河南煤业濮阳PSACO装置技术协议四川天.docx
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河南煤业濮阳PSACO装置技术协议四川天
河南煤业化工集团濮阳年产20万吨乙二醇项目
变压吸附提纯CO/H2装置
技术协议
甲方：
河南煤业化工集团有限责任公司
乙方：
四川天一科技股份有限公司
2010年2月
附件1总则……………………………………………………………………………..2
附件2装置设计要求………………………………………………………………3
附件3装置设计条件………………………………………………………………5
附件4装置工艺流程描述………………………………………………………7
附件5设计分工及设计文件的交付……………………………………….22
附件6性能保证、考核及验收………………………………………….……28
附件7技术服务及培训…………………………………………….……….……30
附件8供货范围及甲乙双方职责……………………………….……..……31
附件9设备交货及建设进度……………………………………….………….34
附工艺流程图及平面布置图
附件1总则
河南煤业化工集团有限责任公司（以下简称甲方）和四川天一科技股份有限公司（以下简称乙方）于2010年2月4日在郑州就河南煤业化工集团有限责任公司濮阳20万吨/年乙二醇装置配套工程PSA-CO2/CO/H2装置有关技术提供、设计分工、设备供货、施工安装指导、试车调试、人员培训等相关事宜经甲、乙双方充分交流和协商，达成本技术协议。
作为供货合同的一部分，与供货合同具有同等法律效力。
1.2本技术协议的签订遵循以下的基本原则：
1.2.1乙方负责变压吸附脱除CO2、提纯CO/H2装置的工艺设计和工程设计，并提供装置所需的吸附剂和程控阀门，以及人员培训、指导安装及调试等技术服务。
1.2.2乙方完成本项目的设计需与甲方充分协商，经甲方认可。
1.2.3关于设计分工的原则：
乙方负责PSA-CO2/CO/H2装置范围内的全部工程设计，包括工艺专业（含分析）设计、设备专业设计、土建专业设计、自控和仪表专业设计、电气专业设计、给排水专业设计、总图专业设计、装置界区内的供电、照明和采暖设计、装置界区内消防设施布置图等。
装置所需公用工程和消防设计以及通讯由总体院统一设计。
附件2装置设计要求
2.1技术条件及规格
2.1.1原料气条件
组分
CO
CO2
N2
Ar
H2
H2S
CH3OH
CH4
组成v%
30.4
3.14
5.00
0.05
61.24
≤0.1ppm
0.02
0.15
流量：
90000Nm3/h
压力：
3.2Mpag
温度：
≤40℃
2.1.2CO产品气要求
指标名称
单位
指标数值
备注
CO
Vol%
≥98.0
CO2
Vol%
≤0.02
H2S
ppm
≤0.1
产量：
22000Nm3/h
压力：
≥0.02MPag
温度：
≤40℃
2.1.3H2产品气组分：
组分
H2
N2+CH4+Ar
CO
∑
组成V%
≥99.9
≤0.1
≤10ppm
产量气量：
42000Nm3/h
压力：
≥3.0MPaG
温度：
≤40℃
2.2装置工艺流程
工艺流程框图
点①③⑤⑦间为本装置界区范围
2.3物料平衡表
物料平衡（干基）表
气流名称
单位
组份
合计
H2
CO
CO2
N2
CH4
Ar
①原料气
v%
61.26
30.40
3.14
5.00
0.15
0.05
100.00
Nm3/h
55134.0
27360.0
2826.0
4500.0
135.00
45.00
90000
②脱碳气
v%
64.38
30.30
0.005
5.15
0.11
0.05
100.00
Nm3/h
53480.0
25171.2
4.40
4275.00
94.50
41.40
83066
④半产品氢气
v%
87.36
5.91
0.00
6.58
0.08
0.07
100.00
Nm3/h
53346.9
3611.2
0.00
4017.60
50.50
40.30
61066
③氢气
v%
99.9
0.001
0.099
100.00
Nm3/h
41958.0
0.42
41.58
42000
⑤一氧化碳
v%
0.61
98.00
0.02
1.17
0.20
0.01
100.00
Nm3/h
133.10
