高炉煤气提纯低燃值高炉煤气综合利用工程可行性报告.docx
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高炉煤气提纯低燃值高炉煤气综合利用工程可行性报告
1、总论
1.1项目名称
项目名称：
提纯低燃值高炉煤气综合利用工程
1.2承办单位
承办单位：
1.3设计依据
1.4研究的范围和内容
按咨询委托书的要求，研究的内容包括：
根据高炉煤气综合利用现状，在确保下游用户安全、可靠用气的基础上，结合提供的高炉煤气提纯技术，确定本项目的建设规模，产品方案，主要工艺流程及其相关的公用辅助设施，同时考虑节能减排和循环经济的要求，并对上述内容进行投资估算和技术经济分析。
1.5主要设计原则
⑴先进性和实用性相结合，尽量节省投资；
⑵认真分析本项目与现有设施的协调性和衔接性；
⑶总图布置紧凑、合理，尽量节约用地，保证工艺流程通畅；
⑷严格执行国家和行业的有关设计规程、规范和标准。
1.6公司简介
1.7项目建设的必要性
⑴能源安全战略的需要
该项目实施后可减少天然气用量约25%，可缓解对天然气需求的瓶颈问题，使的能源结构更加合理。
⑵节能减排的需要
高炉煤气实际产量远超原设计产量17.09×104Nm3；
⑷原料气中H2S的浓度：
≤100ppm；
⑸原料气粉尘：
≤10mgNm3
3.2提纯产品气设计工况
提纯产品气设计工况表（提供）
化学成份
CH4
CO
CO2
H2
N2
Σ
百分率%（干基）
~0.22%
70.00%
~9.41%
~0.25%
~20.13%
100.00%
流量Nm3h
38.5
12250
1646.8
43.8
3522.7
17500
⑴外送提纯产品气压力：
≥35KPa
⑵外送提纯产品气热值：
2200X4.18KJNm3
3.3主要工艺流程
从现有12万m3煤气柜后DN1800净高炉煤气总管上接出一根DN1400煤气管道，将高炉煤气送至本项目界区内。
高炉煤气压缩至0.32MPa（G）后，进入预处理工序，在预处理工序中脱出大部分粉尘、全部无机硫和氧气后，气体温度降到70℃。
经上述处理后的合格原料气进入提纯装置，在CO提纯装置中，CO气体浓缩到70vol%，然后经产品气增压机压缩到35KPa后出界区。
吸附尾气从吸附塔顶出来后高空放散。
进入变压吸附提纯装置前，应满足：
粉尘含量≤10mgNm3,同时没有有机硫，保证无机硫含量≤100PPm，氧气含量≤1v%。
预处理工序分为脱硫和除氧两部分。
在此工序中原料气中的无机硫和氧气被除去。
保证进入PSA-CO工序中的原料气中不含无机硫、氧气含量小于0.01%。
3.4项目技术方案简介------变压吸附（PSA）技术
变压吸附（PSA）技术是近30多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。
1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的专利文献。
60年代初，美国联合碳化物公司首次实现了变压吸附四床工艺技术的工业化。
由于变压吸附技术投资少、运行费用低、产品纯度高、操作简单、灵活、环境污染小、原料气源适应范围宽，因此，进入70年代后，这项技术被广泛应用于石油化工、冶金（焦化）、轻工及环保等领域，特别在国内化工行业近十多年里得到了较快的发展，主要用于气体分离，制氧、提取氢、提取CO2、提取CO等等。
变压吸附气体分离工艺过程是吸附剂在物理吸附中所具有的两个基本性质：
一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。
