空气分离液氧液氮液氩生产设备项目可行性研究报告.docx
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空气分离液氧液氮液氩生产设备项目可行性研究报告
空气分离液氧液氮液氩生产设备项目
可行性研究报告
第一章总论
1.1概述
1.1.1项目名称、主办单位名称及企业性质
项目名称:
4500立方米/小时空气分离设备生产液氧、液氮、液氩项目
主办单位:
**市**制氧机成套公司
企业性质:
股份制企业
拟建设地点:
黑龙江省**市经济开发区
1.1.2编制依据和原则
1.1.2.1编制依据
(1)原化工部《化工建设项目可行性研究报告内容与深度的规定》(修订本)
(2)《投资项目可行性研究指南》(试用本),国家计委,2002年1月
(3)**市**制氧机成套公司提供的有关技术资料
1.1.2.2编制原则
(1)根据**市**制氧机成套公司提供的有关技术基础资料,结合该公司周边环境和现场实际情况,以求实、科学的态度进行细致的论证和比较,做到技术先进、可靠,经济合理,为投资决策提供可靠的依据。
(2)遵循国家有关产业政策,深入进行市场调查,紧密跟踪产品市场走势,确保项目具有良好的经济效益和发展前景。
(3)严格执行国家的环保法规,做到“三废”治理与工程建设“三同时”,保护生态环境。
(4)执行国家有关“劳动安全卫生”的规定,确保安全生产。
(5)贯彻原化工部提出的“五化”设计原则,综合考虑工厂现有的实际情况,节约投资,合理利用资金。
1.1.3项目提出的背景、投资的经济意义
该年产4.5万立方米液态气体项目的投资主体是**市汴杭制氧机成套公司与**市宝利光伏材料科技有限公司合作的一家股份制企业,是以工业气体的开发和生产销售经营为主导的新型高科技项目,2008年列入**市重点开发项目计划。
目前开发的空分设备生产液氧、液氮和液氩等工业气体,深受冶金、化工、医药和建筑行业有关厂商的拥护和欢迎,其良好的质量保障和优越的性价比使得系列产品在黑龙江省同类商品中具有明显的领先地位。
**市汴杭制氧机成套公司这一项目,填补了**市空分设备的空白,为**市乃至黑龙江省的经济腾飞起到了加力的作用。
目前气体行业是基础产业,在国民经济中有着重要的地位和作用,如同水、电一样广泛。
它应用于化工、冶金、石油、石化、机械、电子、轻工、纺织以及航空航天、核工业等诸多领域,在国防建设和医疗卫生等领域中作用十分突出。
本公司在黑龙江省**市投入此项目,就是看准了国家出台“振兴东北老工业基地”政策的这一良好契机,迎合“经济强省、工业强省”的经济发展战略,为黑龙江省及**市的经济腾飞带来了蓬勃生机。
本公司通过详实的市场调研,了解到本省及邻近省份在气体产品需求上存在极大缺口,急需一套大型空分设备加入到**市的工业建设中去。
该项目建成后,大量的气体产品不仅能确保**市宝利光伏材料科技有限公司自用的液源,也能为黑龙江省各行业的需求提供液源,而且可以辐射到吉林省气体市场,具有极强的发展潜力和上升空间,不仅能为本企业创造可观的经济效益,还可以对我国东北地区的工业发展起到很好的拉动作用。
相信一年后,一个现代化的气体生产企业必将傲然屹立于我国北方的黑土地上。
1.1.4研究范围
本项目具体包括以下内容:
(1)氧、氮、氩气体生产装置,蒸馏装置,灌装车间。
(2)成品库。
(3)水、电设施。
本报告对该工程项目的市场、工艺技术、生产条件、公用工程及辅助设施、环保、消防、劳动安全和工业卫生等方面进行论证和研究,并进行投资估算及财务分析,从而做出可行性研究结论。
主要技术经济指标见表1-1。
表1-1主要技术经济指标表
序号
指标名称
单位
数量
备注
一
生产规模及产品方案
1
液氧
Kt/a
45
其中医用氧
2
液氮
Kt/a
11.5