21560.0
4.40
257.40
44.00
1.10
22000
⑦解吸气
v%
50.17
22.31
10.85
16.16
0.35
0.17
100.00
Nm3/h
13042.9
5799.6
2821.6
4201.0
91.0
43.9
26000.0
⑥冲洗气
v%
59.73
18.94
0.00
20.85
0.26
0.21
100.00
Nm3/h
11388.9
3610.8
0.0
3976.0
50.5
40.3
19066.5
附件3装置设计条件
3.1现场设计基础条件
3.1.1电
6kVAC6kV（±5%）
50Hz（±1%）
三相三线，无中性点接地
380VAC380/220V（±5%）
50Hz（±1%）
三相四线，有中性点接地
3.1.2冷却水
进水压力：
≥0.35MPag
回水压力：
0.25MPag
进水温度：
32℃
回水温度：
42℃
污垢系数：
0.0006m2.K/W
PH值：
7
3.1.3蒸汽
0.7MPag180℃过热
3.1.4仪表空气
压力：
0.5MPag
温度：
环境温度
露点温度
－40℃
气质：
含尘量小于3μm
3.1.5氮气
氮气组份N2≥99.9%（vol）O2≤0.1%（vol）
氮气压力0.5MPag
氮气温度常温
3.2公用工程消耗
名称
规格
数量
备注
电
220V50Hz
～6kW
照明和仪表用电
380V/6KV
2618KW
真空泵用电
循环水
P=0.3-0.6MPag
70t/h
冷却水
仪表空气
P=0.4-0.6MPagdp-40℃
200Nm3/h
置换用氮气
≥99.5%
1000Nm3/h
开车初期置换用数小时
附件4装置工艺流程描述
4.1工艺原理
4.1.1PSA－CO2/R工序
原料气首先进入PSA－CO2/R工序，主要脱去CO2及少量其它杂质。
PSA－CO2/R工序，由14台吸附器及一系列程序控制阀门构成。
任一时刻总是有吸附器处于吸附步骤，原料由入口端通入，在出口端获得除去部分杂质的脱碳气。
每台吸附器在不同时间依次经历吸附（A）、压力均衡降（ED）、逆向放压（D）、冲洗（P）、压力均衡升（ER）和最终升压（FR）。
吸附器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CO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冲洗步骤进一步解吸。
PSA－CO2/R工序的冲洗气来自后工段废气。
解吸气初步稳压后送出界区。
从PSA－CO2/R得到的半产品进入半产品缓冲罐，然后送往PSA－CO工序。
变压吸附PSA－CO2/R单元工作过程如下：
1）吸附步骤：
原料气在～3.2MPa、小于40℃下进入吸附塔，其中的H2O、CO2等组份被吸附剂吸附，而未被吸附的H2、CO、N2、Ar和部分CH4等组份则从吸附塔塔顶排出。
当进行到预定的吸附时间后，吸附塔中的CO2等杂质的吸附前沿到达吸附塔的某一位置时，关闭该吸附塔的原料气进料阀门和吸附尾气出口阀门，吸附塔停止吸附步骤。
此时吸附器中吸附前沿至出口端之间还留有一段未吸附杂质的吸附剂。
2）压力均衡降步骤：
这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的有效气体放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间有效气体的过程。
3）逆向放压步骤：
吸附器在降压结束后，吸附前沿已达到吸附床层的出口位置时，沿吸附的反方向进行降压，吸附剂中的大部分杂质得到解吸，当塔的压力降到时，逆放结束。
逆放解吸气进入解吸气缓冲罐。
4）冲洗步骤：
在逆放过程全部结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用制氢的不含CO2的解析气逆着吸附方向对吸附床层进行冲洗，进一步降低杂质组分的分压，使吸附剂得以彻底再生，该过程应尽量缓慢匀速以保证再生的效果。
5）压力均衡升步骤：
吸附器冲洗再生完成后，用来自其它吸附塔的较高压力的气体对该吸附塔进行升压的过程，这一过程与均压降过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间有效气的过程，为保证CO的回收率。
6）最终升压步骤：
