压 后连续稳定地送至界外。变压吸附II系统的解吸气来自吸附器的逆放和抽真空阶段。逆放阶 段压力较高的解吸气，直接用管道送至界外放空；逆放结束后进入抽 真空阶段，通过真空泵（P201ABC）抽真空解吸，抽出的解吸气就地 高空排放。2.4设备选型说明2.4.1本装置PSA系统的吸附器，以多元气体组分在压力多变下的动 态试验数据为依据，经计算确定各种吸附剂的装填量及装填顺序，并 根据气体的空塔速度及气体分配情况等确定吸附塔的直径，吸附塔采 用立式固定床。2.4.2均压罐均压罐的容积及尺寸根据工艺过程进行

16、计算和多年工程开发经验确 定。2.5能源利用2.5.1本装置的原料、产品气均设置了计量装置。2.5.2本设计采用的变压吸附为节能技术，其特点是：变压吸附过程在常温及不高的压力下操作，由于吸附循环周期短，吸 附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸引起的吸附器温 度变化不大。故变压吸附的吸附剂再生不需外加热源。2.6主要控制指标原料气压力：0.520.55MPa原料气温度：30C原料气流量：1800Nm3/h产品气压力：0.06MPa产品气温度：40C产品气流量：600Nm3/h产品氢气压力：0.1MPa产品氢气温度：40C产品氢气流量：812Nm3/h表2-1 100#工艺时序表步骤压力（MPa）温度（C）吸附A0.50W40C顺放PP0.45W40C均压降ED10.32W4