膜提氢装置技术方案新汇总.docx
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膜提氢装置技术方案新汇总
安徽金禾实业股份有限公司
膜提氢装置
技术方案
大连迈泰克科技开发有限公司
二零一三年十月
目录
一、技术说明
二、设计依据
三、工艺流程说明
四、物料衡算
五、装置性能保证指标
六、公用工程消耗
七、设计标准
八、供货范围
九、膜提氢装置的验收
十、质量保证
十一、交货进度及运输
十二、装置分项报价
十三、业绩表及相关业绩说明
一、技术说明
膜法气体分离技术是当今世界竞相发展的高新技术，其基本原理是两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，由于各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率有差异。
在驱动力——膜两侧压力差作用下，渗透速率相对快的气体，如水蒸气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等优先透过膜而被富集；而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳等气体则在膜的滞流侧被富集，从而达到混合气体分离之目的。
膜分离回收提纯氢气具有技术先进、工艺设计
合理、占地少、开动灵活、膜寿命长、维护及行费
用低等优点；膜提氢装置的性能稳定、连续开工期
可靠。
多年来的实践经验表明，采用膜分离回收提
纯氢气技术的设备投资少、投资回收期短，经济效
益极为显著。
二、设计依据
2.1项目背景
安徽金禾实业股份有限公司合成氨生产能力400吨/天。
拟建设处理气量为6000NM3/H（产品气）膜提氢装置，要求氢气纯度大于99%，用于配套建设15万吨双氧水装置。
合成放空气流量约2000NM3/h，通过计算并考虑余量需补充的精炼气为7200NM3/h就可以满足需求。
2.2设计数据基础
放空气量:
2000NM3/h
组成:
组成:
H254%；N2+AR24%；CH419%；NH33%
精炼气：
7200NM3/h
组成:
H273%；N2+AR23.8%；CH41.2%；NH32%
2.3技术要求
产品氢气（二级渗透气）流量≥6000Nm3/h
产品氢气（二级渗透气）氢浓度≥99%
产品氢气（二级渗透气）压力≥0.8MPa（A）
三、工艺流程说明
.膜分离技术回收提浓氢气的工艺流程可分为预处理（水洗、加热和预放空）和膜分离两部分。
稳定流量的合成放空气和精炼气混合后进入膜分离界区，此气体经调节阀进入洗氨塔，洗氨塔内设高效不锈钢丝网填料，采用高压水洗流程,由高压水泵（一开一备）送来的软水由塔顶喷淋净化气体，保证水洗后原料气中的氨含量小于20ppm。
洗氨后的气体进入气液分离器，以除去气体中夹带的液体,从气液分离器出来的气体进入蒸汽加热器将原料气加热至45～50℃，使原料气远离露点，不至因可冷凝物富集液化形成液膜而影响分离性能，同时使膜分离器处于最优化的工作状态。
用一蒸汽调节阀与温度变送器联合实现原料气温度的调节、指示、报警及联锁；而此处流量变送器的作用是对原料气的流量实现指示及报警；加热过的气体经一管道过滤器进入膜分离器组进行分离，膜分离器过程分为一级膜分离和二级膜分离，一级膜分离的目的是把原料气氢气浓度提高到90％以上，再通过二级膜分离把氢气提纯至99％以上。
分离器中的膜组件是由高分子材料制成，它的耐压性能有一定的限制，过高的温度和压差会造成封头的破坏和丝膜失效。
因此，检测与自控就显得非常重要。
本装置的自控系统由甲方的DCS进行集中控制，对进膜气体压力，放空气排量及加热温度等均实行自控操作，同时对超温，超压差等实行自动报警与联锁停车，停车后膜分离装置可自动进入自我保护状态。
四、物料衡算
简单的流程示意图如下：
物料平衡数据表
名称
驰放气
精炼气
