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
（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：陶建设审核：许淑萍
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目录
1概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 1.1设计概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 1.2原料、产品及副产品„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 1.3公用工程参数及消耗量„„„„„„„„„„„„„„„„„9 1.4 生产制度和劳动定员„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 2 工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 2.1 概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 2.2工艺原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 2.3工艺流程叙述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 2.4设备选型说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14 2.5能源利用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14 2.6主要控制指标„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 2.7装置布置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16 2.8吸附剂的装填及数量„„„„„„„„„„„„„„„„„ 18 2.9消耗定额„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 18 3管道设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 20 3.1概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 20 3.2变压吸附装置工艺管道特性„„„„„„„„„„„„„„ 20 3.3设计遵循的标准规范„„„„„„„„„„„„„„„„„ 20
3.4管道及管道器材的选用„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 3.5吸附剂装填注意事项„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 3.6管道施工及验收„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 3.7管架设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 24 3.8静电接地与跨接„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 24 3.9程控阀安装方向„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 24 4防腐设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 4.1设计范围„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 4.2涂料选型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 4.3施工要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 5绝热设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 28 5.1概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 28 5.2施工要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 28
1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 1.1.3.1装置界区划分
界区范围见图1—1. ① 原料气 氢气回收装置 200# PSA净化装置 100# 逆放气 ②氢气输出 加热 ④废气排放 ③解吸气输出 冷却 冷却 增压机 真空泵 图1—1装置界区范围
图中虚线内为本装置界区，点①、②、③、④为界内外对接点。 点①：原料气进界区管道 点②：产品氢气出界区管道 点③：解吸气出界区管道 点④：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/h 1.1.4.4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：0.52～0.55MPa 温度：-15～-20℃ 处理量：1800Nm3/h 组成：见表1—1
表1—1 原料气组成
组分 N2 H2 C2H3Cl C2H2 5～9 其余 2 合计 100 组成V% 10～15 59～63 10～12
1.2.2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：60～8℃ 组成：见表1—2 表1—2 产品气组成 组成 V% H2 26.93 N2 10.18 C2H3Cl 35.94 C2H2 26.95 合计 100 1.2.2.2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% 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 （1）电
电压：380V AC±10% 三相 频率：50HZ±3
220V AC±10% 单相 频率：50HZ±3 （2）仪表空气 温度：常温 压力：0.4～0.6MPa
露点：-40℃或比环境温度低10℃
要求净化、除尘、无油，符合仪表空气要求。 （3）置换氮气 温度：常温 压力：0.4MPa
露点：比环境温度低10℃，要求净化、除尘、无油。 （4）热水 压力：0.3～0.5MPa 温度：～90℃ 流量：～0.50m3/h （5）循环冷却水 (a)上水温度：～32℃ 上水压力：0.2～0.3MPa
（b）回水温度：高于上水3～5℃ 回水压力：低于上水0.1～0.2MPa
1.3.2公用工程参数消耗量 本装置公用工程消耗量见表1—4.
表1-4 公用工程消耗量一览表 序号 名称 规格 使用 小时消耗量 备注 情况 单位 正 最常 大 1 电 220V 50HZ 380V 50HZ 连续 KW 2 仪表照明用 机泵用 程控阀调节用 连续 KW 132 100 2 仪表空压力：0.4～0.6MPa 连续 Nm气 温度：常温 露点低于环境温度10℃ 3 置换氮压力：0.4MPa 气 温度：常温 纯度：N2≥99.5% 4 循环冷压力：0.2～0.45MPa 连续 t 却水 温度32℃ 5 间断 Nm3 3 500 开车初期使用 10 冷却器、真空泵、增压机用 加热器用 热水 压力：0.3～0.5MPa 连续 t 0.5 温度：90℃ 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1—5 劳动定员表 序号 1 2 岗位 操作人员 技术人员 合计 班次 5 2 每班人数 2 1 小计 10 2 12 备注 2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炔组分，减压脱附这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炔组分的吸附是定量的，当吸附剂对氯乙烯和乙炔组分的吸附达到一定量后，氯乙烯和乙炔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），二均降（E2D），三均降（E3D）、逆放（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炔组成等组分，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）工艺，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KY9304-32-101～201
从界外送来的0.50～0.55MPa，-10℃的氯乙烯尾气经原料气加热器（E101）加热到～40℃，再经流量计（FIQ-101）计量后，进入由5台吸附器（A101A～E）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（A101A～E、A201A～E）的吸附压力。
均压罐（V101、V202）用作吸附器（A101A～E、A201A～E）进行二均降（E2D）和二均升（E2R）时的储气罐。
从吸附器（A101A～E）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（P101A～E）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（A201A～E）顶部出来的氢气经调节阀（PV-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：0.52～0.55MPa 原料气温度：～30℃ 原料气流量：1800Nm3/h 产品气压力：≥0.06MPa 产品气温度：～40℃ 产品气流量：～600Nm3/h 产品氢气压力：≥0.1MPa 产品氢气温度：～40℃ 产品氢气流量：～812Nm3/h 表2-1 100#工艺时序表
步骤 吸附 A 顺放PP 一均压降ED1 二均压降ED2 三均压降ED3 逆放D 抽空V 三均压升ER3 二均压升ER2 一均压升ER1 最终充压FR 周期 压力（MPa） 0.50 0.45 0.32 0.23 0.08 0.01 -0.085 0.08 0.15 0.32 0.50 温度（℃） ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ 变2-2 200#工艺时序表
步骤 吸附 A 一均压降ED1 二均压降ED2 逆放D 抽空V 二均压升ER2 一均压升ER1 最终充压FR 周期
压力（MPa） 0.45 0.30 0.12 0.01 -0.085 0.12 0.20 0.45 温度（℃） ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃ ≤40℃
