50000Nm3h焦炉煤气净化、转化制氢装置项目可行性研究报告

1、内蒙庆华集团庆华煤化有限公司 350000Nm/h焦炉煤气净化、转化制氢装置 档案号:1127 四川天一科技股份有限公司 四川 成都 2011年11月 可研负责人: 编制人员: 校核人员: 审核人: 审定人: 目 录 1 总论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 研究结论 . 7 2 产品的性质及用途 . 11 2.1 产品的性质和质量标准 . 11 2.2 产品的用途. 12 2.3 产品价格分析 . 14 3 产品方案和生产规模 . 16 3.1 产品方案 . 16 3.2 生产规模 . 16 3.3 产品质量指标 . 16 4 工艺技术方案 . 18 4.1 工艺技术方案选择 . 18

2、 4.2 工艺技术方案 . 19 4.3 物料平衡及消耗定额. 31 4.4 自控技术方案 . 34 4.5 主要工艺设备的选择. 40 4.6 标准化 . 48 5 原料及辅助材料供应 . 52 5.1 原料的规格. 52 5.2 公用工程规格及其消耗 . 52 5.3 辅助材料及性能指标. 54 6 建厂条件和厂址方案 . 55 6.1 建厂条件 . 55 6.2 厂址方案 . 57 7 公用工程和辅助设施方案. 58 7.1 总图运输 . 58 7.2 给排水 . 60 7.3 供电 . 60 7.4 电讯系统 . 61 7.5 仪表空气 . 61 7.6 供热 . 61 7.7 贮运设

3、施 . 62 7.8 土建工程 . 62 7.9 暖通 . 63 7.10 辅助生产设施 . 65 8 节能 . 67 8.1 概况 . 67 8.2 节能技术分析 . 67 8.3 主要节能措施 . 67 9 环境保护 . 70 9.1 建设地址环境质量现状 . 70 9.2 环境保护执行的相关法律法规依据 . 70 9.3 拟建项目主要污染源及污染物. 72 9.4 综合利用及治理方案. 75 10 劳动安全、职业卫生与消防 . 77 10.1 设计原则 . 77 10.2 生产过程中的职业危害、有害因素分析 . 77 10.3 安全卫生及消防措施 . 80 10.4 消防 . 84 10

4、.5 预期效果及评价 . 85 11 工厂组织和劳动定员 . 87 11.1 工厂体制和组织机构 . 87 11.2 生产班制和定员 . 87 11.3 人员来源和培训 . 88 12 项目实施规划 . 89 12.1 建设周期的划分 . 89 12.2 实施进度规划 . 89 13 投资估算和资金筹措 . 91 13.1 投资估算 . 91 13.2 资金筹措 . 92 14 经济效益评价 . 94 14.1 编制依据 . 94 14.2 基础数据 . 94 14.3 生产成本估算 . 95 14.4 财务评价 . 97 14.5 不确定性分析 . 98 14.6 评价结论 . 98 15

5、结论 . 100 15.1 综合评价 . 100 15.2 研究报告结论 . 101 附表: 1,投资使用计划和资金筹措表 2,固定资产折旧费估算表 3,年总生产成本费用估算表 4,流动资金估算表 5,销售收入和销售税金估算表 6,损益表 7,借款还本付息计算表 8,资金来源与运用表 9,资产负债表 10,财务现金流量表,全部投资, 11,敏感性分析表 12,财务评价主要指标表 附图: 1,总平面布臵图 2,工艺流程图 1 总论 1.1 概述 1.1.1 项目名称、主办单位及项目负责人 3项目名称:50000Nm/h焦炉煤气净化、转化制氢装臵 建设单位:内蒙庆华集团庆华煤化有限公司 建设地点:

6、内蒙古阿拉善乌斯太经济开发区 1.1.2 可行性研究报告编制的依据和原则 1.1.2.1 编制依据 (1) 内蒙庆华集团庆华煤化有限公司(甲方)与四川天一科技股份3有限公司(乙方)共同签定的50000Nm/h焦炉煤气净化、转化制氢装臵技术设计合同书。 (2) 建设单位提供的可行性研究基础资料。 (3) 化计发,1997,426号文化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定,修订本,。 (4) 国务院令第253号，1998年11月29日建设项目环境保护管理条例。 (5) 国家发展改革委、建设部20061325号文建设项目经济评价方法与参数,第三版, (6) 国石化规发,1999,195号化工建设

7、项目可行性研究投资估算编制办法,修订本,。 (7) 国家计委计办投资200215号文投资项目可行性研究指南,试用版,。 1.1.2.2 编制原则 (1) 充分利用建设单位的焦炉煤气资源，选择先进可靠的工艺技术、合理安排工艺流程，建设以焦炉煤气为原料的制氢生产装臵，变废为宝，既符合国家环保政策，又实现了资源综合利用。 . 1 . (2) 充分依托公司现有的辅助设施和生活福利设施，尽可能节省投资，缩短建设周期。 (3) 严格执行国家各类环境保护、职业安全及工业卫生等规定，避免污染，保护环境，保证安全生产。 (4) 对项目的费用和效益，本着实事求是、稳妥可靠的原则进行估算和评价。 1.1.3 项目提

8、出的背景、投资必要性和经济意义 1.1.3.1 建设单位基本概况 庆华集团是中国西部地区一家集采矿、选矿、炼焦、煤化工、冶金和物流产业为一体的大型民营企业集团、在十余年的发展历程中庆华集团以科学发展观为统领。依托雄厚的资源储备、科学的产业规划、完善的物流运营、蓬勃的科技研发和人性的管理文化做强做大企业，取得了经济效益，社会效益和环境效益的长足发展。 集团各子集团公司基本情况:为了简化集团公司内部管理，提高管理效率，充分发挥地域优势，形成具有特色的工程项目，庆华集团自2000年以来，分别先后组建了内蒙庆华集团、青海庆华集团、宁夏庆华集团、新疆庆华集团。 内蒙古庆华集团:作为母体集团的内蒙古庆华集

