成都开元技术方案和报价书发.docx
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成都开元技术方案和报价书发
宜宾天原股份有限公司
氯乙烯尾气回收项目方案和报价
2004年7月
四川开元科技有限责任公司
中国·四川
1.0项目概况
目前国内电石法生产聚氯乙烯树脂的厂家中,在聚氯乙烯精馏工艺上普遍采用低、高沸塔精馏的分离方法。
在低沸塔系统中,系统将不凝性气体（如H2、N2、O2、C2H2等）从尾凝器顶部排放,一是为了保证氯乙烯中间产品的质量,二是为防止整个系统中不凝性气体的积累。
排空尾气中夹带的氯乙烯含量约在8%～15%,既加大生产成本又造成严重的环境污染。
随着环境标准的不断提高,清洁生产已越来越受到人们的关注,因此,控制氯乙烯对环境的污染,回收精馏尾气中的氯乙烯是很必要的。
不仅可以减轻对环境的污染,同时还可以降低生产成本,可谓一举多得。
宜宾天原股份有限公司聚氯乙烯树脂生产中的精馏尾气温度约为－20℃～-25℃,冷凝器的压力～0.5Mpa,精馏尾气中的氯乙烯含量～9.11%,尾气气体量～922Nm3/h。
仅此损失,每年损耗VCM多达～1875吨,VCM单体按4000元/吨计算,仅此损失每年多达750万元。
因此对精馏尾气中VCM的有效回收利用和满足现在清洁生产对环境污染控制的高要求是非常必要和现实的。
2.0变压吸附法回收精馏尾气中VCM的工艺原理和工艺特点
2.1工艺原理
吸附现象早已被人类所知，但是吸附作为一种分离技术，在工业上被大规模采用，还是近几十年的事情。
吸附技术早期的应用是用于工业气体的干燥和净化。
六十年代初，这项技术成功用于氢气的分离提纯，奠定了吸附分离技术大规模工业化的基础。
目前变压吸附技术已在世界范围内成为提纯氢气的主要分离方法，并成功用于二氧化碳、一氧化碳、氮气、氧气、甲烷等气体的分离提纯和其它工业气体的净化。
吸附分离技术作为化工单元过程，正在迅速发展成为一门独立的学科，在石油化工、化学工业、冶金工业、电子、国防、医药、轻工、农业以及环境保护等行业，得到了越来越广泛的应用。
变压吸附技术已成为气体化合物分离和提纯的重要手段。
研究发现，一些具有发达微孔结构的固体材料对流体分子具有吸附作用，这类吸附材料被称为吸附剂。
当流体分子与固体吸附剂接触后，吸附作用随即会发生。
吸附的结果导致被吸附的分子在流体中和在吸附剂表面呈现不同的浓度分布，被吸附的分子在吸附剂表面得到富集。
不同的分子在吸附剂上呈现不同的吸附特性。
外界条件如流体温度、流体浓度（压力）会直接影响分子的吸附特性。
利用不同分子在吸附剂上吸附特性的差异，通过改变温度或压力的方式可以实现混合物的分离和提纯。
变压吸附过程在一定压力下进行吸附，在低压下进行解吸。
由于吸附循环周期短，吸附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，吸附过程可近似看做等温过程。
变压吸附气体分离技术的原理就是利用气体组分在固体吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性,通过周期性的压力变换过程来实现气体组分的分离和提纯。
PSA技术关键之一是吸附剂的选择，PSA专用吸附剂可分为硅胶、活性炭、活性氧化铝、分子筛等几大类，在这些吸附剂中，由于吸附剂的表面极性、表面电化学性质以及孔径分布和吸附剂比表面积的差异，造成了对气体吸附和解吸性质具有较大的差别。
因而针对氯乙烯尾气中含氯乙烯的具体情况，通过筛选得到吸附和解吸性能俱佳的专用吸附剂，对C2H3Cl等具有较大的分离系数，可以将氯乙烯分馏尾气中的氯乙烯和氢气、氮气有效分离。