3
液氩
Kt/a
1.3
二
主要原、辅料用量
1
空气
2
助剂
三
公用工程,动力消耗量
1
供水
m3
120.5
其中:
新鲜水
m3
0.05
循环水
m3
120
2
供电
(1)装机容量
KW/h
4600
(2)年耗电量
KW/h
39744
四
三废排放量
1
废水
m3/a
0
五
工作制度
h/班
8
330d/a
六
占地面积
1
厂区占地面积
㎡
20000
2
建筑面积
㎡
2200
七
年运输量
万t/a
4.8
1
年运出量
万t/a
4.66
2
年运入量
万t/a
0.14
八
劳动定员
人
48
九
项目总投资
万元
6900
1
建设投资
万元
5900
2
建设期利息
万元
序号
指标名称
单位
数量
备注
3
流动资金
万元
1000
其中:
铺底流动资金
万元
450
十
项目报批总投资
万元
6900
十一
产品售价
1
液氧
元/吨
1300
2
液氮
元/吨
1000
3
液氩
元/吨
3300
十二
成本估算
1
单位生产成本
元/吨
其中:
液氧
元/吨
640
液氮
元/吨
0
液氩
元/吨
0
2
年平均总成本费用
万元
2880
3
年运营成本
万元
937
十三
销售收入、税金及利润
1
销售收入
万元
7429
2
增值税
万元
1079
3
销售税金及附加
万元
107.9
4
年平均利润总额
万元
3362
5
年平均净利润
万元
2521.5
十四
盈利能力指标
1
投资利润率
36.5%
2
投资利税率
48.7%
3
项目财务内部收益率(税前)
45.3%
4
项目财务内部收益率(税后)
33.9%
5
项目财务净现值(税前)
万元
6843
lc=10%
6
项目财务净现值(税后)
万元
4791
lc=10%
7
项目投资回收期(税前)
2.05
含建设期
8
项目投资回收期(税后)
2.74
9
资本金财务内部收益率
%
1.2研究结论
1.2.1研究的简要综合结论
(1)**市**特种气体有限公司有连云港圣龙气体产品有限公司和**兴福溶解乙炔气厂共同投资,工艺技术和生产经验有大庆石化有关专家的支持,因此,技术上是成熟可靠的。
(2)根据目前国内产品结构的调整,同国际接轨。
气体产品行情很好,特别是在东北地区供不应求,再加之有**市政府的大力支持,水、电、土地和劳动力资源丰富,故可降低生产成本,增加企业的经济效益。
由于该项目建设有较好的经济效益和社会效益,该项目是可行的。
1.2.2存在的主要问题和建议
由于当前化工产品市场变化较大,京、津、唐一带气体产品生产厂家较多,应该注意到同行业的竞争。
建议企业要充分利用自身的优势和特点,继续搞好技术和新产品的开发,完善和优化现有的生产工艺,加强企业管理,降低生产成本。
同时,调整经营策略,加大销售力度,积极开拓市场,以提高企业的经济活力。
第二章市场需求预测
第三章
做为朝阳工业的气体行业,在国民经济中有着十分重要的地位与作用。
近些年来,中国气体产品每年以12%以上的速度增长,2004年销售额达到约350亿元人民币。
此类产品作为工业生产中的重要辅助材料,广泛应用于石油、化工、冶金、机械、电子、医疗、航天、食品等诸多领域。
改革开放以来,我国空分设备的制造和工业气体的生产发展很快,已形成相当规模,品种质量基本满足国民经济发展的需要,部分空分设备的制造技术已达到或接近国际先进水平。
2.1我国气体工业的发展现状与特点
气体行业是基础产业,在国民经济中有着重要的地位和作用,如同水、电一样。
广泛应用于化验室、石油、石化、机械、电子、轻工、纺织以及航空、航天、核工业等诸多领域,在国防建设和医疗卫生等领域中的作用也十分突出。