9、团公司成立于2000年8月，是一个集采矿、选矿、炼焦、煤化工、建材产业为一体的综合大型矿产资源开发企业，集团下属独立法人企业10个，分布在阿拉善盟三个旗及蒙古国。现有员工7000多人，其中各类专业技术人员1500余人，截至2008年底，集团总资产已达70亿元，年销售收入57亿元。 集团目前是中国煤炭百强企业和全国民营企业五百强，内蒙古自治区工业20强企业之一。2008年位于全国煤炭百强企业第19位、内蒙古民营企业第5位，同年年底被国家第六部委评为国家级循环. 2 . 经济试点企业。 目前内蒙古庆华集团有限公司在阿拉善经济开发区已建成44420010t/a焦化项目、2010t焦炉煤气制甲醇项目及

10、年产1010t甲醇制芳烃工程，庆华集团遵循循环经济、综合利用、清洁生产的发展方向。通过利用新技术、引进新设备，继续打造精深加工产业链，努力实现资源优势，技术优化向产品优势和经济优势转化。1.1.3.2 项目提出的背景、投资必要性和经济意义 氢气是重要的工业原料，也是今后主要的二次能源之一。氢既是一种能源材料，也是一种功能材料。氢气在国民经济的各个领域发挥着重要的作用。氢气以优良的物理化学性能广泛应用于石油炼制和石油化工的各种工艺过程、冶金工业、化学工业、电子工业、食品工业、医药工业、宇航工业和科学试验中等。氢气是我国国民经济发展过程中不可缺少的重要工业原料。 焦炉尾气中气体成份较复杂，是以氢气

11、为主的混合气体。焦炉煤气通过净化、蒸汽转化和PSA提氢装臵后最大限度的把焦炉煤气中的氢气提出作为后工序焦油加氢所用。 近几年随着煤化化工的崛起，许多煤化工原料可以从煤炭资源中加工而得，但有些化工产品不能或不能经济地从煤炭等资源中获得。 炼焦工业随着我国改革开放的不断深入发展，我国炼焦行业的生产规模已步入世界前列，焦化工业也随之迅速发展起来，现我国已发展成为世界最大的焦炭生产国家。以2001年为例，我国焦炭总产量为12406万，其中机焦产量为9400万吨/年，土焦产量为3000万吨/年。到目前为止焦化行业的好多后续产品还未得到很好的回收，如炼焦时产出的大量焦炉尾气一部分被作为化工原料另一部分被作

12、为燃料烧掉，还有大量的土焦根本没有回收直接放空烧掉，资源浪费严重。随着焦化的发展、土焦的不断取缔，以焦炉尾气为原料的化工项目在. 3 . 国内不断增加，另外近年来发达国家由于多种原因炼焦行业出现萎缩状态，焦化行业的后续产品日趋减少，导致煤焦化的后续深加工产品必然从发展中国家获取，因此煤焦化的后续深加工对我国的经济发展会产生深远意义。 本工程经焦炉煤气净化、转化、变换后，再最大限度的提氢，能产生规模效益，采用新技术、新工艺，不仅提高了资源的利用率，得到了高附加值产品，还提高了企业的经济效益，而且还会获得显著的环境效益和社会效益。本工程的建成将会对煤化工工业的发展起到推动作用。 1.1.3.3 技

13、术拥有单位概况 四川天一科技股份有限公司是1999年初经国家经贸委批准，由西南化工研究设计院优良资产组建并控股的股份有限公司，于2001年1月11日经中国证监会批准，在沪市A股上市，简称“天科股份”，股票代码为600378。 天科股份有900多名职工，有各类专业技术人员798名，公司下设研究室、工程公司和13个生产及辅助工厂。 天科股份主要从事甲醇及其下游产品、工业气体、变压吸附分离技术、基本有机化工、精细化工和化肥工艺技术研究和成套装臵的开发设计和工程总承包。近年来，人员素质、设计技术和装备水平大幅度提高，高科技产业在突飞猛进的发展，具有参与国际竞争的实力。例如主导技术产品之一的变压吸附气体

14、分离技术及装臵，开发、推广应用领域及其技术水平列世界前茅，被列入国家科技推广计划,合成芳樟醇及其生产维生素E的全套技术，产品质量达到国际水平,研究生产的各种高纯气体、标准气体在国内处于行业的领先地位。在已设计和施工建成的各种工业气体供气装臵、天然气或煤气为原料的低压合成甲醇、甲醇氧化制甲醛、甲醇裂解制氢、甲醇制二甲醚、甲醇脱. 4 . 氢路线制二甲基甲酰胺、甲醇法制甲烷氯化物、汽车用压缩天然气、芳樟醇制取异植物醇、糠醛制四氢呋喃等几百项工程，都具有较好的声誉，设计技术力量、工程业绩、管理水平都位居同行业前茅。 天科股份长期从事压力容器、DCS和PLC自控系统的设计或制造工作，下属有棠湖工业园区

15、阀门厂、天立压力容器设备制造厂、天宇自动化有限公司以及天阳吸附剂厂和各种催化剂厂。 其下属的工程公司(原西南化工研究设计院设计所)拥有雄厚的技术力量，具有一批优秀的工程设计、采购和施工管理、施工监理、工程概预算等专业人才，有丰富的现场施工实践经验，保证了工程设计项目的可靠性和先进性。工程公司现有专业设计技术人员160名，其中教授级高级工程师8名，高级工程师56名，工程师66名。有项目经理18名，一级注册建筑师1名，一级注册结构师2名，二级注册建筑师3名，高中级工程造价师13名，高中级概、预算资格10名，注册化工工艺师23名，注册咨询工程师9名，环境评价资格8名，国家级和四川省级监理工程师4名。