混和气
预处理后
一级渗透气
一级尾气
二级渗透气
二级尾气
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
温度（℃）
30
30
30
25
30
30
30
30
压力（Mpa）A
11
11
11
11
2
10.8
0.8
1.9
流量NM3/hr
2000
7200
9200
8996
6510
2486
6008
502
组成mol%
H2
54
73
68.87
70.43
93.79
9.26
99.10
30.24
N2+AR
24
23.8
23.84
24.38
5.31
74.33
0.80
59.29
CH4
19
1.2
5.07
5.18
0.90
16.40
0.10
10.47
NH3
3
2
2.22
----
----
----
----
----
五、装置性能保证指标
5.1操作弹性：
在30%～110%负荷内正常生产。
5.2操作时间：
年工作时间8000小时。
5.3产品气（二级渗透气）流量≥6000Nm3/h；产品气（二级渗透气）氢浓度≥99%
产品气（二级渗透气）压力≥0.8MPa（A）
注1）以上指标以原料气数据为依据。
2）原料气的压力和组成的波动可直接造成设备性能指标波动
六、公用工程消耗
膜分离提氢装置公用工程包括：
电、脱盐水、蒸汽、仪表空气、氮气等。
电主要用于水泵、仪表用电；蒸汽用来加热原料气；仪表空气用于现场仪表的操作和控制；氮气用于在开前吹扫管路。
预计公用工程消耗如下：
项目
压力（MPa.G）
温度（℃）
消耗
蒸汽
1.3
170
50kg/hr
仪表空气
0.4~0.6
常温
6Nm3/hr
氮气
1.0
常温
≤20Nm3/次
脱盐水
0.2
常温
1.8t/h
电
220V/380V50Hz
12kw
七、设计标准
本装置的设计遵循《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92，同时遵循以下标准规范以及相关的标准规范、法令、法规和规定。
1）压力容器
压力容器设计、制造、检验与验收采用《钢制压力容器》GB150-1998,同时遵循国家颁布的有关压力容器的法令、法规和规定.
2）管道
2.1）管道规格采用化工部HG20553（Ib系列）、GB5310或GB6479、GB8163。
2.2）管道的安装和验收采用《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235及《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501。
3）法兰：
法兰标准采用HG20615标准、机械部JB、国标GB标准。
4）电气/自控仪表
4.1）供配电系统设计规范GB50052-95。
4.2）低压配电设计规范GB50054-95。
4.3）石油化工自动化仪表选型设计规范SH3005—1999。
4.4）爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92。
4.5）石油化工企业信号报警、联锁系统设计规范SH3018—1990。
4.6）石油化工仪表配管配线设计规范SH3019—1997。
4.7）石油化工企业电气图图形和文字符号SH3072—95。
4.8）石油化工仪表工程施工技术规程SH3521—1999。
4.9）石油化工行业相关标准。
八、供货范围
8.1卖方供货范围
卖方负责膜提氢装置及配套的全部设备（所有设备包括地脚螺栓、配对法兰、紧固件等）及装置的制造和检验并提供装置操作维护检修手册、现场指导安装、试车调试和性能试验验收和售后服务。
除土建基础外，膜提氢装置作为一个单元装置供货，管道甩头出界区外壹米并提供配对法兰并负责将装置运达施工现场。
8.1.1现场设备一览表
序号
名称
规格型号
单位
数量
生产单位
