TSA技术协议最终版.doc
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1、TSA技术协议(最终版)哈密宣力燃气发电有限公司新疆哈密煤化工尾气综合利用宣力发电项目尾气收集与净化工程设备技术协议书(TSA净化装置)需 方: 哈密宣力燃气发电有限公司中航世新安装工程(北京)有限公司供 方: 上海同助化工科技有限公司设计方: 中冶赛迪工程技术有限公司日 期:二一四年八月六日目录一、概述- 3 -二、工程条件- 4 -三、工艺方案- 7 -四、规范与标准- 14 -五、主要设备选型- 19 -六、界区和供货范围、占地面积- 25 -七、资料交付- 28 -八、设备监造及检验- 31 -九、质量及验收- 34 -十、性能保证值和考核方法- 35 -十一、工程实施、工期- 37
2、-十三、售后服务- 42 -附图: 管道及仪表流程图 & 设备平面布置图一、概述1.1工程名称新疆哈密煤化工尾气综合利用宣力发电项目尾气收集净化站设备TSA净化装置。1.2建设地点新疆维吾尔自治区哈密市。1.3工程简介为配合新疆哈密煤化工尾气综合利用宣力发电项目建设,在发电项目之前,先将兰炭尾气进行处理,设置尾气处理站。尾气处理站设有电捕焦油器、净化装置、脱硫装置、事故燃烧放散塔和煤气柜等主要设施。本技术方案为TSA净化装置设计。1.4装置主要组成本装置采用“TSA净化”工艺,脱除煤化工尾气中粉尘、萘、焦油、部分H2S及HCN等杂质。二、工程条件2. 1厂址本工程位于新疆东部哈密地区,东与甘肃
3、酒泉地区接壤,南接巴音郭勒蒙古自治州,西临吐鲁番地区,北与蒙古人民共和国比邻。2.2 气象条件1) 大气温度平均气温 10.5最热月平均气温 28.9最冷月平均气温 -11.6极端最高气温 45.1极端最低气温 -33.92) 大气压力年平均大气压: 96.16kPa3) 湿度:年平均相对湿度: 33%4) 降雨量年平均降雨量: 18.7mm日最大降雨量: 22.8 mm5) 风速风向平均风速: 4.3 m/s最大风速(2min定时): 28m/s。6) 风压及雪压:10m处基本风压: 0.84kN/m2基本雪压: 0.25kN/m27) 抗震设防裂度 建设场地抗震设防烈度为7度,设计地震分组
4、为第二组,设计基本地震加速度值0.10g。2.3 公用工程1) 氮气接点压力 0.65MPa温度 常温纯度 99.52) 蒸汽接点压力 1.3MPa温度 2003) 工业水接点压力: 0.25 0.35MPa水温: 最高35水质:碳酸盐硬度(mg/L): 200含油量(mg/L) : 5浊度(mg/L) : 50有机物含量(mg/L); 254) 供电电压等级: AC 220V/380V频率: 50Hz2.4 技术参数a) 装置处理能力:装置处理煤化工尾气额定能力500000Nm3/h。b) 原料气条件:1) 工作介质:含焦油、尘等,含饱和水分兰炭尾气。2) 兰炭尾气量设计量: 50104 N
5、m3/h(标况:1atm,0;干尾气)设计量折合成入口工况量:约66104 m3/h(12kPa,55;含湿量饱和)3) 兰炭尾气组分:进TSA净化装置前尾气湿度饱和,其干尾气成分含量及主要参数见下表:序号组份单位数值备注1H2vol23.192N2vol41.183CH4vol6.304COvol13.325O2vol0.916CO2vol12.777C2C6vol1.148H2Smg/m35009萘vol0.110-4该数值需卖方参考兰炭尾气历史经验值确定10氮氧化物vol0.110-411焦油mg/m32012灰分、粉尘和微粒mg/m31013低位发热量kJ/m3702514温度4560
6、15压力kPa(G)1216工况密度kg/m30.8855,8KPa工况下c) 产品气要求出口H2S含量300mg/Nm3;焦油量1mg/Nm3;粉尘1mg/Nm3;萘5mg/Nm3(煤气入口萘含量需卖方参考兰炭尾气历史经验值确定,本技术方案按照100 mg/Nm3设计)。尾气通过TSA净化装置总阻力损失不得大于4kPa。 三、工艺方案3.1、工艺原理3.1.1、吸附3.1.1.1、吸附概念吸附分离技术是近30 多年来发展起来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工业化。由于变压吸附技术投资少