利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。
本项目PSA工序简述如下：
⑴PSA-1工序简述
PSA-1工序的作用是分离原料气中的无机硫和水等杂质。
进入界区的原料气，首先由煤气压缩机增压到0.32MPa（G），同时温度控制在70℃左右，再由原料气进口阀从塔底进入PSA-1工序吸附塔，半成品气从吸附塔顶部排出。
经过一定循环步骤后，吸附塔内的杂质气体通过冲洗方式排出吸附塔，送出界区。
为了保证半成品气的连续输出和适应今后工况变化而灵活调节产量，PSA-1工序由二套装置组成。
每套装置有2台吸附塔，任何时刻均有1台吸附塔处于吸附步骤，其余各塔处于吸附剂再生过程，2台塔交替工作从而达到连续分离杂质的目的。
在一个周期中每个吸附塔均经历：
吸附、冲洗再生两个工艺过程。
具体步骤如下：
a．吸附
增压的原料气从吸附塔底部进入PSA-1工序的吸附塔中，在预定的吸附压力下，混合气中的有害杂质被专用吸附剂吸附下来，CO、N2、CH4等未被吸附的组份作为吸附尾气从吸附塔顶流出吸附塔，送到后工序。
当吸附塔中的杂质吸附前沿到达吸附塔的预定位置后，关闭吸附塔的原料气进口阀门和吸附尾气出口阀门，吸附塔停止吸附步骤，开始转入冲洗再生过程。
b．冲洗再生
结束吸附步骤后，将PSA-CO的尾气从吸附塔的塔顶送入吸附塔对吸附剂进行冲洗再生，再生过程中吸附塔压力保持不变。
至此，吸附塔完成了一个完整的吸附－再生循环过程，并为下一个循环过程做好了准备。
装置中9台吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，从而得到满足产品规格要求的半成品气。
⑵除氧工序简述
经过脱硫工序的原料气自上而下的通过脱氧塔。
在脱氧塔内，原料气中的氧在催化剂的作用下与原料气中的氢和一氧化碳发生反应，生成水和二氧化碳而被除去。
在这一过程中，根据反应原理，需要消耗一部分原料气中的氢和一氧化碳。
⑶PSA-CO工序简述
PSA-CO工序的作用是使CO与其它组份如CO2、N2、CH4等杂质组份分离，得到CO产品。
从预处理工序来的半成品气，经进口阀从塔底进入PSA-CO工序吸附塔，吸附尾气从吸附塔顶部排出。
经过一定循环步骤后，吸附塔内合格的CO通过抽真空方式排出吸附塔，进入CO产品气罐。
为了保证CO产品的连续性和适应今后工况变化而灵活调节产量，PSA-CO工序由两套装置组成。
每套装置有8台吸附塔，任何时刻均有3台吸附塔处于吸附步骤，其余各塔处于吸附剂再生过程的不同阶段，8台塔交替工作从而达到连续分离CO的目的。
在一个周期中每个吸附塔均经历吸附、均压降压、抽空、均压充压、（终）充压等工艺过程。
具体步骤如下：
a．吸附
半成品气从吸附塔底部进入PSA-CO工序的吸附塔中，在预定的吸附压力下，混合气中的CO被专用吸附剂PU-1吸附下来，CO2、N2、CH4等未被吸附的组份作为吸附尾气从吸附塔顶流出吸附塔送出界区。
当吸附塔中的CO吸附前沿到达吸附塔的预定位置后，关闭吸附塔的原料气进口阀门和吸附尾气出口阀门，吸附塔停止吸附步骤，开始转入再生过程。
b．吸附塔均压降压
结束吸附步骤后，将吸附塔与处于低压状态的吸附塔连通，对吸附塔进行降压，对塔内死空间的气体和解吸下来的气体中的有用组分进行回收。
c．抽真空
均压降压结束后，为得到产品CO并使吸附剂得到彻底地再生，用真空泵逆着吸附方向对吸附塔进行抽真空，使被吸附的CO解吸，解吸下来的CO流入产品气罐。
d．吸附塔的均压升压
抽真空步骤结束后，吸附塔与处于高压状态的吸附塔连通进行均压升压。
均压升压气体从吸附塔的顶部逆着吸附方向导入吸附塔，达到升压的目的并且回收均压罐中的有用组分。