在变压吸附法从聚氯乙烯分馏尾气中回收氯乙烯和乙炔的工艺中，采用复合吸附床，该复合床内分层装填了数种经过改性的专用吸附剂。
当富含氯乙烯和乙炔的尾气在一定压力下通过吸附床时，C2H3Cl、C2H2等强吸附组分被专用吸附剂吸附，其余的N2、H2等通过吸附床后直接排放，排放气中氯乙烯和乙炔含量完全符合国家规定的排放标准。
而被专用吸附剂吸附截留的C2H3Cl和C2H2在解吸过程中几乎完全回收，同时吸附剂得到再生，继而形成连续、稳定的循环操作。
2.2工艺特点
与现有的其它回收工艺相比，变压吸附法具有如下的优点：
2.2.1变压吸附工艺具有工艺流程简单，操作方便，自动化程度高的优点
变压吸附工艺流程简单,没有复杂的预处理工序,可在常温和不高的压力下操作，设备简单，吸附床再生不需外加热源和冷源，整个净化、回收循环过程采用PLC或DCS等系统控制，全部实现自动化操作，装置开停车十分方便。
2.2.2变压吸附工艺具有氯乙烯净化度高、回收率高的优点
采用变压吸附法所得到的净化气中氯乙烯含量≤36mg/m3，达到国家环保排放标准，可直接排放至大气，同时抽空产品气中氯乙烯的浓度得到浓缩，可直接返回至生产系统中回收、利用，该工艺对氯乙烯的回收率≥99％。
尤其是在回收氯乙烯的同时，乙炔也得到了同等程度的回收。
2.2.3变压吸附工艺所用吸附剂使用寿命长
变压吸附工艺使用期限为半永久性，吸附剂使用周期长,正常使用条件下吸附剂无损耗，可保用5～8年，通常寿命可达10年以上。
2.2.4变压吸附工艺能耗低、运行成本低
变压吸附工艺只使用少量仪表空气、冷却水，无溶剂和辅助材料消耗，电耗很低，装置运行维护费用也很低。
2.2.5变压吸附工艺操作弹性大
变压吸附是物理吸附，通过调整吸附时间等操作参数，适应原料不同气量和组成的较大范围的变化，可满足前工序的波动，保证净化、回收效果。
装置调节能力强,操作弹性大。
2.2.6装置可靠性高
变压吸附装置通常只有程序控制阀门运动部件,程控阀的密封使用寿命在正常使用工况下可达到60万～100万次以上,而且计算机控制系统可以自动诊断故障,吸附塔可以自动切换,从而使装置可靠性提高。
2.2.7除原料气外不会造成新的环境污染。
3.0工艺技术方案和要求
文中所述压力除特别注明外，全部为表压
3.1目的：
提供氯乙烯精馏尾气净化和回收的变压吸附装置
3.2原料气
3.2.1氯乙烯尾气组成：
（用户提供）
组份
C2H3Cl
C2H2
H2、N2、CO等
Σ
V%
～9.111
～1.312
～89.577
100
3.2.2氯乙烯尾气输入压力：
～0.5MPa（表压,下同）
3.2.3输入温度：
-20～-25℃
3.2.4原料气流量:
41.16kmol/h,即～922Nm3/h
3.2.5装置操作弹性范围:
30%～110%
3.3净化后排放气
3.3.1净化气净化度：
C2H2≤150mg/m3；C2H3Cl≤36mg/m3
3.3.2净化气输出压力：
～0.45MPa
3.3.3净化气温度：
～40℃
3.3.4净化气输出流量：
～644.3Nm3/h
3.4产品气
3.4.1产品气中氯乙烯回收率:
≥99%；乙炔回收率:
≥99%
3.4.2产品气含量：
C2H3Cl～30%；C2H2～4.3%
3.4.3产品气压力：
≥0.06MPa
3.4.4产品气输出流量：
～277.7Nm3/h
4.0工艺流程叙述和界区范围
4.1界区范围
②净化气
①原料气
加热
PSA净化装置－CH4
冲洗气
逆放气
冷却
冷却
鼓风机
真空泵
③产品气
点①、②、③之间的虚线框范围为本装置界区范围，本装置界区自原料气进装置的第一个截止阀入口端起，至产品气和净化气出口为止，仪表和电气设计交接点在装置界区分界面上。
4.2物料平衡
气流名称
单位
组分
H2、N2、CO等
C2H3Cl
C2H2