16、在工程公司的组织机构中，专业配备齐全。 该公司持有国家建设部颁发的化工石化医药行业甲级、建筑行业乙级工程设计证书,还持有压力管道设计证书,工程总承包证书,一、二、三类压力容器设计和压力容器分析设计资格证书,具有甲级工程咨询资格证书、甲级环境污染防治工程工艺设计资格证书及乙级建设项目环境影响评价资格证书等。2001年正式通过达标认证，取得了ISO9001认证书。 近年来，对外设计和工程承包的项目达数百余项，设计的项目多次荣获国家、部、省级优秀设计金奖、一等奖、二等奖，承担完成国家级攻关项目多项。 四川天一科技股份有限公司技术力量雄厚，装备精良，信誉可靠。. 5 . 可为客户提供从规划、可行性研究

17、、初步设计、施工设计、采购、安装至开车全过程服务。 1.1.4 研究范围 本报告将论述如下问题: (1) 项目建设的目的、意义。 (2) 提供优化、可行的工艺流程及所需的主要工艺设备,提供原材料、动力消耗及供应要求。 (3) 确定装臵布臵。 (4) 规划项目建设进度，确定生产组织及劳动定员。 (5) 提出本项目的环保治理措施及劳动安全防护措施。 (6) 进行投资估算及生产成本估算，在此基础上进行财务评价。 (7) 对建设项目作总体评价，提出存在问题及建议。 表1-1 项目组成表 序号 工序名称 主项编号 备注 焦炉煤气预净化工序 含污水处理 1 100 2 焦炉煤气预处理工序 200 含压缩

18、PSA-?工序 3 300 PSA-?工序 4 400 5 PSA-?工序 500 压缩净化工序 6 600 变换转化工序 7 700 8 脱盐水站 800 循环水站 9 900 空压站 10 1000 11 界内外管 1100 界外外管 12 1200 综合楼 含主控、分析、变配电站 13 1300 1.1.5 研究的主要过程 四川天一科技股份有限公司工程公司与建设单位签订的技术设计合同生效以后，四川天一科技股份有限公司工程公司仔细研究了该. 6 . 装臵的工艺技术方案，建设单位也及时提供了大量的基础资料，工程公司相关专业包括工艺、技经等专业设计人员投入可研工作，查阅了大量技术资料，并根据建

19、设单位提供的原料焦炉煤气的有关资料和数据进行计算和论证，通过技术比较和经济评价，推荐了较好的工艺技术方案，然后按化计发,1997,426号文化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定,修订本,及“建设项目经济评价方法和参数”,第三版,，国石化规发,1999,195号化工建设项目可行性研究投资估算编制办法,修订本,等有关规定的要求编写完成本报告，经审核、审定合格后打印成册，供建设单位及有关部门决策。1.2 研究结论 1.2.1 研究的简要结论 ? 本项目能够合理利用资源 本装臵系综合利用公司焦化装臵产生的焦炉煤气为原料生产氢气，装臵的建设符合国家的能源政策、环保政策及建设单位的发展规划。 ? 采

20、用的工艺技术先进 本项目经焦炉煤气净化、转化、变换后，再通过PSA提氢的工艺技术，具有工艺先进，技术成熟，产品纯度高，消耗定额低，生产成本低等特点。 ? 环保、安全卫生及消防措施落实 采用变压吸附等技术生产氢气，三废排放量较小，装臵建成后对周围环境影响较小，符合国家清洁生产的要求。同时在设计中注意安全生产及工业卫生，认真贯彻执行国家和地方的各项法规，采取了完善的安全消防措施，确保安全生产。 ? 项目在经济上可行 . 7 . 本装臵项目投入总资金为26638万元，其中建设投资为25030万元，建设期利息为621万元，流动资金为987万元。 年均总成本费用18807万元，年均实现销售收入35653

21、万元,含3副产品解吸气和蒸汽收入，产品氢气价格按1元/Nm计算，解吸气3价格按0.2元/Nm计算，蒸汽价格按80元/t计算,，年均利润13698万元，年均销售税金3148万元，经济效益较好。全投资内部收益率为57.42%,税前,，税前投资回收期2.84年,含建设期,，投资利润率51.42%，投资利税率63.24%，均高于行业平均指标，在经济上是可行的。 1.2.2 存在的主要问题和建议 (1) 因本装臵中大部分设备属非标设备，为保证工程进度，应尽早与供应商联系，落实供应厂家和供货时间, (2) 本项目技术先进，经济效益较好，建议尽快决策，使本项目尽快上马，早日实现其较好的经济效益和社会效益。

22、(3) 本项目盈亏平衡点为26.3%,达产第三年,。当销售价格、原材料价格、销售量和固定资产投资等各因素向不利方面变化10%时,单因素变化,，内部收益率仍远高于行业基准值，说明本项目具有较强的抗风险能力。 表1-2 综合技术经济指标 序号 指标名称 单位 数量 备注 3一 生产规模 原料气处理能力 Nm/h 50000 二 产品方案 3产品氢气 ?99.9% 1 Nm/h 40110 3副产解吸气 2 Nm/h 22508 3 副产蒸汽 t/h 7.5 三 年操作时间 小时 8000 四 主要原材料消耗 31 焦炉煤气 Nm/h 50000 转化催化剂 t/次 正常操作条件下3年 2 8.0

23、. 8 . 序号 指标名称 单位 数量 备注 变换催化剂 t/次 正常操作条件下3年 3 25.2 铁钼预加氢催化剂 t/次 正常操作条件下0.61年 4 23.4 5 铁钼加氢催化剂 t/次 23.4 正常操作条件下2年 6 镍钼加氢催化剂 t/次 7.0 正常操作条件下2年 氧化锌脱硫剂 t/次 正常操作条件下0.6年,单塔, 7 48 8 中温氧化锌脱硫剂 t/次 48 正常操作条件下1年,单塔, 9 t/次 正常操作条件下1年 83.40 吸附剂20 t/次 正常操作条件下1年 10 47.20 吸附剂50 t/次 正常操作条件下1年 11 吸附剂CNA-201 111.1 12 t/