e．吸附尾气对吸附塔终升压
均压升压步骤后的吸附塔内压力还未达到预定的吸附压力，为了使吸附塔可以平稳地切换到下一次吸附并保证吸附塔中的CO浓度前沿在终充过程中平稳移动，需要通过相应的升压调节阀缓慢而又平稳地用另一处于吸附步骤的吸附塔的吸附尾气将吸附塔压力升至预定的吸附压力。
至此，吸附塔完成了一个完整的吸附－再生循环过程，并为下一个循环过程做好了准备。
每套装置中8个吸附塔交替进行以上各个步骤的操作，从而得到满足产品规格要求的产品一氧化碳。
3.5系统整体调配方案
⑴当用气负荷大于系统出力（超过17500Nm3h，热值：
2200X4.18KJNm3）时，利用现有煤气加压及混合站，以同热值的高炉煤气混天然气补充不足气量，但小流量时须靠高炉煤气提纯系统自带的高炉煤气混天然气设施补充；
⑵当用气负荷小于系统出力（低于17500Nm3h，热值：
2200X4.18KJNm3）时，须及时调整提纯装置负荷，紧急状态时，采取事故回流放散措施。
根据目前生产情况，该工况出现的概率较低；
⑶为保证用户热值稳定，在提纯气出口及混合气出口采用在线热值跟踪控制方式；
⑷提纯装置故障时，可切换至现有系统，保证生产正常运行；
⑸以现有25t燃气锅炉作为高炉煤气缓冲用户，实现高炉煤气零放散。
3.5主要设备表
3.5.1主要非标设备
主要非标设备表
序号
非标设备名称
技术规格
材质
数量（台）
1
预处理塔1
Φ3600
Q345R
2
2
预处理塔2
Φ3400
Q345R
4
3
预处理塔3
Φ3400
Q345R
8
4
吸附塔
Φ3600
Q345R
16
5
吸附尾气缓冲罐
Φ3200
Q345R
2
6
置换气缓冲罐
Φ3200
Q345R
2
7
产品气缓冲罐
Φ3500
Q345R
6
8
喷淋塔
Φ2600
Q345R
1
9
汽水分离器
Φ1800
Q345R
1
10
离心机增压后汽水分离器
Φ1200
Q345R
2
11
仪表空气缓冲罐
Φ1200
Q345R
1
12
离心机后冷却器
Q235
2
13
除氧后冷却器
Q235
2
14
真空泵前冷却器
Q235
4
15
真空泵后冷却器
Q235
2
16
提纯尾气放散塔
1
小计
56
3.5.2主要动力设备
主要动力设备表
序号
设备名称
技术规格
单位
数量
1
原料气离心压缩机
进口压力：
3KPa；出口压力：
0.32MPa（G）；流量：
715m3min；2800KW
套
2
2
置换气罗茨鼓风机
进口压力：
4KPa；出口压力：
39.2KPa；流量：
28m3min；37KW
套
2
3
产品气增压机
进口压力：
4KPa；出口压力：
39.2KPa；流量：
407.5m3min；355KW
套
2
4
真空泵
W1200型；1.2m3s；110KW
套
4
5
真空泵
W2400型；2.4m3s；220KW
套
12
6
液压站
套
1
7
防爆单梁起重机
起吊重量：
10t
套
2
8
冷却水泵
（见水道专业）
1000t
台
2
9
冷却塔
（见水道专业）
600th
台
2
10
仪表气冷干机
（见热力专业）
5m3min
台
2
合计
26
3.5.3主要程控阀门
主要程控阀门表
序号
技术规格
单套数量
装置套数
总数
备注
1
DN200
10
2
20
2
DN250
8
2
16
3
DN300
24
2
48
4
DN350
8
2
16
5
DN400
8
2
16
小计
58
116
3.5.4吸附剂用量
序号
填料
总量吨
消耗年
1
P-14
305
305
2
P-14B
127
25
3
P-5A
30
4
P-1
388
5
P-9
50
6
瓷球
274
小计
1174