解放初期,我国的气体工业规模很小,我国空气分离设备的制造和工业气体的生产发展很快,已形成相当的规模,品种质量基本满足国民经济发展的需要,部分空气设备的制造技术已达到或接近国际先进水平。
截至1997年年底,我国累计设计制造8021套气体分离设备,制氧能力已达206万立方米/h,而且设备技术水平也在不断提高,同时,引进和上马大型机组推动了行业发展。
据有关统计,截至1998年6月,我国共引进大、中型空气分离设备141套,总生产能力为130万立方米/h。
尤其是宝钢引进的7200立方米/h的空气分离设备,为我国气体设备的大型化开创了先河。
另据不完全统计,冶金行业仅6000立方米/h以上的空气设备就有近百套。
先进技术不断推广应用,如规整填料上塔技术、分子筛变压吸附前端净化空气技术、氧气产量负荷跟踪调节技术等的应用,无氢制氩设备的设计制造,变压吸附(PSA)与膜分离技术(非低温气体分离技术)的广泛推广。
冶金企业是气体行业最大的用户,也是最大的生产企业。
每个钢厂都有自己的氧气厂,生产氧气用于炼钢。
以往生产氧气的同时,产生的氮气全部放空,现在作为钢铁企业动力部分的气体厂开始意识到这个问题,有的已经开始转变机制,走向市场,如上海第三钢铁公司与梅塞尔合资成立的三钢梅塞尔。
太原钢铁公司与英国BOC气体公司合资成立了太钢BOC,湘潭钢铁公司与梅塞尔合资成立了湘钢梅塞尔。
如果众多钢铁企业的气体厂能都进入市场,不仅可以节约大量气体资源,而且能创造出非常可观的经济效益。
建国以来,我国气体行业取得了令人瞩目的成绩,据统计,我国气体工业年增长率达12%,2000年全国气体产品市场销售额达到约250亿元。
但我国气体行业也存在一系列严重问题,如缺乏行业宏观调控,重复建设严重,综合利用不足;能源浪费较大,生产方式落后及布局不合理等问题。
为了解决这些问题,今后我国气体工业将向专业化、社会化、集约化、液态化、管道化、综合化方向发展。
气体工业是朝阳产业,有着非常广阔的前景。
气体的应用技术在发达国家已经达到相当高的水平,但在我国还处一起步阶段。
许多气体有很大的利用价值,能够产生很高的经济效益和社会效益。
如天津梅塞尔凯德气体系统有限公司与石油科学院合作,成功地将膜分离制氮设备生产的氮气用于油田的二三次采油,取得巨大经济效益。
还有推广富氧或纯氧燃烧技术,既节约能源,又能减少二氧化氮、二氧化硫、二氧化碳的排放量,改善生态环境;氧和臭氧在污水处理方面有十分广泛的应用;在农业中推广气肥,将使二氧化碳工业得到空前发展;以燃料电池方式发电,在21世纪将会成为继火电、水电、核电以后的第四种供电方式,所用原料就是氢气和氧气,输出电能后的反应物是纯水,不会影响生态环境。
可见,经济的发展离不开气体,人们的生活也越来越需要气体。
合理、高效和广泛地发挥气体的作用,将对国民经济和人民生活质量的提高具有重要意义。
要实现这一目的,要使中国气体工业进一步发展,就必须大力推广气体的应用技术。
目前,国际气体工业仍然成上升趋势。
1997年全球工业气体销售额达到300亿美元。
主要跨国公司(9家)占78.6%,达到236亿美元。
1998年销售额大约314亿美元。
我国改革开放以后,特别是近些年来,许多外国气体公司看好中国气体市场,来中国发展,其中包括德国梅塞尔、APCI、普莱克斯和法液空等世界跨国气体公司纷纷在中国投资建厂。
到2000年,外商投资总额达到近10亿美元,市场份额达到70%左右。
这既给中国气体工业带来压力,也给中国气体工业带来活力以及先进的生产技术和应用技术,促进了中国气体市场的繁荣。
2.2黑龙江省气体市场发展现状和需求分析
黑龙江省的经济发展在全国来讲尚属落后地区,一些知名的国际气体公司还尚未染足,导致气体产品供不应求的矛盾十分突出。
特别是近年来随着产业政策的调整,“工业强省”的宏观战略目标已经确立,未来几年内工业经济将有大幅增长,在这样的背景下,势必为气体行业提供无限商机。