合计
①原料气
V%
89.58
9.11
1.31
100.00
Nm3/h
825.90
84.00
12.10
922.00
②净化气
V%
99.9
0.0013
0.0129
100.00
Nm3/h
644.20
0.008
0.08
644.29
③产品气
V%
65.43
30.25
4.33
100.00
Nm3/h
181.70
84.00
12.02
277.71
4.3工艺流程简述
氯乙烯分馏尾气在～0.5MPa、-20～-25℃下进入本装置，首先经加热器加热至20～40℃,然后经流量计计量后进入由5台吸附塔组成的PSA系统。
由入口端通入原料气，氯乙烯、乙炔等吸附能力较强的组份被吸附剂吸附，在出口端输出净化后的气体，净化气净化度：
C2H2≤150mg/m3、C2H3Cl≤36mg/m3。
一部分作为净化气输出，另一部分返回到吸附塔内用做冲洗气。
被吸附的氯乙烯和乙炔等气体在逆放和抽空阶段解吸出来,作为产品气输出,产品气含量：
C2H3Cl～30%、C2H2～4.3%；产品气压力：
≥0.06MPa,产品气输出流量：
～277.7Nm3/h。
5.0乙方供货范围
5.1装置主要配置（硬件）
5.1.1非标设备
序号
设备名称
规格
主要材料
数量（台）
1
吸附器
DN1200x7100
20R
5
2
均压罐
DN1600x10600
16MnR
1
3
解吸气罐
DN2000x14300
16MnR
1
4
加热器
Φ400F=13.0m2
碳钢
1
5
冷却器
Φ400F=10.0m2
碳钢
2
合计
5.1.2吸附材料
采用以下各种专用吸附材料。
序号
型号
装填位置
规格
1
KY1204
PSA吸附器上部
3～5
2
KY1203
PSA吸附器中上部
2～3
3
KY1202
PSA吸附器中下部
25
4
KY1201
PSA吸附器下部
2～5
5.1.3程序控制阀
专用气动程控阀门共计42台（不含备品）。
规格
DN40
DN50
DN80
DN100
DN150
合计
数量
7
10
12
6
7
5.1.4定型动力设备
设备名称
规格或型号
单台电机功率（KW/台）
数量（台）
备注
真空泵
WLW-150A
11
2
出口压力:
0.01～0.02MPa，2开不备
鼓风机
7.5
1
升压:
49Kpa,气量:
～300Nm3/h
5.1.5仪器仪表和控制系统
由于变压吸附装置程序控制阀门多，程控阀门切换时间短，动作频繁，人工无法操作，以及装置本身工艺的特殊性，即吸附过程连续，解吸再生过程压力有较大幅度扰动和装置防爆要求等，故工艺对仪器仪表和控制系统的可靠性要求较高。
5.1.5.1仪器仪表选用电Ⅲ型仪器仪表。
序号
名称
单位
数量
备注
1
一体式防爆电磁阀
个
44
美国ASCO
2
压力变送器
台
13
川仪
3
温度变送器
台
2
川仪
4
流量计
台
2
川仪
5
调节阀
台
3
川仪
6
阀检
个
43
德国TURKE
7
LB齐纳安全栅及套件
个
22
浙江
8
阀检用安全栅
个
22
德国TURKE
9
就地仪表
套
1
10
仪表柜
块
1
5.1.5.2控制系统
控制系统选用西门子S7-300PLC控制系统，全套。
本装置的控制系统由PLC系统、现场仪表及执行机构等组成。
PLC系统本身具很高可靠性，对于关键的执行机构，即程控阀，除了阀门本身高质量外，还增加了阀位检测系统，通过对阀位的监视，实时监控阀门的运行情况。
依靠高质量的阀位检测和先进的故障诊断及处理软件，保证故障判定正确，程序切换工艺步骤选择优化，切换步位恰当，系统无扰动过渡，使整个装置运行可靠、平稳。
5.2设计和技术服务
5.2.1设计分工
界区范围内的设计工作由乙方负责,甲方配合。
5.2.2设计深度和标准