24、次 正常操作条件下1年 244.65 吸附剂CNA-228 吸附剂CNA-210 t/次 正常操作条件下15年 13 394.2 t/次 正常操作条件下15年 14 吸附剂CNA-193B 223.5 吸附剂CNA-318 t/次 正常操作条件下1年 15 7.2 t/次 正常操作条件下3年 16 吸附剂CNA-324 230.1 t/次 正常操作条件下15年 17 吸附剂CNA-421 50.42 18 t/次 正常操作条件下3年 吸附剂CNA-561 4.53 19 t/次 正常操作条件下15年 吸附剂CNA-656 7.33 五 公用工程消耗 1 电 kWh/h 11949.5 ,含公用

25、工程及照明用电, 3仪表空气 已折电耗 2 Nm/h 240 软水 已折电耗 3 t/h 31.8 34 氮气 Nm/h 4000 开车初臵换用数小时 补充氮气 7000 循环水 已折电耗 5 t/h 2350 6 新鲜水 t/h 50 六 劳动定员 人 40 七 每小时能耗 GJ/h14.93 3 氢气单位产品能耗 GJ/千Nm 0.372 八 项目投入总资金 万元 26638 其中:建设投资 万元 25030 建设期利息 万元 621 流动资金 万元 987 九 年销售收入(含税) 万元 生产期平均 35653 销售税金及附加 万元 3148 生产期平均 十 年平均总成本 万元 18807

26、 . 9 . 序号 指标名称 单位 数量 备注 十一 年均利润总额 万元 13698 十二 财务评价指标 1 全投资内部收益率 % 57.42 税前 全投资内部收益率 % 46.52 税后 投资利税率 2 % 51.42 3 投资利润率 % 63.24 4 投资回收期 年 2.84 税前 ,含建设期, 投资回收期 年 税后,含建设期, 3.22 5 财务净现值 万元 69067 税前 财务净现值 万元 49894 税后 盈亏平衡点 达产第三年 6 % 26.3 . 10 . 2 产品的性质及用途 2.1 产品的性质和质量标准 氢气是已知气体中最轻的气体，虽然单质氢分子在大气中的含量只有千万分之

27、一，但以化合态形式存在的氢却是地球上最丰富的物质之一，在地壳纵深1km范围内，化合态氢,主要是水和有机物如石油、煤炭、天然气和生命体等,的质量组成约占1%，原子氢的组成约占15.4%。 氢,H,分子量2.016，氢是非极性分子，除氦外，氢分子间的2作用力最小。氢分子由两个原子构成，高温,25005000K,下，生成原子氢。常温下，分子氢无色、无臭、无毒、易着火，燃烧时呈微弱的白色火焰。其主要物理性质如表2-1所示。 表2-1 主要性质一览表 性 质 数 值 相对分子质量 2.016 摩尔体积,标准状态,/L 22.43 3密度,标准状态,/(kg/m) 0.08988 临界状态，温度/K 33

28、.18 压力 MPa 1.315 3 29.88 密度 kg/m三相点，温度 ? 13.947 7.042 压力 kPa -3 液体表面张力(20.0K)/(N/m) 2.00810比热溶,101.3 kPa，15.6 ?,kJ/(kg,k) 14.428 Cp 10.228 Cv 导热系数/mW/(m,k) 气体,在101.32kPa和0?, 166.3 117.9 液体,20.0K, 粘度 /Pa?S 气体,在101.32kPa和?, 13.54 12.84 液体,20.0K, 3 低燃烧热值/ kJ/m10785 . 11 . 氢分子有很高的稳定性，仅在很高的温度下才会有较大的离解度，成

29、为原子氢，原子氢是氢的一种最有反应活性的形式，它有极强的还原性。 H的标准有中国工业氢质量技术标准,中华人民共和国国家标2准工业氢GB/T3634-1995,，中国纯氢、高纯氢和超纯氢质量技术标准,中华人民共和国国家标准纯氢、高纯氢和超纯氢GB/T7445-1995,，SEMI电子工业用氢质量标准。 2.2 产品的用途 氢气是重要的工业原料，也是今后主要的二次能源之一。氢既是一种能源材料，也是一种功能材料。氢气广泛用于石油炼制和石油化工的各种工艺过程、冶金工业、化学工业、电子工业、食品工业、医药工业、宇航工业和科学试验中等等。 ,1,用于合成氨工业中，生产合成氨, ,2,用于甲醇生产, ,3,

30、广泛用于化工领域，生产各种化学品。如: 氢和一氧化碳组成C1化学合成工业最基础的原料合成气。由合成气可生产下列大宗化工产品:如醇类,甲醇、乙醇、乙二醇、低碳混合醇等,、含氧化合物,二甲醚、甲酸甲酯、醋酸,、液体燃料及合成烯烃。 烯烃的氢甲酰化。 不饱和烃加氢。 常见化合物的直接或间接加氢。如炔化加氢、脱羰加氢。 ,4,目前国外在石油炼制过程中早已采用全过程加氢。在国内，我国汽车保有量逐年增加，汽车尾气排放对大气污染日益严重，因而环保要求提高汽油、柴油质量,催化裂化产品结构,柴汽比,满足不. 12 . 了市场的要求,为此，必须降低催化裂化汽油中的烯烃含量,如采取优化操作降低烯烃含量技术、发展催化

31、裂化轻汽油的醚化技术、应用烷基化新技术,、降低催化裂化汽油中的硫含量,如采用原料加氢预处理技术、催化蒸馏加氢脱硫技术,、LCO生产低硫低芳烃柴油技术,如采用中压加氢改质技术、柴油深度脱硫脱芳烃技术,、采用催化裂化新技术等。因此在石油炼制过程中采用全过程加氢是大势所趋。以上各项技术和措施均需要大量氢气。 在石油炼制中，汽油炼制和柴油的催化裂解加氢工艺过程中及石油产品脱硫均需要氢气，而且氢气被大量用于润滑油精制，以提高润滑油油品的质量。 为了减少汽车尾气排放中的有害物质对大气的污染，各国对汽油中的硫和烯烃含量的要求越来越严格。我国汽油构成中催化裂化汽油,FCC汽油,占80%左右，所以降低FCC汽油