3.6工艺平面布置
本项目布置在现有煤气站区域南侧的空地上，占地面积约6000m2。
各工艺设备按工艺流程顺序布置。
站区内主要建、构筑物有：
煤气压缩机主厂房，煤气鼓风机、真空泵房，循环水泵房，冷却塔及控制楼等辅助用房。
本系统为独立站房，四周设有防护围墙，站内设有4m宽消防通路。
煤气压缩机主厂房采用双层结构，煤气压缩机呈单列布置，运转层设在二层，冷却器及油站等设于一层，压缩机室外阀门操作平台与二层相连，主厂房内二层设有10t电动单梁防爆起重机一台，LK=10.5m。
各种吸附塔及储罐等设施均露天布置。
3.7工艺技术特点
⑴主要工艺设备按先进、可靠和适用的原则选取；
⑵尽量利用现有设施，以节省投资；
⑶厂区布置在尽量节约用地的前提下，充分考虑今后发展的可能性及与现有系统的衔接性；
⑷注意工厂设计与周围环境的协调性；
⑸充分考虑生产安全与环保的要求。
3.8工作制度及劳动定员
三班工作制，四班三运转，年工作小时：
8000h。
3.9工程建设期
工程建设期：
1年
3.10项目主要技术经济指标
项目达产后，其主要技术经济指标见下表：
项目主要技术经济指标表
序号
指标名称
单位
数量
备注
一
项目产品
1
提纯产品气
Nm3h
17500
CO体积含量70%
折合节约天然气
Nm3h
3382
天然气热值：
2200X4.18KJNm3
二
原料气消耗
1
高炉煤气
Nm3h
60000
干基
三
动力消耗
1
年耗新水量
104t
28
2
年耗电量
104Kw.h
4761.37
不含现有煤气加压设施
四
项目占地面积
m2
6000
五
建构筑物面积
m2
2880
六
绿化面积
m2
1200
七
建构筑系数
%
48
八
绿化系数
%
20
九
生产制度
班
三班
四班三运转
十
年工作天数
小时
8000
十一
劳动定员
人
30
含管理人员
4、总图运输
4.1概述
4.1.1地理位置
厂区道路与城市道路网（外环西路等）相接，外部铁路和公路交通运输十分方便。
4.1.2设计依据
⑴设计采用的标准、规范：
《工业企业总平面设计规范》（GB50187-93）
《建筑设计防火规范》（GB50016－2006）
《厂矿道路设计规范》（GBJ22-87）
《总图制图标准》（GBT50103-2001）
⑵业主提供的1：
1000厂区地形图。
4.1.3气象条件
衡阳地区属亚热带大陆性气候，冬春多雨，夏秋干旱。
极端最高气温40.8℃
极端最低气温－7.9℃
全年平均气温17.9℃
年平均降水量1329.1mm
日最大降水量142.3mm
冬季最冷月相对湿度80%
夏季最热月相对湿度71%
最大积雪深度16cm
主导风向受季风控制，冬季多北风和东北风（静风率27%），夏季多南风和东南风（静风率16%）。
4.2总平面布置
4.2.1设计内容
本工程设计内容为提纯60000Nm3，0.8MPa冷干机二台及其相关辅助设施。
5.1.3系统配置
从现有压缩空气管道上接出一根DN25压缩空气管道，经缓冲、过滤、冷却和再过滤后，用作仪表气源。
压缩空气管道输送压力为0.8MPa，经净化处理后，用不锈钢管送至提纯系统气动设备现场。
5.1.4主要设备
⑴空气缓冲罐
公称容积：
1m3；公称压力：
1.0MPa；数量：
1台
⑵冷冻干燥机
额定处理量：
5m3min台；数量：
2台（一用一备）
⑶前置过滤器
额定处理量：
5m3min台；数量：
2台（一用一备）
⑷后置过滤器
额定处理量：
5m3min台；数量：
2台（一用一备）
5.2给排水设施
5.2.1概况
本项目为提纯低燃值高炉煤气综合利用工程，本次设计只考虑与本工程有关的、厂区以内的生产给水、生活给排水、雨水及站区消防水。