据不完全统计,2004年全省仅氧气的需求量就为15万立方米/年,而且每年以10%以上的速度递增;液氮除工业应用外,各大药厂均大量消耗,仅哈药集团制药三厂每年的用量就达3万立方米,完全从省外购进;液氩主要应用于工业氩弧焊接,市场需求日益增加。
目前,黑龙江省营业性质的气体公司只有哈尔滨市黎明水气公司与依兰达连河水气公司两家,生产能力为3000立方米/小时气体;非专营性质(供本单位使用,有余时外卖)的有齐齐哈尔的黑化、大庆石化水气公司,生产能力10000立方米/小时气体。
以上气体供应厂家只能满足我省三分之一的需求,其它大部分需从省外购进,供货渠道主要有辽宁的鞍钢、河北和天津一带国际气体公司,由于路途较远,运输成本大增,造成了产品价格的急剧上涨或断液情况,严重影响了正常的工业生产活动。
以液氧为例,每年进入六月份以后,液氧供应开始中断,由于远途运输费用的增加,导致价格从平日的1600元/立方米猛涨至2600元/立方米,极大地损害了用户的利益,制约了相关产业的发展。
因此,在我省**市建设液态气体项目的市场前景十分看好,能创造很大的经济效益和社会效益。
第三章产品方案及生产规模
3.1产品方案确定原则
1.符合国家产业政策和行业发展规划
2.产品的市场前景分析和预测及产品质量、售价在市场上的竞争力。
3.企业本身的投资力量、管理水平、科研实力、资金筹措等综合能力
4.充分考虑项目收益的合理性,全面考虑项目的功能性、盈利性、现实性等,装置生产规模的选择将影响投资、生产成本、市场销售及其他技术经济指标。
3.2产品方案及生产规模
1.液氧kt/a45
2.液氮kt/a45
3.液氩kt/a4
3.3产品质量指标
1.液氧含量99.99%
2.液氮含量99.99%
3.液氩含量99.99%
第四章工艺技术方案
4.1工艺技术方案的选择
制氧流程主要由制冷系统和精馏系统组成,再详细划分可分为十大系统,即空气压缩系统、空气净化系统、换热系统、制冷系统、精馏系统、安全防爆系统、氧气压缩输送系统、加温解冻系统、仪表自控系统以及电控系统。
空分装置的流程组织需要根据经济安全的原则来选择和设计,既要保证产品的质量和数量,又要低电耗、省投资,还要保证安全运转及便于维修。
**市**特种气体有限公司在长期的生产实践中积累了丰富的实际经验,该公司的核心竞争力就是从技术上不断改进并完善工艺流程,采用标准化模块设计,使之运行更加稳定成熟,大力推广使用新技术、新工艺,加快关键设备的开发,进一步加大投入与开发力度,继续向超大规模迈进,并进一步提高装置的稳定可靠性,为此,该公司空分装置的主要工艺流程就是采用了增压分子筛净化流程。
增压分子筛净化流程是上世纪八十年代末九十年代初国际上正在普遍推广的先进流程,它具有十分突出的优点。
通过对全低压切换式换热器冻结流程与增压分子筛净化流程进行详细的分析比较,我们可以清晰地发现增压分子筛净化流程具有十大优点:
(一)提高产气量
为了保证切换式换热器流程的水分及二氧化碳的自清除,不冻结性要求有足够的返流污氮量,因而限制了纯氮产品的量,通常氧气量与纯氮气量之比为1:
1.1。
在增压分子筛净化流程中,只需少量污氮气作为分子筛纯化器的再生气,所以纯氮产量与氧气量之比高达2.3-2.5:
1,氮气产量增加30-50%。
对于氮气产量,因为分子筛切换周期很长,精馏塔工况波动小,且膨胀空气量小,拉赫曼进气量大为减少,参与一次精馏的加工空气量增加,氮提取率提高,氮气产量可增加63.5%左右,氧气产量增加约2%。
(二)降低能耗
分子筛纯化器的切换时间为2-4小时,比切换式换热器的切换时间3-4秒大为增长,从而大大减少了切换损失。