7、、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、轻工及环保等领域。吸附是指:当两种相态不同物质接触时,其中密度较低物质分子在密度较高物质表面被富集现象和过程。具有吸附作用物质(一般为密度相对较大多孔固体)被称为吸附剂,被吸附物质(一般为密度相对较小气体或液体)称为吸附质。吸附按其性质不同可分为四大类,即:化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)气体分离与净化装置中吸附主要为物理吸附。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间分子力(包括范德华力和电磁力)进行吸附。其特点是:吸附
8、过程中没有化学反应,吸附过程进行极快,参与吸附各相物质间动态平衡在瞬间即可完成,并且这种吸附是完全可逆。变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有两个基本性质:一是对不同组分吸附能力不同,二是吸附质在吸附剂上吸附容量随吸附质分压上升而增加,随吸附温度上升而下降。利用吸附剂第一个性质,可实现对混合气体中某些组分优先吸附而使其它组分得以提纯;利用吸附剂第二个性质,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,从而构成吸附剂吸附与再生循环,达到连续分离气体目。3.1.1.2、吸附剂工业装置所选用吸附剂都是具有较大比表面积固体颗粒,主要有:活性氧化铝类、活性炭类
9、、硅胶类和分子筛类吸附剂;另外还有针对某种组分选择性吸附而研制特殊吸附材料,如CO专用吸附剂和碳分子筛等。吸附剂最重要物理特征包括孔容积、孔径分布、表面积和表面性质等。不同吸附剂由于有不同孔隙大小分布、不同比表面积和不同表面性质,因而对混合气体中各组分具有不同吸附能力和吸附容量。吸附剂对各种气体吸附性能主要是通过实验测定吸附等温线和动态下穿透曲线来评价。优良吸附性能和较大吸附容量是实现吸附分离基本条件。同时,要在工业上实现有效分离,还必须考虑吸附剂对各组分分离系数应尽可能大。所谓分离系数是指:在达到吸附平衡时,(弱吸附组分在吸附床死空间中残余量/弱吸附组分在吸附床中总量)与(强吸附组分在吸附床
10、死空间中残余量/强吸附组分在吸附床中总量)之比。分离系数越大,分离越容易。一般而言,变压吸附气体分离装置中吸附剂分离系数不宜小于3。另外,在工业变压吸附过程中还应考虑吸附与解吸间矛盾。一般而言,吸附越容易则解吸越困难。如对于C5、C6等强吸附质,就应选择吸附能力相对较弱吸附剂如硅胶等,以使吸附容量适当而解吸较容易;而对于N2、O2、CO等弱吸附质,就应选择吸附能力相对较强吸附剂如分子筛等,以使吸附容量更大、分离系数更高。 此外,在吸附过程中,由于吸附床内压力是周期性变化,吸附剂要经受气流频繁冲刷,因而吸附剂还应有足够强度和抗磨性。在变压吸附气体分离装置常用几种吸附剂中,活性氧化铝类属于对水有强
11、亲和力固体,一般采用三水合铝或三水铝矿热脱水或热活化法制备,主要用于气体干燥。硅胶类吸附剂属于一种合成无定形二氧化硅,它是胶态二氧化硅球形粒子刚性连续网络,一般是由硅酸钠溶液和无机酸混合来制备,硅胶不仅对水有极强亲和力,而且对烃类和CO2等组分也有较强吸附能力。活性炭类吸附剂特点是:其表面所具有氧化物基团和无机物杂质使表面性质表现为弱极性或无极性,加上活性炭所具有特别大内表面积,使得活性炭成为一种能大量吸附多种弱极性和非极性有机分子广谱耐水型吸附剂。沸石分子筛类吸附剂是一种含碱土元素结晶态偏硅铝酸盐,属于强极性吸附剂,有着非常一致孔径结构和极强吸附选择性,对CO、CH4、N2、Ar、O2等均具
12、有较高吸附能力。碳分子筛是一种以碳为原料,经特殊碳沉积工艺加工而成专门用于提纯空气中氮气专用吸附剂,使其孔径分布非常集中,只比氧分子直径略大,因此非常有利于对空气中氮氧分离。3.1.1.3、吸附平衡吸附平衡是指在一定温度和压力下,吸附剂与吸附质充分接触,最后吸附质在两相中分布达到平衡过程,吸附分离过程实际上都是一个平衡吸附过程。在实际吸附过程中,吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面分子引力束缚在吸附相中;同时吸附相中吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子得到能量,从而克服分子引力离开吸附相;当一定时间内进入吸附相分子数和离开吸附相分子数相等时,吸附过程就达到了平衡。在一定温
13、度和压力下,对于相同吸附剂和吸附质,该动态平衡吸附量是一个定值。在压力高时,由于单位时间内撞击到吸附剂表面气体分子数多,因而压力越高动态平衡吸附容量也就越大;在温度高时,由于气体分子动能大,能被吸附剂表面分子引力束缚分子就少,因而温度越高平衡吸附容量也就越小。3.1.2、变温吸附3.1.2.1、变温吸附示意图吸附量AQ1BQ2吸附温度T2T1相同压力下变温吸附示意图3.1.2.2、变温吸附概述从上图可以看出:在压力一定时,随着温度升高吸附容量逐渐减小。实际上,变温吸附过程正是利用上图中吸附剂在A-B段特性来实现吸附与解吸。吸附剂在常温(即A点)下大量吸附原料气中某些杂质组分,然后升高温度(即B
