利用变压吸附技术以焦炉煤气为原料提供不锈钢冷轧薄板退火用氢气

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酒

钢科

技

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利用变压吸附技术以焦炉煤气为原料提供不锈钢冷轧薄板退火用氢气宏远咨询公司傅兵

量 1 1 . 6万吨，需要全氢保护气体；此外，还

1 概

述

建有光亮退火机组一条，用于光亮板的光亮退火，年处理量为 5 . 4 2万吨，需要纯氢气氛保护。氢气耗量平均 3 0 0 m V h.最大耗量为 5 0 0 m3/ h .工作压力 O . 3~O . 7 MP a。武

《调整酒钢产品结构增加不锈钢品种

项目》已经列为酒钢十五发展计划，各项准备工作已经全面展开。根据武汉钢铁设计研究院提出的项目建议书，最终合格不锈钢薄板 5 3万吨/年 .其中冷轧不锈钢板卷 3 5万吨，年，热轧不锈钢退火酸洗板卷

汉院的项目建议书提出建设 4 0 0 m V h P S A 制氢装置 1套，原料是焦炉煤气。 据说也有采用水电解制氢或用硫铵分解制氢方案，笔者认为还是采用项目建

(白卷 ) 1 8万吨/年。系统将于 2 0 0 6年 6月建成投产。 在冷轧薄板车间建有罩式退火炉一

议书提出的 P S A制氢方案。P S A制氢就是变压吸附制氢 . P S A是英文 P r e s s u r e S w i n g

A d s o r p t i o n的缩写。为此笔者委托冶金行业协会的戎积均老同志收集了一些资料 .

组，用于铁素体和马氏体的退火，年退火

有效配置。 ( 3 )加大知识产权的运营力度。集团拥有专利、技术、商业信誉等价值巨大的知识产权，因此，运用通过转让使用权、技术输出、技术入股等途径，不断提高知识产权的

母公司对国内市场营销实行统筹管理，统一制定并实施市场营销战略，对国内市场营销网络的建立实行统筹规划和集中管理。 ( 2 )全面实施名牌战略。坚持从进一步

强化全面质量管理和完善质量保护体系、不断以提高各类产品质量和档次人手 .制定并实施名牌战略，充分发挥企业品牌的

运营效率。2 . 6加强市场营销功能集团母公司统一负责集团主导产品国内市场销售业务，集团其它产品的国内

市场

营销。 ( 3 )进一步强化市场开拓能力。为不断

市场销售业务由其各分子公司自行负责。母公司建立集团内部优先交易机制 .统一

增强市场竞争能力，提高国内市场占有率，公司重点抓好营销队伍建设和市场营销网络建设，培养和造就一支素质高、能征善战的销售队伍。

负责协调集团成员企业之间的内部交易。( 1 )完善国内市场营销管理体系。集团

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8写成本文，供领导和有关技术人员参考。

2 0 0 2年第 3期吸所吸附的气体组分，从而实现气体分离及吸附剂循环使用的目的。

2 变压吸附分离提纯焦炉煤气中氢气的工艺2 . 1 基本原理

该技术用于制取纯氢，几乎能够把所有的杂质除去 .从而获得纯度为 9 9 . 9 9 9%的纯氢产品：用于制取纯二氧化碳，可以获得纯度为 9 9 . 9%的食品级二氧化碳产品。2 . 2工艺流程

变压吸附 .简称 P S A ( P r e s s u r e S w i n g

A d s o r p t i o i -￣ ),是一项用于从气体混合物中分离制取纯气体的高新技术。其原理是利

以焦炉煤气为原料，采用变压吸附技术分离提纯氢气的工艺流程见图 l。已经净化处理过的焦炉煤气经加压压缩后进入预处理装置 .装置内装有活性炭，通过吸附

用吸附刘对不同气体吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特征，在加压条件

进一步去除硫化氢和焦油等微量杂质，两套装置交替使用和再生。

下完成混合气体的吸附分离过程，降压解

净

图 l 变压吸附法分离提纯焦炉煤气中 H:工艺流程图

P S A吸附塔共有四组 .也是交替吸附和再生。吸附在压力状态下进行 .氢气分子很小，不易吸附，从吸附塔顶出来的是氢气。焦炉煤气被吸附分离出氢气后的尾气

仍用作燃气，该尾气的热值高于原焦炉煤气热值。 从 P S A塔送出的氢气中含有微量氧气，在除氧装置通过催化剂 (触媒 )氧与氢结合成水。所生成的水在除湿装置

被硅胶

经过降压脱吸，可返回公司焦炉煤气管网

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吸附。除湿后的高纯氢气经加压，送入球罐，最后送入高纯氢气管网。2 . 3工艺特点

件比较保守。全焦产量 l 1 0万吨，年，吨焦

煤气发生量 6 . 3 4 G J/ t .焦炉煤气热值 1 6 . 4 MJ, m ,焦化厂的焦炉煤气输出率 5 0%,焦炉煤气中的含量 6 0%,不锈钢项目氢气需求量取最大耗量 5 0 0 m 3/ h。3 . 2对焦炉煤气平衡的影响

( 1 )产品纯度高。所得产品氢气纯度可达 9 9 . 9 9 9%.为保证产品质量 .还配有氢气纯度在线分析仪，实行闭环调节控制。 ( 2 )工艺简单。变压吸附制氢工艺简

3 . 2 . 1计算过程

单，主要是 4个工序， 7部分设备。4个工序是：压缩、预处理、变压吸附和除氧精制：7部分设备是：原料煤气加压机、预处理塔、 P S A吸附塔、除氧脱湿装置、成品氢气

@P S A制氢小时焦炉煤气最大耗量5 0 0+ 0 . 6 x1 6 . 4+1 0 0 0=1 3 . 7 GJ/ h,

@P S A制氢实耗焦炉煤气的潜热5 0 0x 1 0 . 7÷1 0 0 0= 5 . 3 5 GJ/ h .