1
膜分离器
形式：
中空纤维膜
膜材料：
聚酰亚胺
一级膜分离器
套 1
1
二级膜分离器
套 1
1
2
洗氨塔
规格：
Φ450×9000mm
台
1
大连祥丰
操作压力：
12MPa
或具有资质的同类厂家
操作温度:
常温
3
气液分离器
规格：
Φ325×3000mm
台
1
大连祥丰
操作压力：
12MPa
或具有资质的同类厂家
操作温度:
常温
4
加热器
套管式
台
1
大连迈泰克
材质：
C.S
操作压力：
12MPa
操作温度:
180℃/45℃
5
水泵
3DP
台
2
无锡海燕高压泵阀厂
6
装置框架
套
1
大连迈泰克科技开发有限公司
含管道、管件等
手动阀门
8.1.2仪表一览表
序号
项目名称
规格型号
单位
数量
生产单位
一
自控仪表
1
压力变送器
4～20mA输出
台
3
EJA
接液部分材质：
不锈钢
本安防爆：
iaⅡCT4
2
孔板流量计
套
6
上海仪昌
附差压变送器
4～20mA输出
个
6
EJA
三阀组
接液部分材质：
不锈钢
个
6
孔板
本安防爆：
iaⅡCT4
个
6
3
液位计
4～20mA输出
套
2
EJA
接液部分材质：
不锈钢
本安防爆：
iaⅡCT4
4
一体化温度变送器
量程：
0～100℃
套
2
浙江伦特机电有限公司
接液部分材质：
不锈钢
本安防爆：
iaⅡCT4
4～20mA输出
5
氨压表
个
18
大连德溢
6
双金属温度计
量程：
0～100℃
个
2
大连德溢
7
动力柜
台
1
防爆接线箱
二
调节阀
气动薄膜调节阀
套
7
无锡仪表阀门制造公司
附电气阀门定位器
空气过滤器
8.1.3备品备件
序号
名称
型号和规格
数量
1
双金属温度计
WSS
1个
2
压力表
YA-150
2块
3
水泵备件包
水泵厂家提供
2套
4
仪表用球阀
4个
8.1.4整套装置毛重预估
整套装置及外包装预计重约15吨。
8.1.5膜提氢装置占地面积：
约为9米×6米。
8.1.6技术服务及培训
在买方工厂进行的技术服务包括检查和指导安装膜提氢装置、操作人员培训、指导开车、性能测试，服务时间限定在连续的15天之内。
8.1.7技术资料
合同生效后一个月内，向买方提供所需以下整套图纸。
1）管道及仪表流程图、管道一览表、设备一览表
2）底板布置图及管线表、设备布置图
3）仪表自控设备表
4）报警及联锁设定值表
5）仪表平面布置图
6）现场接线箱位置与接线端子图
装置交货时交付
1）操作手册及维护指南
2）压力容器检验证书
3）质量证书
4）设备竣工图等有关资料
8.2买方供货范围
1）所有土建工程设计及材料供应，包括安装现场的准备、基础及排水。
2）为膜提氢装置配备照明设施
3）负责提供从设备现场防爆接线箱到控制室之间的电缆及电缆桥架，并负责铺设工作。
4）提供分析仪器包括色谱分析仪和氨管
5）设备及管线的保温施工及材料
6）膜提氢安装在买方现场的安装及管线的连接施工,包括起吊工具在内的安装所需工具由买方自备（不需特殊工具）
九、膜提氢装置的验收
本系统一经开车，双方将进行性能测试。
气体组成的分析手段为气相色谱分析仪或由双方商定；当进入系统的原料气在性能测试原料气指标范围所规定的范围，系统在连续72小时内其平均运行性能符合系统保证指标值（第5.2条），则认为测试合格，在达到保证值后，双方代表签署验收合格证书，一式两份，双方各一份。
十、质量保证
1）本项目的保证期为：
调试验收合格12个月或设备交货18个月，以先到为准。
2）卖方对系统开工后的售后技术服务、使用与维修技术咨询提供良好的保证，确保使用、维护技术培训质量。
对用户提出的问题8小时内给予答复（电话或传真），直到解决问题。
3）在质保期内，装置如出现问题，卖方技术人员在接到买方正式通知后如需赶到现场的48小时内赶到现场。
如是卖方的原因，卖方应免费负责将问题解决，包括更换膜内件。
如是买方的原因，卖方有偿服务，并将问题解决。