通常切换式换热器流程切换损失为1.5-4%,而增压分子筛净化流程的切换损失小于0.5%,进下塔的加工空气量相对增加,又由于增压膨胀,膨胀量减少,拉赫曼进氧量减少,精馏的氧提取率上升,氧产量增加,单位能耗降低,即便扣除出污氮作为再生气而使上精馏塔操作压力稍有升高(约20Pa)的因素,增压分子筛纯化器流程比切换式换热器流程的能耗低0.5-2%。
(三)运转周期延长
切换式换热器流程,出切换式换热器加工空气中的二氧化碳含量为1-2×10-6,运转周期为一年。
而分子筛纯化器用吸附法净除水分\二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物,几乎能够完全清除二氧化碳,即使临近纯化器切换时,空气中二氧化碳含量小于1×106,因而运转周期可达两年以上。
(四)提高设备安全性
由于分子筛对乙炔及碳氢化合物有极强的吸附能力,可以有效地避免主冷凝蒸发器的“微爆”故障发生。
对于板翅式换热器在切换式流程中一直处于交变载荷之中,易于疲劳破坏,同时换热器的热段易于进水冻裂,还会加速对铝制换热器的腐蚀,因而板翅式换热器的使用寿命短。
而增压分子筛净化流程的主换热器不切换,板翅式换热器处于恒压工作状态,其寿命可延长1倍之多。
(五)冷箱内设备简化
分子筛流程可以取消保冷箱中的液空吸附器、液氧吸附器、液化器、切换系统、自动阀箱等设备,减少了许多低温阀和常温阀;同时减少了约40%的保冷箱内管道、仪表及仪控设施,缩小了保冷箱的体积及保冷材料的消耗,减少了跑冷损失,占地面积也大为减少。
(六)缩短安装时间
正因为冷箱内设备减少,流程简化,所以安装难度降低。
虽然分子筛净化流程增加了分子筛纯化器系统和冷冻机组,但这些常温设备易于安装。
经过对比得知,安装周期可缩短4-6个月,并节省了安装费用。
(七)简化操作、维修
增压分子筛流程启动制氧操作,没有建立自清除工况的约束,一次冷却直至出氧,启动操作简化而且缩短了启动时间,减少了消耗。
在正常操作中,剔除了液氧、液空吸附器的倒换操作,既减少了操作的麻烦又确保了精馏塔的稳定工况,有利于提高氧、氮、氩等产品产量。
由于冷箱内易发生故障,需要维修的设备、阀门、仪表大大减少,因此维修简便。
(八)取消加温解冻系统
通过分子筛纯化器后的空气露点不大于-70℃,空气温度大于10℃,这样相当干燥和干净的空气,完全可以作为加温解冻气体使用,因而不需要特殊设置加温解冻系统来提供装置加温解冻操作所需要的气体。
这样既减少了设备,也简化了操作。
(九)易于实现自动化
增压分子筛净化流程,启动操作简化,设备温度变化连续,给自动控制提供了方便。
在短期或较长时间停车后,在冷态下再启动,也不必顾及乙炔的积聚威胁,也可以采用自动控制操作;此外,能够用自动控制,迅速地进行负荷调节,因为不用考虑像可逆式换热器那样的温度梯度要求,受自清除工况的约束。
(十)设备费用降低
冷箱内设备减少,主换热器传热面积缩小了1/3,阀门、管路等也相应减少,使分子筛净化流程的设备费用比切换式换热器流程的设备费用降低2-3%,相应的设计费、安装费都下降,因而总工程费用大为下降。
切换式换热器流程与增压分子筛流程洋细比较见表4-1。
表4-1切换式换热器流程与增压分子筛流程详细比较
序号
流程
项目
切换式换热器流程
增压分子筛净化流程
1
产品氧气与氮气之比
1:
1.1
2.3-2.5
2
所需加工空气量的相对值
1.02
1
3
消耗同样能量时其产品产量的相对值
O2
1
1.02
N2
1
2.3-2.5
Ar
1
1.35
4
加工空气压力净增值mX105
0
150
5
空压机能耗相对值
1
0.995
6
分子筛再生功率消耗
K/wm3
0
(3.2-3.5)×10-3
7
冷冻机功率消耗
0
4.2×10-3
8
消除水分、CO2及有害烃类物质的能力
良好
彻底
9
热交换器工作条件