32、中的硫和烯烃含量，是满足未来清洁汽油新规格要求的关键。国内目前已开发出FCC汽油选择性加氢脱硫技术，克服了辛烷值损失较大的缺点。 又如我国炼油厂无论是硫酸法或氢氟酸法烷基化，由于工艺不配套，C原料均未经选择性加氢，因双烯的存在，造成烷基化过程中酸4渣多，酸耗大，质量下降。如果采用双烯选择性加氢技术，能明显提高烷基化油质量，有较好的经济效益。 ,5,在精细化工及医药行业中，用作加氢原料。如用于过氧化氢,双氧水,的生产中。目前国内许多厂家采用电解水制氢来生产双氧水，电耗高、生产成本高,每立方米氢气电耗高达5.5kWh,。 以氢气原料生产1,4-丁二醇。 用糠醛和氢气为原料生产四氢呋喃被认为是一种比

33、较经济可行的生产四氢呋喃的方法。我国是糠醛生产大国,生产能力60000t/a,，糠醛价格较低，因此，在国内用此法生产四氢呋喃较之其他几种方法. 13 . ,如丁二烯法、丁二醇法、顺酐法等,生产成本低。 氢气还用于加氢制叔戊醇、芳樟醇、异植物醇等医药、农药中间体,乙炔加氢酯化合成丙烯酸甲酯等。 此外，氢气还可用于:硝基苯加氢制对氨基苯酚,脂肪酸直接加氢制脂肪伯胺,脂肪酸经脂肪腈加氢制仲胺,硝基苯催化加氢制苯胺,D-葡萄糖催化加氢制山梨醇,苯加氢制环己烷，再制得己二醇,异丁醛和甲醇,或甲醛,缩合，再加氢制新戊二醇等。 ,6,在冶金工业中用于还原金属中的氧化物，防止某些金属和合金在热处理过程中被氧化

34、,氢还可用于精炼和热处理，诸如有色金属钨、钼、钛等的生产。 ,7,在电子工业中，高纯氢气用于电子材料、半导体材料和器件、集成电路以及电真空器件的生产,超纯氢主要用于大规模集成电路的制造中，提供还原气氛。 ,8,在玻璃行业中用于生产浮法玻璃。以提高玻璃质量和成品合格率。 ,9,高纯氢气在加工过程中还用作还原气和保护气。 ,10,采用能够可逆吸、放氢的吸氢合金，可开发出能量密度高、能迅速充放电的无公害电池。液氢用作火箭燃料和航天器推进剂。 ,11,液氢也常用于低温材料性能试验及超导研究中。 本项目产品氢气主要用作内蒙古庆华集团有限公司后工序50万吨/年焦油加氢项目所用。 2.3 产品价格分析 目前

35、国内氢气市场总体情况是南方地区氢气价格高于北方地区。3南方地区钢瓶装氢气价格大致在46元/Nm,如成都地区,，北方地3区氢气价格大致在34元/Nm,如抚顺地区,。 . 14 . 本项目根据国内氢气市场情况，本装臵氢气含税价格定为1.003元/ Nm。其定价依据是合理的。 3由于本项目副产混合解吸气的热值为4276:4636kcal/Nm，与原料焦炉煤气的热值相当，因此，本项目副产混合解吸气价格参考建设3单位提供的原料焦炉煤气价格，按0.20元/Nm计。 . 15 . 3 产品方案和生产规模 3.1 产品方案 本装臵是以内蒙古庆华集团有限公司焦炉煤气为原料，生产最终产品为氢气,?99.9%,。

36、根据国家发改委第9号令产业结构调整指导目录,2011年本,中第一类“鼓励类”中第三十八条“环境保护与资源节约综合利用”中的“15.三废综合利用及治理工程”，该产品方案既符合国家的产业政策和环保政策，也符合公司的企业发展规划。 3.2 生产规模 根据工艺技术条件和内蒙古庆华集团有限公司提供的原料焦炉3煤气的气量和组成，确定本装臵规模为:原料气处理量50000 Nm/h，3产品氢气输出流量为40110.12Nm/h，副产混合解吸气气量为22508.1 3Nm/h，副产中压蒸汽7.5t/h。 年操作时间按8000小时计。 3.3 产品质量指标 3.3.1 产品氢气规格 本装臵产品氢气应达到如下指标:

37、 表3-1 本装臵产品氢气的质量指标 序号 指标名称 数值 备注 氢气纯度,%(V) ?99.9% 1 2 CO+CO p.p.m?20 2 ?10 3 O p.p.m2 ?1 4 ?S p.p.m 5 压力，MPa ?2.5 温度,? ?40 6 3.3.2 副产品规格 . 16 . 3本制氢装臵可得副产混合解吸气流量为22508.1 Nm/h，该混合解吸气组成见表32。解吸气可送公司后续工段燃料系统作燃料。 表3-2 解吸气组成 组份 合计 H O N CH CO CO CH HO 22242nm2V% 23.872 0.155 4.414 30.038 11.491 24.102 5.3

38、26 0.603 100 混合解吸气压力:0.02MPa 混合解吸气温度:?40? 3混合解吸气热值:4276:4636kcal/Nm 同时，本制氢装臵还可得副产蒸汽7.5t/h。可减压至0.6MPa(G)送公司蒸汽管网。 蒸汽压力:3.9 MPa,G, 蒸汽温度:250? . 17 . 4 工艺技术方案 4.1 工艺技术方案选择 4.1.1 工艺路线的比较和确定 工业上制氢的方式有很多种，主要方法有: 1,电解水 2,以煤或焦炭为原料的煤气化法 3,以重油或渣油为原料的部分氧化法 4,以气态烃或液态烃为原料的水蒸汽转化法 虽然以甲醇为原料采用蒸汽转化法、用液氨为原料采用氨裂解也可以生产氢气，