经均压升步骤后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附，并保证半产品纯度在这一过程中不发生波动，通过充压调节阀缓慢而平稳地用半产品气，将吸附塔压力升至吸附压力。
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。
14个吸附床交替进行以上各个步骤的操作，从而得到满足要求的半产品脱碳气。
4.1.2PSA-CO工序
半产品脱碳气进入PSA-CO工段，H2、N2、O2及部分CH4等杂质从吸附塔顶部排出得到吸附置换废气，作为PSA－H2的原料。
CO及少量杂质经逆放和抽空步骤从吸附塔底输出，进入产品CO逆放缓冲罐和产品CO混合罐，作为CO产品送出界区。
PSA－CO工序由16台吸附器及一系列程序控制阀门构成，任一时刻总是有吸附器处于吸附步骤，由入口端通入半成品气，吸附废气由出口端输出送往PSA－H2工序作为原料，在吸附入口端通过逆放及抽真空获得产品气。
每台吸附器在不同时间依次经历吸附（A）、均降（ED）、逆向放压（D）、抽真空（V）、均升（ER）、充压（R）。
产品CO气经稳压后在较为稳定的流量和压力下输出，送往用户。
变压吸附PSA－CO单元工作过程如下：
1）吸附步骤：
半产品脱碳气在～3.15MPa、小于40℃下进入吸附塔，其中的CO等组份被吸附剂吸附，而未被吸附的H2、CH4、N2、Ar等组份则从吸附塔塔顶排出。
当进行到预定的吸附时间后，吸附塔中的CO等杂质的吸附前沿到达吸附塔的某一位置时，关闭该吸附塔的原料气进料阀门和吸附尾气出口阀门，吸附塔停止吸附步骤。
此时吸附器中吸附前沿至出口端之间还留有一段未吸附杂质的吸附剂。
2）压力均衡降步骤：
这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的有效气体放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间内H2有效气体以及使吸附器内CO浓度进一步提高达到产品要求的过程。
3）逆向放压步骤：
吸附器在降压结束后，被吸附的CO已完全穿透吸附器内CO浓度已达到产品要求，沿吸附的反方向进行降压，吸附剂中的大部分CO得到解吸从而得到产品CO，逆放解吸气产品CO进入CO产品缓冲罐。
4）抽空步骤：
在逆放过程全部结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用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得以彻底地解吸，解吸下来的CO流入产品气缓冲罐。
5）压力均衡升步骤：
吸附器冲洗再生完成后，用来自其它吸附塔的较高压力的气体对该吸附塔进行升压的过程，这一过程与均压降过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间有效气的过程，为保证CO的回收率。
6）最终升压步骤：
经均压升步骤后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附，并保证粗氢气纯度在这一过程中不发生波动，通过充压调节阀缓慢而平稳地用粗氢气，将吸附塔压力升至吸附压力。
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。
16个吸附床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。
4.1.3PSA－H2工序
来自PSA－CO工序的粗氢气进入PSA-H2工序的吸附塔，脱除杂质后在出口得到合格H2产品，向后工段输出。
PSA－H2工序由12台吸附器及一系列程序控制阀门构成，任一时刻总是有吸附器处于吸附步骤，由入口端通入粗氢气，在出口端得到产品氢气。
每台吸附器在不同时间依次经历吸附（A）、均降（ED）、顺向放压（PP）、逆向放压（D）、冲洗（P）、均升（ER）、充压（R）。
被吸附的杂质通过逆放和冲洗得到解析作为PSA－CO2/R工序的冲洗气。
变压吸附PSA－H2单元的工作过程如下：
1）吸附步骤：
粗氢气在～3.1MPa、小于40℃下进入吸附塔,除了氢气以外的大部分杂质被吸附，氢气从塔顶放出，当被吸附杂质的吸附前沿移动到吸附器一定位置时，停止原料气进入和产品输出，吸附塔进入再生过程。