5.2.2给水系统
5.2.2.1水源
外部供水管网压力不小于0.4MPa，水质符合生产、生活用水要求。
5.2.2.2用水量情况
本工程生产用水量主要是循环用水，循环水总量950m3=4761.36×104kWh
5.3.4供配电系统
本工程用电负荷：
二类负荷。
根据负荷计算结果及总图布置，本工程宜建一座控制楼，控制楼由高压配电室、低压配电室、变压器室、控制室等组成。
本工程10kV配电系统采用单母线分段接线方式，双电源引入（由炼铁35KV变电站提供两路电源），工作电源故障或停电检修时,备用电源投入,保证连续供电。
根据380VAC低压负荷计算结果选用630KVA100.4KV干式变压器两台；配电系统采用单母线分段的接线方式；电源由10kV高压配电室两段不同的母线引来。
二路电源互为备用，某一路电源故障或停电检修时,另一路自动投入。
5.3.5电气传动
高压电机：
采用直接起动。
低压电机（容量≥45KW）：
采用软起动；低压电机（容量＜45KW）：
采用直接起动，由电动机控制中心（MCC）供电，MCC柜选用有较高技术性能指标和造价相对较低的低压抽屉式开关柜GCS型，且通过IO与DCS交换信息。
5.3.6电气控制
控制方式有两种：
（1）集中控制：
正常生产通过DCS系统（仪电一体化系统）的操作站进行各机组联锁集中控制与监视。
（2）机旁操作：
在机旁可进行单机控制，用于检修、试车。
操作站设在控制楼控制室，通过CRT显示器及键盘或鼠标方式对系统进行操作及监控。
值班室内设事故紧急操作箱，对压缩机等设备实行紧急停车。
DCS控制系统的机柜、工作台设置在控制楼控制室。
5.3.7主要电气设备
低压配电柜或MCC柜采用GCS型，主要元器件断路器采用“上海人民”产品，接触器、热继电器采用施耐德产品，其它低压电气元件采用“上海天逸”产品。
现场机旁操作箱、动力箱、照明箱、电机按防爆考虑。
本工程主要电气设备表如下：
主要电气设备表
序号
名称
型号
电压
数量（台或套）
1
高压进线柜
KYN28A
10KV
2
2
高压PT柜
KYN28A
10KV
2
3
母联柜
KYN28A
10KV
1
4
高压电机柜
KYN28A
10KV
16
5
液阻软起动柜
GZYQ
10KV
2
6
变压器柜
KYN28A
10KV
2
7
高压电容补偿柜
KYN28A
10KV
2
高压无功补偿装置
10KV
2
8
低压进线柜
GCS
380V
2
9
低压母联柜
GCS
380V
1
10
低压配电柜
GCS
380V
9
11
电容补偿柜
GCS
380V
2
12
UPS电源
10KVA
220V
1
13
防爆操作柱
BZC
380V
26
14
变压器
SCB10-63010
100.4KV
2
共计
5.3.8电气工程
⑴电缆配线工程
厂区内以电缆沟、电缆桥架、埋管及明配管相结合的方式进行电缆敷设。
电缆严格按照电力工程设计规范GB50217－94选择，动力电缆采用ZR-YJV交联聚氯乙烯绝缘电缆。
控制电缆采用ZR-KVVR－500或ZR-KVVRP－500聚氯乙烯电缆，计算机电缆采用DJFPVR-1。
⑵电气照明工程
照明电源采用380220V三相五线制。
区域内具爆炸危险场所采用防爆系列，操作室、值班室、电气室等以节能荧光灯为主，检修及安全照明采用36V安全电压。
⑶防雷与接地工程
防雷：
建筑物的防雷按第二类建筑物进行防雷设计。
防雷接地系统与其它接地系统相连接，并利用建筑物基础、柱、梁、及屋面作自然接地体、引下线、接闪器。
接地系统：
接地系统按区域分散独立设置。
系统接地主要有工作接地和保护接地，主要包括：