39、但生产运行成本较高，不适宜于大型制氢装臵。 由于电解水法制氢耗电大、生产成本高，只是在氢气用量较小、纯度要求高，生产高附加值产品的企业,如稀有金属制造,使用，因此对于需要大量耗氢的炼油化工行业也是不适合的。 以煤或焦炭为原料的煤气化法目前大多用于化工原料,甲醇、合成氨,的生产过程中，近几年来也有直接用于制氢的实例，但因煤气化制氢的投资,加压气化如GE、shell等,投资较大，且流程长，“三废”处理复杂，因此一般不采用以煤或焦炭为原料的水煤气化法制取氢气。 煤焦化企业制氢装臵采用何种原料、何种工艺制取，主要与全厂煤焦化路线紧密相关，一般煤焦化厂根据其自身的特点，主要采用焦炉煤气为原料，经净化、转

40、化后，再最大限度的提取氢气，是较经济合理、切实可行的。 4.1.2 焦炉煤气蒸汽转化制氢技术 蒸汽转化制氢的原料一般是各种气态烃,主要是甲烷,。 焦炉煤气,经净化和提浓甲烷以后,和水蒸汽在催化剂的作用下，发生一系列反应，其主要反应为: . 18 . 蒸汽转化反应:CH + HO = CO + 3H -206.4 kJ/mol 422变换反应:CO + HO = CO + H +41.2 kJ/mol 222轻烃水蒸汽转化制氢整个转化反应在约830?:850?温度，3.0MPa左右压力下进行，工艺流程简单。 由于制氢装臵多建于焦化厂，其烃类原料有保证，且烃类蒸汽转化制氢工艺相对于煤气化、重油和渣

41、油部分氧化法工艺，还具有投资少、占地小、对环境的污染少，且操作方便等优点，故该工艺是制取工业氢气应用最广泛的方法。 本装臵根据庆华集团庆华煤化有限公司原料与产品结构平衡，提供给制氢的原料为焦炉煤气，焦炉煤气是较适合作水蒸汽转化制氢的原料。因此，本可研选择工艺成熟可靠、操作灵活方便、投资省、氢气成本低的水蒸汽烃类转化制氢工艺路线。 4.2 工艺技术方案 4.2.1 转化 预热后的转化原料气与水蒸气混合，在转化炉炉管内催化剂的作用下进行以下主要反应: 蒸汽转化反应:CH + HO = CO + 3H -206.4 kJ/mol 422变换反应:CO + HO = CO + H +41.2 kJ/m

42、ol 222预转化是指制氢的原料,从天然气、焦炉煤气、LPG、到轻石脑油,，在绝热固定床反应器反应中，把原料中的重烃转化成富含甲烷、CO、CO和水蒸汽的混合物，考虑本装臵采用原料在进入转化以前，2原料气中所含少量重烃已被净化脱除，因此，本装臵不需采用预转化流程，而只采用常规的转化流程。 4.2.2 变换 本工艺在转化前和转化后均采用了变换反应，但其目的是不同. 19 . 的: 一、CO在400?以上即开始有裂解反应，CO+H = C +HO，而22由CO形成碳比在同样条件下由甲烷形成碳的速度要快310倍。浓缩气中CO含量约为15%，为避免CO浓度过高而形成碳使转化催化剂积碳失去活性，故在转化反

43、应前先增加变换反应，使CO浓度降至约1%,干基,左右。 二、变换的目的是将转化出口气体中的CO转化为H，以提高单2位原料的产氢量、降低氢气的成本，工业上往往采用中温变换、中温变换串低温变换等多种工艺流程。常见的变换工艺如下: 中温变换 中温变换，低温变换 采用中温变换工艺，变换出口气中的CO含量可降到大约3%,干基,左右。中变催化剂还原可以与转化催化剂同时进行，不需要专门提供还原介质和可省去单独催化剂开工预热器等设备，简化流程，使得总投资降低。 采用中温变换，低温变换，虽然可使PSA入口的CO含量,1%，在相同的转化出口条件下，可以提高单位原料的产氢率，同时降低PSA装臵的投资,但除了增加低变

44、炉外，还需要增加一套辅助低变催化剂的还原及升温系统，使得总投资增加。另外，低温变换在提高单位原料的产氢率的同时，降低了PSA解吸气的热值，系统反而需要外补燃料，因此是否采用中温变换+低温变换的反应流程，应该根据制氢原料种类来确定，当采用价格比较高的轻石脑油和液态烃时，降低原料的单耗就非常重要，即使增加价格较低的燃料也是合算的，因此，中温变换，低温变换工艺仅在原料与燃料相比相当昂贵时采用。 根据本项目燃料气充足、价格不贵等特点，本可研推荐采用中温变换流程。 . 20 . 4.2.3 氢气提纯技术 当前，工业上应用较多的氢气提纯方法主要有膜分离法、低温分离法和变压吸附法。 膜分离法是以选择透过性膜

45、为介质，待分离的原料在某种推动力的作用下,如电位差、压力差、浓度差等,，有选择性的透过膜，从而达到分离提纯的目的。与常规的分离方法相比，膜分离法具有低能耗、单级分离效果好、过程简单、不污染环境等特点。用于氢气分离纯化的膜材料有钯膜和有机纤维膜。用于氢回收的钯合金膜由于价格昂贵，只适用于较小规模且对氢气纯度要求很高的场合使用,有机中空膜分离回收氢装臵应用最广、销售量最大的领域是从合成氨弛放气、甲醇厂放空气分离回收氢。其特点是可以利用放空尾气自身的压力，以膜两侧的分压差作为推动力，具有无需外加动力，在常温或稍高于常温的温度下操作，对原料气组成变化的适应性强等优点。其缺点是回收氢纯度不高，一般都是作

46、化工原料气，就地循环使用。 低温分离法亦称深冷法，一般在液氮温区操作。深冷法最大的优点是氢的回收率高，一般情况下大于90%，采用深冷法时，对装臵预冷所需时间长，因而从开车启动到正常运行的周期也长，同时为避管道堵塞造成中途停车，原料气在进入深冷装臵前，需要预先清除在低温下会固化的高沸点杂质如:CO、HO等。缺点是运行成本较高，22装臵投资较大。此法现在一般很少采用。 变压吸附,简称PSA英文 Pressure Swing Adsorption缩写,分离法是六十年代以后发展起来的常温气体分离技术，其原理是利用吸附剂对不同气体吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化