乙方提供的设计文件的设计深度及设计标准按国家标准、规范和规定以及相关行业的相关标准、规范和规定来进行。
5.2.3设计资料的交付
乙方提供界区范围内的全套设计图纸和文件、装置操作运行说明书,数量一式八份。
5.2.2人员培训
卖方对买方的操作人员的培训在现场进行。
5.2.3技术服务
为确保装置按时、高质量的建成和安全稳定运行，乙方有责任为甲方提供相应的技术服务，这些工作必须是及时而又圆满的。
包括以下这些方面：
a.及时与甲方沟通,做好界区内外的各种条件的交接。
b.按工程进度要求，准时向甲方交付规定的技术资料。
c.乙方负责提供专用吸附剂装填方案,现场指导吸附剂的装填工作。
d.对装置在安装、调试、投料运行和原始开工操作过程中，卖方将派出有丰富经验的专业技术人员到现场进行技术指导，以保证装置施工顺利、运行正常。
e.在装置验收后，乙方长期为甲方提供技术咨询和技术服务，从装置运行之日起,乙方对提供的硬件保用一年（保用期以发货后18个月或开工投料合格后12个月计算,以先到时间为准）,在此期间,因乙方的软件或硬件的质量引起故障,均由乙方无偿负责处理。
保用期后,乙方常年质量跟踪,掌握装置运行情况,长期保证及时优惠提供备件。
f.乙方在接到甲方通知后,24小时内到达甲方现场进行技术服务。
6.0公用工程消耗
名称
规格
单位
数量
备注
电
220V,50Hz
KWh/h
3
照明和仪表用电
380V,50Hz
KW
27
动力设备用电
仪表空气
P=0.4～0.6MPadp-40℃
Nm3/h
50
仪表及程控阀门用
热水
t～90℃
T/h
0.4
加热器用
冷冻水
P=0.2～0.3MPaT≤7℃
T/h
0.8
冷却器冷却用
循环冷却水
P=0.2～0.3MPaT≤32℃
T/h
2.5
动力设备冷却用
置换用氮气
N2≥99.5mol%，P≥0.2MPa
Nm3/h
300
开车初期吹除置换用数小时
7.0装置占地
室外非标设备露天布置，占地:
20m×7m=140m2
动力设备布置在动力设备棚内,占地:
8m×4m=32m2
分析控制室由厂方统一考虑。
设备布置可根据厂方具体情况进行调整。
8.0生产装置定员
本装置连续运转,需三班连续操作,年工作时间8000小时。
采用四班三运转编制,每班一人,共需4人，工艺技术员和仪表技术员由用户统一考虑。
9.0装置性能保证、售后服务和其它
9.1装置能力
原料气进装置压力：
0.5MPa
原料气进装置温度：
-20～-25℃
装置处理公称能力：
～922Nm3/h
装置操作弹性:
30%～110%
9.2净化后排放气
9.2.1净化气净化度：
C2H2≤150mg/m3；C2H3Cl≤36mg/m3
9.2.2净化气输出压力：
～0.45MPa
9.2.3净化气温度：
～40℃
9.3产品气
9.3.1产品气中氯乙烯回收率:
≥99%；乙炔回收率:
≥99%
9.3.2产品气压力：
≥0.06MPa
9.4装置性能考核及验收
9.4.1净化后排放气中的氯乙烯含量采用现场实测验收的方法。
9.4.2氯乙烯回收率的计算方法和考核方法
氯乙烯回收率是本装置主要考核指标之一，它的定义是从本装置获得的产品中氯乙烯的绝对量占进入本装置的原料气中氯乙烯绝对量的百分比。
氯乙烯回收率计算方法是：
η＝（FP×XP）/（FF×XF）×100%
式中:
η—氯乙烯回收率%
FP、FF—分别为产品流量和原料流量Nm3/h
XP、XF—分别为产品和原料中的氯乙烯含量v%
原料和产品的取样位置分别在装置的原料气输入管路上和产品输出管路上。
原料流量计、产品流量计、色谱分析仪器以及分析用标样均需经国家认可的计量部门标定或确认。
9.4.3乙方应同甲方一起组成联合考核领导小组，搞好装置的考核验收工作。