此时吸附器中吸附前沿至出口端之间还留有一段未吸附杂质的吸附剂。
2）压力均衡降步骤：
这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢气的过程。
3）顺向降压步骤：
这是在压力均衡降后，首先顺着吸附方向将吸附塔顶部的产品氢气，经调压稳流后去再生冲洗步骤的吸附塔，进一步降低吸附剂上吸附杂质的分压，有利于杂质的彻底解吸。
4）逆向放压步骤：
吸附器在顺放结束后，吸附前沿已达到吸附床层的出口位置时，沿吸附的反方向进行降压，吸附剂中的大部分杂质得到解吸，当塔的压力降到时，逆放结束。
逆放解吸气进入冲洗气缓冲罐然后返回PSA－CO2/R作为冲洗气。
5）冲洗步骤：
在逆放过程全部结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用顺放步骤放出的氢气逆着吸附方向对吸附床层进行冲洗，进一步降低杂质组分的分压，使吸附剂得以彻底再生，该过程应尽量缓慢匀速以保证再生的效果。
6）压力均衡升步骤：
吸附器冲洗再生完成后，用来自其它吸附塔的较高压力的氢气对该吸附塔进行升压的过程，这一过程与均压降过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间氢气的过程，为保证氢气的回收率，本装置包括10次均压升过程。
7）最终升压步骤：
经均压升步骤后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附，并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，通过充压调节阀缓慢而平稳地用产品氢气，将吸附塔压力升至吸附压力。
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。
12个吸附床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氢气。
4.2装置主要工艺配置
4.2.1非标设备
共58台非标设备，总重1744t（设备重量及规格为参考值，最终以施工图设计为准）
名称
规格
主要材料
数量
台
单重
t
总重
t
PSA-CO2/R
气液分离器
DN2000H=7000
Q345R/20R
1
12
12
PSA－1吸附器
DN2600H=8000
Q345R/20R
14
19
266
半成品气罐
DN2800H=12000
Q345R/20R
1
33
33
解吸气缓冲罐
DN3400H=16000
Q345R/20R
2
24.5
49
合计
PSA-CO
PSA－2吸附器
DN3400H=11500
Q345R/20R
16
50
800
中间罐
DN4000H=12000
Q345R/20R
2
36
72
CO缓冲罐
DN4000H=25000
Q345R/20R
4
45
180
真空泵后冷却器
F=400m2
Q345R/20R
1
23
23
合计
PSA－H2
粗氢气缓冲罐
DN3800H=12000
Q345R/20R
1
45
45
PSA－H2吸附器
DN2000H=8000
Q345R/20R
12
15
186
冲洗气缓冲罐
DN3800H=12000
Q345R/20R
2
25
50
顺放气缓冲罐
DN2000H=10000
Q345R/20R
2
14
28
合计
总计
4.2.2吸附剂
吸附材料总重1636.1t
牌号
堆比重t/m3
订货量
t
PSA-CO2/R
CNA421
0.8
22.4
CNA314
0.85
333.2
CNA133
0.72
51
合计
PSA-CO
CNA651
0.55
620
CNA193
0.74
355.2
CNA421
0.8
25.6
合计
PSA－H2
CNA418
0.8
7.7
CNA158
0.75
221
合计
总计
4.2.3程序控制阀
PSA－CO2/R：
共计数量130台，均含配套电磁阀及阀位检测
规格
DN200
DN65
DN80
DN100
DN150
DN400
DN500
合计
数量（台）
43
14
14
14
14
15
16
PSA－CO：
共计数量184台，均含配套电磁阀及阀位检测
规格
DN250
DN100
DN150
DN200
DN300
DN500
DN600
合计
数量（台）