加压机、氢气球罐、 D C S计算机集散控制系统。

③返回焦炉煤气管网的 P S A尾气1 3 . 7— 5 . 3 5= 8 . 3 5 G J/ h,

( 3 )自动化水平高。一般设备都在常温和不高的压力下操作 .吸附床无须外加热源，整个吸附分离循环过程全部实现自 动化操作，可靠性很高。工艺流程集中监控，系统故障自动诊断，报警，打印。阀门和执行机构采用集成液压控制 .设备局部h,

④焦化厂小时外供焦炉煤气量6 . 3 4 x 0. 5 X l l 0 0 0 0 0+ 3 6 5+ 2 4= 3 9 8 GJ,

⑤制氢消耗占焦炉煤气外供量比例5. 35+3 98=1 . 3 4% .

⑥返回尾气热值计算( 1 6 . 4— 1 0 . 7 x 0 . 6 )÷ 0 . 4= 2 4 . 9 U, m 3。 3 . 2 . 2 结果分析

故障时，自动停机，故障显示，经人工排除后又能自动恢复运转

。

( 4 )投资省能耗低。以每生产 1 0 0 m3氢气计算 .投资要比传统的水电解法节省三分之二，电耗 4 2 8 k w h,为水电解法

以上计算所得结果说明 .当 P S A制氢达最大产量 5 0 0 m3/ l a时，所消耗的原料焦炉煤气量只占焦化厂可外供焦炉煤气总量的

( 7 0 0 k w h )的 6~8%,综合能耗也节省三分之二，因而运行成本也节省了三分之二。 ( 5 )装置操作弹性大。能适应用户需求量和组成方面的较大波动。 ( 6 )吸附剂寿命大。属半永久性吸附剂，正常操作下吸附剂一般可使用十年以上

1 . 3 4%,这个量是可以通过合理调配解决的.对全公司的焦炉煤气平衡不会产生大的

影响。P S A制氢产生的尾气热值 2 4 . 9 MJ, m ,高于原料焦炉煤气，由于数量很小 .返回管

网对管网煤气热值也不会产生影响。

4 P S A技术产业化现状目前全世界各种类型的 P S A装置已有 1 0 0 0多套，单系列最大处理能力已达1 0万 m3] h。我国于 1 9 8 2年首先由原化工

3 P 5 A制氢对公司焦炉煤气平衡的影响3 . 1平衡分析条件为使分析结果可靠 .所取分析计算条

部西南化工研究院开发研制成功 .推广应

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电厂“四管”在高温运行中的性能贫化及其预防酒钢热电厂技术部茹建萍提要酒钢热电厂的主蒸汽管、过热器管、水冷壁管、省煤器管在运行过程中，由于种种原因使其发生贫化，针对这一情况。本文详细阐述了贫化原因及预防措施。最大限度地保障电厂的安全经济运行。

构件，其运行条件比较恶劣，长期在高温高

1 前

言

压蒸汽介质及火焰、烟气、飞灰环境中运

行，“四管”均不同程度地受到温度、应力等使金属性能发生贫化因素的影响而导致寿火力发电厂的主蒸汽管、过热器管、水冷壁管、省煤器管都是构成锅炉的主要结命降低。因此，不断加大金属隐患防范力

度，减少事故发生，保障超期服役机组的安

用后获得 1 9 8 5年国家科技进步一等奖，并列为国家“八五”、“九五”重大新技术推广

表 1 近年我国钢铁企业利用国内技术建设的 P S A制氢装置序号建设单位装置类型规模 ( m 3/ h )备焦炉煤气焦炉煤气 1 0 o 0 1 0 o 0 注

计划项目。至今已有 5 0 0多套各 P S A装置在运行。世界上第一套焦炉煤气制取纯氢的P S A装置，于 1 9 7 8年由美国联合碳化1 武汉钢铁公司 2 鞍山钢铁公司已投产已投产

物公司建成，氢气纯度 9 9 . 9 9%以上。上世纪8 O年代初，西德、日本、南朝鲜、秘鲁、捷克期洛伐克等国先后建成数十套此类 P S A 制氢装置，代替水电解制氢。一年节电几

3 攀枝花钢铁公司焦炉煤气 4 本溪钢铁公司焦炉煤气

7 0 o 5 0 o 8 0 o6 o o

已投产已投产已投产正在建

5 石家庄钢铁公司焦炉煤气6 昆明钢铁公司焦炉煤气

千万 k w h,就收回设备投资。近年来，鞍钢、本钢、攀钢相继建成了焦炉煤气 P S A制氢

装置。目前能够提供 P S A制氢技术的研究院所和公司也不少。表 1是近年来利用本国技术建设的焦炉煤气 P S A制氢装置初步统计。

技术制取高纯氢气 .完全能满足不锈钢冷轧薄板车间罩式退火和光亮退火所需保护气体要求：

( 2 )焦炉煤气 P S A制氢，投资最省，电耗最小，成本最低，是最经济、最有效的制氢方法；

结

论

( 3 )建设规模 5 0 0 m3/ h焦炉煤气 P S A 制氢装置，原料焦炉煤气可以保证供应，尾气可以充分利用 .不会影响全公司的煤气平衡。

以上分析不难得出如下结论： ( 1 )以焦炉煤气为原料，采用变压吸附

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