组织工作由甲方负责，乙方派技术人员参加。
9.4.4考核时间为72小时,在考核期间根据气体取样分析值和流量,每小时进行计算一次。
9.4.5在72小时考核时间内连续、平均取样次数不小于18次，并以双方认可的分析仪、甲方分析化验室的分析数据及控制计量仪表的数据为准。
9.5连续开工年限
本装置连续开工年限不少于2年。
9.6吸附剂性能及使用年限
本装置使用的各类吸附剂是根据原料气条件选择和配备的，各类吸附剂经严格检验和密封包装后发往现场，吸附剂在装填之前还需抽样检查，符合规定指标后才允许装填在吸附器之内。
卖方提供的各类吸附剂保用5～8年，通常寿命可达10年以上。
9.7程控阀门性能保证
●阀门的机械寿命不小于10年。
●阀门的密封保证使用寿命大于2年。
9.8疲劳容器的设计寿命按10年进行设计
9.9装置保用及售后服务
卖方对提供的装置硬件保用一年，保用期从装置验收之日算起，或以货物发运之日算起（以货物发运单为准）保用一年半，两者以先到期限准。
在保用期间，因买方的软件或硬件的质量引起故障，均由卖方无偿负责处理。
保用期后，卖方常年质量跟踪，掌握装置运行情况，长期提供技术支持,长期有偿优惠提供备品备件。
10.0商务报价
本装置界区范围内软、硬件总价格见下表，其中不含土建工程、安装工程及安装材料费、运杂费等费用，单位：
万元
序号
项目名称
价格
备注
一
工程设备费用
1
非标设备
43.70
乙方供货,可由甲方自购
2
专用吸附剂
90.60
乙方供货
3
程控阀门
45.90
乙方供货
4
控制系统和仪器仪表
45.50
乙方供货
5
动力设备
14.00
乙方供货,可由甲方自购
小计
0
二
其他
1
工程设计费
10.00
2
技术费
8.00
3
现场服务费
2.00
4
培训费
免费
5
运杂费
按实际发生费用另计
小计
20.00
合计
259.70
11.0经济效益分析
11.1基础数据确定
循环水0.20元/吨
电0.45元/度
仪表空气0.1元/Nm3
氮气1.0元/Nm3
固定资产折旧采用综合折旧，折旧年限10年，残值率按5%计。
定员4人，人均工资2.00万元/年，福利费为年工资额的10%。
11.2年生产费用计算
各项公用工程每年费用为16.00万元。
固定资产折旧（按固定资产投资200.00万元计算）为19.00万元。
专用吸附剂费用为90.60万元,按10年更换一次考虑,每年费用为9.06万元。
人员工资和福利每年为8.80万元。
其它费用每年按4.00万元计算。
合计以上各项生产费用,每年为56.90万元。
11.3年创造效益计算
以氯乙烯精馏尾气为气源,原料气量922Nm3/h,压力0.5MPa,氯乙烯含量为～9.11%。
采用连续操作方式,年操作时间按8000小时计算,采用变压吸附法回收氯乙烯精馏尾气中的氯乙烯,每年可回收氯乙烯1875吨。
全年回收VCM的数量如下:
（922×0.0911）÷22.4×62.5×8000hr/年=1875000kg/年=1875吨/年
全年回收VCM的价值如下:
1875吨/年×0.40万元/吨=750万元
全年回收乙炔的数量如下:
12.02÷22.4×26×8000hr/年=111614kg/年=111.614吨/年=96160Nm3/年
1吨电石发气量按300m3乙炔计算,每年可节约电石～320.5吨。
从以上数据可以看出,采用变压吸附法回收氯乙烯精馏尾气中的氯乙烯,每年可回收氯乙烯1875吨,全年回收VCM的价值为750万元。
还未包括每年可节约电石～320.5吨,这也是一笔不小的费用。
每年创造效益:
750.00-56.90=693.10万元。
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