14、点) 使杂质得以解吸。在温度一定时,随着杂质分压升高吸附容量逐渐增大;吸附过程正是利用吸附剂在A-B段特性来实现吸附与解吸。吸附剂在常温高压(即A点)下大量吸附原料气中除某些杂质组分,然后降低杂质分压(到B点)使杂质得以解吸。3.1.3、吸附脱硫原理3.1.3.1、吸附剂脱除H2S室温下,气态硫化氢与空气中氧能发生下列反应: 2H2S+O2=2H2O+2S H= -434KJ/moI G=-511.18KJ/moI它是一个放热反应,在一般条件下,其反应速度很慢,催化剂可以加速其反应,H2S与O2在净化剂上反应是多相反应,第一步是净化剂表面化学吸附氧形成作为催化中心表面氧化物,这一步速度很快。第
15、二步是气体中硫化氢分子碰撞活性炭表面与化学吸附氧发生反应,生成硫磺分子沉积在净化剂孔隙中,沉积在活性炭表面硫对净化反应也有催化作用,在净化过程中生成硫呈多分子层吸附在净化剂孔隙中。吸附剂净化反应主要在其孔隙内表面上进行,由于表面自由能存在,使其对H2S分子有一定吸附作用,水蒸气在吸附剂中除存在多分子层吸附外,或存在毛细管凝结作用;因此:在室温下净化原料气中有饱和水蒸气存在,可加速净化作用,这时,H2S氧化作用将在液相水膜中进行,所以,当气体中存足够水蒸气时,才能使H2S更快吸收与氧化。若在气体中存在少量氨,会使吸附剂孔隙表面水膜呈碱性,更有利于吸附呈酸性H2S分子。其反应为: 4NH3+2H2
16、S+3O2=2(NH3)2S2O3 2NH3+H2S+2O2=(NH3)2SO4由于氨是极性分子,在有水存在条件下,其在水中溶解速度极快,所以其绝大部分溶解在水中并凝结在吸附剂内孔隙表面上,所以在脱除H2S同时也脱除了氨,氨溶解在水中并凝结在吸附剂内孔隙表面上更能加速H2S脱除。3.1.3.2、吸附脱除有机硫吸附剂脱除有机硫反应机理较为复杂,按其净化过程本性大致可分为吸附作用、催化氧化作用或者催化转化作用。吸附作用是借助于活性碳表面自由力场,主要通过活性炭与有机硫化物之间分子力而产生一种物理吸附,能够选择吸附工业气体中一些有机硫化物;吸附作用在煤化工尾气中脱有机硫效率可达70%。催化氧化作用是
17、有机硫化物在氨存在下,在活性炭表面上进行氧化反应,生成硫、硫氧酸盐或有机二硫化物。其反应式如下: 2COS+O2=2CO2+2S COS+2O2+2NH3+H2O=CO2+(NH4)2SO4 CS2+2O2+2NH3+H2O=CO2+(NH4)2S2O3 4RSH+O2=2RSSR+2H2O另外:该吸附剂对大分子有机硫有很强吸附作用。3.2、工艺流程总体工艺示意图:氮气饱和蒸汽电加热器净化塔去脱硫兰炭尾气界区线废水本装置采用“塔式全干法净化”工艺,脱除煤化工尾气中粉尘、萘、焦油、部分硫化氢、HCN等杂质,得到合格净化煤气。3.3净化工序净化工序设备包括:12台净化塔、2台电加热器。3.3.1净
18、化工序吸附与再生:煤化工尾气从底部进入正处于吸附状态净化塔,尾气中焦油、萘、硫化氢等组分被装填吸附剂发达孔系所吸附,从而使煤气得以净化,产品气从顶部流出。净化工艺由12台净化塔组成,采用10塔或11塔同时进气,2塔或1塔再生,通过程序控制使阀门自动切换,从而减少劳动强度。净化塔内装填4种吸附剂,底部装填瓷球和除油剂,先将煤气中焦油脱除,上部装填吸附剂主要用于脱除煤气中部分硫化氢和大部分萘,使煤气达到产品气要求。再生方法:用0.8-1.3MPa蒸汽经电加热器将蒸汽加热至约300后对净化塔进行高温再生,将净化塔中焦油、萘、硫化氢等杂质脱附出来,再生蒸汽进入污水池。在污水池池盖上安装一根放散管引至高
19、处,以排出池内气体,用循环泵将池内洁净水抽入放散管内进行循环喷淋。每个净化塔进、出管道上均设有温度、压力检测,塔体设有温度检测点,能随时监控云线状态。3.3.2净化工序装置操作条件:序号主 要 参 数操作条件1操作压力12 Kpa(G)2入口温度()45-603压降4 Kpa4再生时温度300 5吸附剂更换时间2年3.3.3净化工艺主要技术特点:采用TSA工艺可靠、有效地脱除煤气中焦油、萘、硫等物质,性能可靠。同时采用复合式多床层吸附剂,使煤气中杂质依次脱除,有效提高煤气质量同时也更利于再生。特殊净化塔内部结构设计使进设备煤化工尾气气流分布更加合理,支撑强度更好。净化塔下部设有气体分布器,保证
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