47、的特征，在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，降压解吸所吸附的气体组分，从而实现气体分离及吸附剂循环使用的目的。 . 21 . 该技术用于制取纯氢，几乎能够把所有的杂质除去，从而获得纯度为99.99%的纯氢产品。 美国联合碳化合物公司首先采用PSA技术从含氢工业废气中回收高纯度氢，从1966年第一套PSA回收氢工业装臵投产之后的20年间，目前，全世界各种类型的PSA装臵已超过2000套，我国从60年代末开始进行采用变压吸附技术分离气体混合物的实验研究，到1981年实现工业化，最初是用于合成氨驰放气中制取高纯氢(99.999%)，以后不断开发了从焦炉煤气、氨厂变换气、甲醇尾气、甲醛尾气、石油裂

48、解气、冷箱尾气等二十多种含氢混合气中提纯氢气，在此基础上，又从单纯的制氢领域拓展到变压吸附制一氧化碳、二氧化碳、变换气脱碳、天然气净化、空分制富氧、空分制纯氮、浓缩甲烷、浓缩乙烯等九大技术领域，目前，我国已建成各型PSA装臵1000余套，在部分技术领域处于世界领先水平。 从目前制氢的主要方法来看，深冷分离法历史最久，工艺成熟可靠，且具有容量大、收率高等特点，但工艺流程和设备复杂，当原料气组份较多时，往往要求预净化处理，投资和能耗较高，PSA法因具有工艺流程简单、设备台件少、自动化程度高、能耗低、产品纯度高等优点而获得广泛应用，特别是在制取纯氢方面，因为氢组份的特殊吸附性能，使得PSA法的优点充

49、分体现,从已经投产运行的PSA-H2装臵看，节能效果和技术经济指标均较为理想,本装臵采用变压吸附法提纯氢气技术上是可行的。 四川天一科技股份有限公司从60年代末开始采用变压吸附技术分离气体混合物的实验研究，到1981年实现了工业化。最初是用于合成氨弛放气中制取高纯度氢,99.999%,，以后不断开发了从焦炉煤气、氨厂变换气、甲醇尾气、甲醛尾气、石油裂解气、冷箱尾气等二十多种含氢混合气中提取氢气，在此基础上，又从单纯的制氢领域拓. 22 . 展到变压吸附制一氧化碳、二氧化碳、变换气脱碳、天然气净化、空气制富氧、空气制纯氮、浓缩甲烷、浓缩乙烯等九大技术领域，PSA工艺流程从四塔一次均压发展到四塔二

50、次均压流程，八塔三次均压流程，十塔四次均压流程，从单一的逆放降压解吸工艺发展到抽空解吸工艺、逆放抽空组合工艺等，从四塔单系列发展到多塔多段式复合系3列，装臵规模最大已达到280000Nm/h。国产PSA装臵的自控水平也在不断提高，不仅开发了一般中、小规模的小型PLC自控系统，还开发了先进的DCS集散型控制系统。各种新型程控阀门和多种高效吸附剂的研制成功，更提高了PSA装臵的可靠程度和技术先进性。目前已向国内化工、冶金、石化、电子、机械等工业提供了600余套用于上述领域的变压吸附工业装臵，为工厂节能降耗、增加新产品、提高经济效益起到了积极的作用，并在部分技术领域处于世界领先水平。 故本项目根据原

51、料焦炉煤气排放压力的高低、原料焦炉煤气的组成，以及对回收氢气纯度、流量要求等，拟推荐采用焦炉煤气为原料经净化、转化，再采用变压吸附分离技术制取氢气。 4.2.4 变压吸附分离技术原理 变压吸附工艺过程的工作原理是:利用吸附剂对气体混合物中各组份的吸附能力随着压力变化而呈现差异的特性，对混合气中的不同气体组份进行选择性吸附，实现不同气体的分离。 为了有效而经济地实现气体吸附分离净化，除了吸附剂要有良好的吸附性能外，吸附剂的再生方法具有关键意义。吸附剂的再生程度决定产品的纯度，也影响吸附剂的吸附能力,吸附剂的再生时间决定了吸附循环周期的长短，从而也决定了吸附剂的用量。因此选择合适的再生方法及吸附周

52、期时间，对吸附分离法的工业化起着重要的作用。 . 23 . 变压吸附过程在加压下进行吸附，减压下进行解吸。由于吸附循环周期短，吸附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，波动范围仅为几度，可近似看做等温过程。变压吸附工作状态是在一条等温吸附线上变化。 常用的减压解吸方法有下列几种，其目的都是为了降低吸附剂上被吸附组分的分压，使吸附剂得到再生。 ,1,降压:吸附床在一定压力下吸附杂质组份，然后通过降压方式(通常降至接近大气压)，使被吸附组分解吸出来。采用降压方式，被吸附组分解吸不太充分，吸附剂再生不太完全。 ,2,抽真空:吸附床降到大气压后，为了进一步减小被吸

53、附组分的分压，可用抽空的方法来进一步降低吸附床压力，以得到更好的再生效果。 ,3,冲洗:利用较纯净的产品气或者其它适当的气体通过进行再生的吸附床，被吸附组分的分压随冲洗气通过而下降。吸附剂的再生程度取决于冲洗气用量和冲洗气纯度。 通常在变压吸附过程中根据被分离的气体混合物各组分性质、产品要求、吸附剂的特性以及操作条件来选择几种上述的再生方法配合实施的。 4.2.5 流程简图及叙述 本制氢装臵共分为七个主要工艺过程:预净化工序，预处理工序，PSA-1 (PSA-CO/R)工序、PSA-2(PSA-CH)工序、净化压缩工序和转24化变换工序以及PSA-3(PSA-H)工序。 2,1,预净化工序 原