4）保证期后，卖方常年质量跟踪，掌握装置运行情况，长期有偿优惠提供备件。
十一、交货进度及运输
膜提氢装置作为一整体撬装设备提供，中空纤维膜、过滤器、加热器和所有仪表及配件将全部安装在一个框架内，洗氨塔、水泵、软水槽等随主体设备一起提供。
交货期：
合同签订后三个月交货。
交货地点：
合同规定的地点。
运输方式：
公路运输并保险。
十二、装置分项报价
1）设备报价
序号
名称
规格型号
单位
数量
单价（万元）
总计（万元）
1
膜分离器
φ200×3000mm（美国、一级）
组
1
130
130
φ140×1900mm（美国、二级）
组
1
144
144
2
洗氨塔
规格：
Φ450×9000mm
台
1
15
15
3
气液分离器
规格：
Φ325×3000mm
台
1
2.5
2.5
4
加热器
套管式
台
1
1
1
5
水泵
3DP40
台
2
3
6
6
软水储槽
φ1000×1500mm
台
1
0.5
0.5
7
工艺阀门
各规格
套
1
7
7
8
法兰、管件、钢管
套
1
5
5
9
装置框架等
套
1
12
12
10
合计
323
2）控制仪表报价
序号
名称
规格型号
单位
数量
单价（万元）
总价（万元）
1
压力变送器
4～20mA输出
台
3
0.4
1.2
2
孔板流量计
套
6
0.2
1.2
3
差压变送器
4～20mA输出
个
8
0.4
3.2
4
一体化温度变送器
量程：
0～100℃
套
2
0.1
0.2
5
氨压表
YA-100（不锈钢）
个
18
0.01
0.18
6
双金属温度计
量程：
0～100℃
个
2
0.01
0.02
7
动力柜
台
1
0.6
0.6
8
防爆接线箱
套
1
0.2
0.2
9
电缆及附件
套
1
1.8
1.8
10
调节阀
台
7
0.7
4.9
11
合计
13.5
3）报价合计
序号
名称
价格（万元）
1
设备
323
2
控制仪表
13.5
3
技术服务费
5
4
运费、保险费
2
5
不可预见费
1
合计
344.5
注：
在保证膜提氢装置性能的前提下，如果一级膜选用日本宇部生产的膜分离器，其它配置都不变，膜提氢装置总报价下降40万元，合计为304.5万元。
十三、业绩表及相关业绩说明
膜提氢装置业绩表
序号
单位
处理量（Nm3/h）
启动时间
氢气分离提纯系统
1
山西平陆化肥厂
800
2004
2
山东平邑化肥厂
800
2004
3
华锦集团辽河化工厂
15000
2004
4
山东海化盛兴化工有限公司
2500
2005
5
云南云峰化学工业公司
4000
2006
6
河南濮阳县化肥厂
800
2006
7
河南鹤壁宝马化肥厂（甲醇驰放气）
15000
2007
8
河南滑县化肥厂
800
2007
9
山东海化金星化工有限公司
1500
2007
10
河南水晶股份有限公司
800
2008
11
赤峰富龙化工有限公司
1000
2008
12
山东德齐龙化工有限公司
1800
2008
13
晋煤集团冀衡化肥有限公司
2500
2009
14
河北元隆化工有限公司
3000
2009
15
河北鑫源顺发化工有限公司
800
2009
16
宁夏富荣化工有限公司
300（99%高纯氢）
2009
17
南京荣欣化工有限公司
1500
2009
18
山东海化华龙硝胺有限公司
2200
2009
19
湖南澧县金源化工有限公司
1200
2010
20
四川宜宾天原股份公司
1500
VCM单体回收
2010
21
阳煤集团丰喜集团平陆分公司
1400
2010
22
成都宇源化工有限公司（甲醇驰放气）
4000
2010
23
河南国安化工有限公司
1500
2010
24
山西中天大川煤化工有限公司
（甲醇驰放气）
4000
2010
25
安徽淮化股份有限公司
6600（低压）
2010
26
河南鹤壁宝马化肥厂（甲醇驰放气）
4000
2010
27
河北新乐市新化股份有限公司