电气设备、金属构架的保护接地；分析设备的特殊接地；接地系统的设计将根据各种设备的不同要求，组成统一的接地网或单独的接地系统。
所有电气设备正常不带电的金属外壳均应可靠接地，接地电阻小于4Ω。
PLC控制系统采用单独接地，接地电阻小于1Ω。
防爆场所设备及管道按规范要求设置防静电接地。
5.3.9电气消防
电气室、控制室、操作室构筑物的耐火等级为二级，按规范（GB6222-2005）要求设置手提式灭火装置，并设置煤气泄漏自动报警系统。
电缆防火措施：
采用阻燃电缆、电缆分段涂防火涂料、火灾电缆桥架上设置防火隔板；在低压开关柜室、控制室等有电缆出入的孔洞均采用防火材料封堵。
5.3.10弱电系统
根据安全生产的要求，设置以下弱电设施：
工业电视系统，煤气泄漏自动报警系统。
⑴工业电视（ITV）系统
为方便操作人员全面地了解生产作业情况，以及用于对生产过程很难观察的部位进行监控，在厂区设置工业电视监控系统12套。
工业电视系统（ITV）由摄像机、视频分配器、数字硬盘录像机、监视器和各类辅助设备组成。
⑵煤气泄漏自动报警系统
在加压站主厂房、混合区、值班室等设置煤气泄漏报警装置，共16点。
报警控制器安装在控制值班室内。
5.4自动控制及仪表
5.4.1设计范围
本项目为提纯低燃值高炉煤气综合利用工程。
建设规模为：
提纯60000Nm3。
5.5通风空调
5.5.1设计依据
本设计依据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）及各专业提供的有关设计资料。
5.5.2气象资料
室外夏季通风计算温度34°C
室外夏季空调计算温度36°C
室外冬季采暖计算温度0°C
夏季空气调节日平均32.2°C
夏季空气调节室外计算湿球温度27.4°C
室外计算相对湿度：
夏季最热月月平均71%
冬季最冷月月平均80%
最热月14时平均58%
大气压力夏季922.8hPa
冬季1012.4hPa
5.5.3设计内容
在压缩机主厂房、真空泵房及热值仪室等场所设置事故通风机；在高低压配电室、控制值班室、休息室和门卫等人员工作场所设置空调或通风设施。
6.5土建
6.5.1概述
本项目建设地位于厂区内，紧邻现有煤气加压站。
土建工程主要包括煤气压缩机主厂房、真空泵房、控制楼、水泵房及各种吸附塔和气体储罐等设备基础，以及围墙、循环水池等附属设施。
6.5.2气象条件
⑴气温
极端最高气温40.8℃
极端最低气温－7.9℃
全年平均气温17.9℃
⑵湿度
冬季最冷月相对湿度80%
夏季最热月相对湿度71%
⑶雨
年平均降水量1329.1mm
日最大降水量142.3mm
⑷雪
最大积雪深度16cm
⑸风
主导风向受季风控制，冬季多北风和东北风（静风率27%），夏季多南风和东南风（静风率16%）。
6.5.3基本设计参数
风压：
0.4kNm2；雪压：
0.7kNm2
6.5.4抗震设防烈度
该地区抗震设防烈度小于6度，不考虑抗震设防。
6.5.5地质条件
暂未作地质勘探
6.5.6主要建构筑物
煤气压缩机主厂房、真空泵房及电气室为钢筋混凝土框架结构，水泵房为砌体结构。
6.5.7建筑设计
在满足工艺布置要求的前提下，尽可能做到采光、通风良好。
6、能源
6.1设计依据
本项目节能设计主要依据以下国家标准和国家规定：
⑴《中华人民共和国节约能源法》[2007修订]
⑵《高耗能特种设备节能监督管理办法》国家质监局[2009]
⑶《清洁生产标准钢铁行业》（HJT189-2006426267428-2008）
⑷《中国节能技术政策大纲》发改委科技部修订[2007]《关于固定资产投资项目可
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