32
16
16
32
16
36
36
PSA－H2：
共计数量104台，均含配套电磁阀及阀位检测
规格
DN50
DN150
DN65
DN80
DN250
DN100
合计
数量（台）
24
24
12
14
14
16
4.2.4动力设备及定型设备
名称
规格
生产厂家
数量
台
备注
PSA-CO真空泵
WL-2400电机功率200KW
江苏亚太
16
含两台备机
4.3控制系统
4.1概述：
程序控制阀门多，程控阀门切换时间短，动作频繁，顺序控制结合常规模拟控制,自动化程度高,无法手动控制。
为满足厂方对装置长期、稳定、安全运行的要求，在PSA装置的控制软件包中，不仅能实现系统的常规控制要求，还配置了多塔自动任意切换和自适应优化控制系统。
该系统在扬子石化、上海石化、武钢等数十套由我公司提供的变压吸附装置上，已成功稳定运行5年以上。
本装置控制系统与厂方主体装置合用一套DCS控制系统，厂方的DCS控制系统单独为每套PSA装置预留一个操作员站，并提供两名DCS控制系统的培训和组态名额。
卖方有责任对DCS系统的选用提出PSA装置组态所需的技术要求，并在厂方配合下负责PSA装置的组态工作。
4.2控制范围及水平:
4.2.1控制范围
本装置的控制范围是PSA界区内的所有程控阀，阀位检测，及装置的压力，温度，流量，液位，分析，调节等监控回路。
控制点数见下表:
1、PSA-CO2/R控制点数
序号
类型
监控信号
控制点数
总点数
1
DI
无源触点
132
132
2
DO
24VDC
132
132
压力
22
36
流量
2
3
AI
分析
4~20mADC
9
液位
1
温度
2
4
AO
4~20mADC
7
7
2、PSA－CO控制点数
序号
类型
监控信号
控制点数
总点数
1
DI
无源触点
195
214
2
DO
24VDC
195
214
压力
24
36
流量
1
3
AI
分析
4~20mADC
10
液位
0
温度
1
4
AO
4~20mADC
10
10
3、PSA－H2控制点数
序号
类型
监控信号
控制点数
总点数
1
DI
无源触点
104
104
2
DO
24VDC
104
104
压力
20
34
流量
2
3
AI
分析
4~20mADC
9
液位
1
温度
2
4
AO
4~20mADC
12
12
4.2.2控制水平
本装置选用先进的现场仪表配合先进的DCS控制系统完成过程检测和控制设计。
该方案具有较高的性价比。
技术先进、可靠且功能强大，自动化程度高，可大量减少人工的操作和维护。
4.2.3基本控制功能
4.2.3.1顺序控制
本装置的所有程控开关阀按照事先给定的逻辑程序顺序执行。
程控阀门可由DCS完成自动/手动控制，此外在现场还可以手动操作各电磁阀的开闭。
4.2.3.2程控调节
回路控制主要是由现场仪表采集信号送至DCS系统，由DCS系统完成PID控制和各种算法，其输出信号控制调节阀开度，以完成整个回路控制，PID的种种设定参数可在操作站上输入和修改。
常规PID控制系统：
部份调节回路以压力、流量或液位为控制对象实现常规PID控制。
顺序控制结合曲线控制系统：
这种控制方式主要应用在“终充”、“顺放”工艺步骤。
“终充”、“顺放”调节阀由程序来决定什么时候开，什么时候关，同时由给定曲线来决定其开度。
其目的是将某一个吸附塔的压力，在一定的时间内，平稳地从一个压力点升高或降低到另一个压力点。
从而保证变压吸附工况的稳定。
4.2.3.3多塔任意切换系统
在同一套PSA装置中，可实现多个吸附塔的任意组合和任意切换。
既可在阀门出现故障时，报警并自动及时切换，保证产品质量，稳定生产避免非计划停车，同时剩余吸附塔重新排列组合；又可在不停车的情况下，有计划的维护部分吸附塔。
本系统可确保PSA装置的长期、稳定、安全运行，同时大大提高装置操作的灵活性。
本系统是以安装在程控阀上的阀位检测信号，吸附塔压力信号，及其它相关工艺参数为判断依据，来诊断装置可能的故障，发出报警信号提示操作人员，同时该系统将及时、平稳地切换（可手动/自动选择）到另一运行模式，继续生产。
被切除的故障塔处于隔离状态，可对程控阀进行在线维修。
故障处理完后，该系统根据故障塔的压力及其吸附剂的吸附状态，自动确定恢复步位，以确保恢复运行后，装置的运
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