1000（99%高纯氢）
2010
28
吉林通化化工股份有限公司
2200（低压）
2010
29
山东鲁洲集团沂水化工有限公司
3000
2010
30
安徽金禾实业股份公司
1200
2010
31
洛阳炼化宏力化工有限公司
300（低压）
2010
32
山东文登市恒盛化工有限公司
300（99%高纯氢）
2011
33
晋煤集团冀衡化肥有限公司
800
2011
34
山东平邑丰源化工有限公司
4000
2011
35
晋煤明升达化工有限公司
1000（99%高纯氢）
2011
36
湖北华强化工集团股份有限公司
20000（99%高纯氢）
2011
37
长春金宝特生物化工有限公司
（多元醇驰放气）
23300
2011
38
阳煤丰喜集团新绛化工有限公司
3700
2011
39
阳煤集团石家庄柏坡正元化工公司
1500
2011
40
南京荣欣化工有限公司
2000（低压）
2011
41
晋煤集团冀衡化肥有限公司
6000
2011
42
内蒙古卓正煤化工公司（甲醇驰放气）
11000
2011
43
华锦集团辽河化肥厂
9000
2012
44
永煤集团涡阳三星化工有限公司
1800（低压）
2012
45
永煤集团涡阳三星化工有限公司
3600（高压）
2012
46
河南鹤壁市宝马化肥厂（甲醇驰放气）
18000
2012
47
湖北华强化工集团股份有限公司
5000
2012
48
新疆鸿基焦化有限公司
3200
2012
49
阳煤集团深州化肥有限公司
2000（低压）
2012
50
河南鹤壁市宝马化肥厂（甲醇老系统）
3000
2012
51
宏业生化股份有限公司濮阳分公司
5000（低压、高纯氢）
2012
52
河北新乐市新化股份有限公司
1200
2013
53
四川井研桂祥化工有限责任公司
1000
2013
54
石家庄正元化肥（灵寿）有限公司
2000（低压）
2013
55
石家庄柏坡正元化肥有限公司
4500（99%高纯氢）
2013
56
安徽德邦化工有限公司
4500（高压）
2013
57
中石油抚顺石化分公司
5267（低压）
2013
58
阳煤山东平原化工有限公司
2000（低压）
2013
说明：
湖北华强化工集团股份有限公司双氧水生产能力为20万吨/年，石家庄柏坡正元化肥有限公司双氧水生产能力为10万吨/年，均采用大连迈泰克科技开发有限公司的膜提氢装置为双氧水生产提供氢气。
以下为该公司膜提氢装置的运行数据供参考：
石家庄柏坡正元化肥有限公司数据：
1、工艺参数
压力：
一级10.18-10.22MPa；二级1.86-1.88MPa；二段3.5MPa；二级渗透气0.5MPa
温度：
50℃
原料气:
5700-6200NM3/h
软水流量：
2.04t/h
2、分析数据
名称
原料气%
一级渗透气%
一级尾气%
二段渗透气%
二段尾气%
二级尾气%
二级渗透气%
1
57
99.67/99.26
2
58
86
19
82
12
32
99.33
3
59
86
19
91
17
28
99.24/98.87
4
58
87
21
90
不爆炸
25
99.58/98.88/99.20
湖北华强化工集团股份有限公司运行分析数据：
序号
时间
入膜氨含量（PPM）
二级膜进口压力（Mpa）
原料气H2
一级渗透气H2
二级渗透气H2
一级尾气H2
1
6.1
44.3
96
16
2
54.7
96
9.3
3
6
54.7
94.7
17.3
4
52.7
96.7
12
5
6
1.83
52.7
98
99.3
14.7
6
1.83
52.7
99.3
7
6
1.84
45.3
98.7
99
11.3
8
1.86
45.3
95.3
99
24
9
6
1.85
50.7
98.7
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