54、料气在温度40?时进入预净化工序，脱出焦炉煤气中绝大部分的焦油、萘、HS、NH、HCN等杂质，得到杂质较少的净化气。23该工序主要由5台粗脱萘器，1台加热器及一系列手动阀组成。 . 24 . 原料气进入由5台脱油脱萘器组成的脱油脱萘系统，4台同时进料，1台再生,或3台同时进料，2台再生,，交替能换使用。焦炉煤气进入本装臵脱油脱萘器中的4台，粗脱萘系统将绝大部分的萘、焦油及部份硫、苯等杂质脱除。吸附饱和的吸附剂采用温度为400?左右、压力0.2MPa的过热蒸汽对脱油脱萘器加热进行再生，再生废液经冷却器降温到90?左右进入污水罐进行分离。分离气体进入洗涤塔，洗涤降温后进入除臭器，除臭后排放到放空管

55、。分离的液体通过污水泵，一部分打到洗涤塔洗涤降温，另一部分打到界区外的污水处理系统。300?左右的热吸附剂先用不过热蒸汽降到170?以下，再用常温逆放气进行冷吹降温到常温并送到解吸气气柜。粗脱萘剂约15天再生一次，在正常工况下，吸附剂约1年更换一次。 ,2,预处理工序 脱油脱萘后的净化气再通过预处理工序，进一步脱除其中的烷烃、芳烃、硫化物、氮化物、氨、焦油等，得到符合变压吸附原料气要求的净化气。本工序由3台焦炉煤气压缩机(联合压缩)，4台精脱萘器，2台除油器、1台解吸气加热器、1台解吸气冷却器和一系列手动阀和程控阀等组成。 3台焦炉煤气压缩机2开1备，净化气经一级压缩后进入由4台精脱萘器组成的

56、精脱萘器系统进行处理，再经压缩机二级、增压到0.80MPa后通过除油器脱除压缩机所带进去的油就进入下一段工序。 在精脱萘器系统内，3台同时进料，交替能换使用。精脱萘系统将剩余的萘、焦油及部份硫等杂质尽一步地脱除。吸附饱和的吸附剂采用加热到180?的解吸气(来自后续PSA工段)将吸附剂加热到170?，再用常温解吸气冷吹降温到常温并送到解吸气气柜。精脱萘剂约20天再生一次，吸附剂约12年更换一次。 2台除油器可串并联操作，交替轮换使用，一台投运时，另一台. 25 . 更换吸附剂备用。 (3) PSA-1 (PSA-CO/R)工序 2经净化处理后的焦炉煤气，在压力0.80MPa，温度?40?条件下送

57、入由12个吸附塔及一系列程控阀组成的PSA-1系统，采用12-5-4/V流程。 在PSA-1装臵中，任一时刻总是有5台吸附器处于吸附步骤，由入寇端通入原料，在出口端获得净化气。每台吸附器在不同时间依次经理吸附(A)，多级压力均衡降(EiD)，逆放(D)，抽空(V)，多级压力均衡升(EiR)，最终升压(FR)。吸附器所有的压力均衡降都是用于其它吸附器的压力均衡升以充分回收将被再生吸附器中的净化气。逆放步骤排出了吸附器中吸留的大部分杂质组分，剩余的杂质通过抽真空步骤进一步解吸。 (4) PSA-2(PSA-CH) 工序 4焦炉煤气在压力:0.70MPa，温度?40?条件下进入由10台吸附器及一系列

58、程控阀组成的PSA-2系统，采用10-4-3/V流程。 在PSA-2系统中，任一时刻总是有3台吸附器处于吸附步骤，由入口端通入原料，在出口端获得净化气，每台吸附器在不同时间依次经历吸附(A)、多级压力均衡降(EiD)、逆向放压(D)、抽真空,V,、多级压力均衡升(EiR)和最终升压(FR)，吸附器所有的压力均衡降都是用于其它吸附器的压力均衡升以充分回收将被再生吸附器中的净化气。逆放步骤排出了吸附器中吸留的大部分杂质组分，剩余的杂质通过抽空步骤进一步解吸。 富氢气进入半产品气缓冲罐进行稳压，根据混和解吸气热值情况决定是否经调节阀分流，部分富氢气进入混和解吸气系统，剩余的气体经联合压缩机增压到:2

59、.6MPa左右，利用其气体的压缩热在脱氧系统内进行脱氧和冷却。PSA-2系统内的解吸气经调节阀分流:. 26 . 310200Nm/h的流量进入一段转化、变换系统，在其系统内进行甲烷气的净化、压缩、变换和蒸汽转化，变换后的气体经调节阀稳压至:2.6MPa，温度?40?条件下与脱氧后的净化气一并进入制氢原料气混和罐进行混和、稳压。进入PSA-3系统进行提氢，采用10-2-5/P流程， (5)压缩净化工序和变换转化工序 来自PSA的浓缩甲烷气压力约20kPa，温度?40?条件下进入浓缩气压缩机，压缩到:3.2MPa (G)，经过浓缩气出口缓冲罐缓冲后，送往转化炉中浓缩气预热器预热到精脱硫需要的温度

60、后送精脱硫工序。 经预处理工序处理并加压、升温后的浓缩气首先进入由两台可并联或单独使用的预加氢罐AB，主要将浓缩气中的不饱和烃加氢饱和，并加氢脱除浓缩气中的氧，也有少量有机脱硫,硫醇、噻吩、硫醚、二硫化碳等,加氢转化成为无机硫,HS,。从预加氢罐AB出来的预2加氢浓缩气进入加氢罐?，对浓缩气中的有机脱硫,硫醇、噻吩、硫醚、二硫化碳等,进行进一步的转化。经两级加氢转化后的浓缩气进入由两台可串可并或单独使用的粗脱硫罐AB，除去浓缩气中加氢转化后生成的HS。为保证浓缩气中工艺对总硫的要求，在上述工艺流2程后增加了一台加氢罐?及两台精脱硫罐。当前面的加氢转化脱硫能满足工艺对总硫的要求时，净化浓缩气从旁