压力交变易被空气中水分腐蚀,为保证不冻结性,冷端要有精确的温度控制
无压力交变,空气干燥,冷端温差不需严格控制
10
对提氩影响
精馏塔随压力交变而频繁波动,影响氩的提取
精馏塔随压力交变,工作稳定,有利于氩的提取
11
启动时间
考虑通过水分和CO2冻结区问题,操作需谨慎,膨胀机负荷需慢慢增加,启动时间较长,约48小时
无须考虑冻结问题,操作简便,膨胀机满负荷运转,启动时间较短,约18-30小时
12
实现自动化的难易
由于启动四个阶段,实现安全自动化相对困难和复杂一些
可以相当简单地实现安全的自动化,甚至空分从冷态或热态的启动
13
对空分变负荷调节的适应速率
需要有一定的温度梯率,以解决自清除问题,调节速度较慢
较迅速
4.2工艺流程
4.2.1工艺流程概述
(1)空气压缩
空气在进入空气压缩机(TC)前,经空气过滤器(AF1)过滤,以除去尘埃和微粒,然后被吸入空气压缩机进行压缩,经过四级压缩三级冷却,然后送入空冷塔AC。
(2)空气净化和冷却
进入空气冷却塔的空气经常温水和冷冻水二级冷却,冷冻水由氟利昂冷水机组(RU)提供。
出空冷塔空气进入分子筛吸附器,分子筛吸附器(MS1/MS2)为单床式,用来清除空气中的水分、二氧化碳和一些碳氢化合物,从而可以获得干净而又干燥的空气。
两台吸附器交替使用,即一台吸附器进行工作,另一台吸附器用污氮气进行再生。
净化后的空气经过滤器(AF2)后,经主换热器(E1)被冷却到饱和温度状态下进入下塔(C1);从下塔来的压力氮气经主换热器(E1)复热后进入循环氮气压缩机加压后分为两路,一路氮气经主换热器冷却后从主换热器上部抽出,进入高温透平膨胀中进行膨胀,膨胀后的氮气经主换热复热后进循环压缩机入口,另一部分经高、低温膨胀机增压并冷却后送入主换热器冷却,其中一部分从主换热器中部抽出,进入低温透平膨胀机进行膨胀。
膨胀后的氮气经主换热器复热后循环压缩机入口,另一部分继续冷却并液化后进入下塔顶部参加精馏。
(3)下塔(C1)
已冷却的空气,液氮进入下塔初步分离,利用上升气体和下流液体的浓度差和组分差进行热质交换,高沸点的氮被蒸发,低沸点的氧被冷凝,经过多级塔板的冷凝和蒸发在塔釜形成富氧液空。
在塔项形成高纯度氮气,大部分氮蒸汽经过冷凝蒸发器(K),与上塔底部液氧进行热交换,液氧被蒸发,而氮蒸气被冷凝,部分冷凝的液氮再回到下塔作回流液。
另一部分液氮,在过冷器(E4)中进行过冷,然后送入上塔作为上塔的回流液和作为产品送出。
从下塔上部抽出部分氮气,送至精氩塔(C4)蒸发器作为热源,维持精氩塔精馏。
从下塔底部抽出富氧液空,在过冷器(E4)中过冷,其中一部分富氧液空提供给粗氩塔(C1)作为冷源,另一部分液空送入上塔。
(4)上塔(C2)
液氧从上塔底部提取。
污氮气进入主换热器前,在过冷器中与液氧和富氧液空进行热交换,复热后去分子筛吸附器作为再生气。
从上塔抽出来的纯氮气在过冷器中与液氮和富氧液空进行热交换后,经主换热器复热,纯氮气作为低压氮产品送出。
(5)粗氩塔(C3)及(C5)
氩馏分从上塔中部送入粗氩塔C5,经过C5,再送入粗氩塔C3,上升气体在粗氩塔C3上部分为两路,大部分气体在粗氩塔冷凝器中和液空进行换热而冷凝并作为粗氩塔的回流液,返回粗氩塔,另一部分作为工业氩送入精氩塔(C4),粗氩塔C3的回流液经液氩泵送入粗氩塔C5的上部作为C5的回流液,并最终返回上塔。
(6)精氩塔(C4)
气体沿塔上升到精氩塔并在冷凝器中冷凝,不凝气被送出,冷凝液体向塔底,在精氩塔蒸发器中蒸发,液氩产品从塔底部抽出排出冷箱。
(7)设计参数的选取
由于分子筛纯化器的切换周期比可逆式换热器的切换周期长得多,所以切换损失减少。
可逆式换热器流程
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