分子篩吸附器CO2穿透故障分析和處理-

1、收稿日期:2008206212作者簡介:王高敏,男,1978年生,山東科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科畢業(yè),現(xiàn)在兗礦國泰化工有限公司空分車間從事工藝和安全技術(shù)管理工作。二氧化碳穿透分子篩床層故障分析和處理王高敏,關(guān)傳友,關(guān)欣(兗礦國泰化工有限公司空分車間,山東省滕州市木石鎮(zhèn)277527摘要:針對(duì)60000m 3/h 空分設(shè)備分子篩吸附器出口空氣中二氧化碳含量超標(biāo)的現(xiàn)象,詳細(xì)分析故障原因,闡述處理措施、效果以及從中得到的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。關(guān)鍵詞:大型空分設(shè)備;分子篩純化系統(tǒng);二氧化碳含量中圖分類號(hào):TQ116111文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:BAnalysis and treatment of carbon dioxi

2、de permeating inmolecular sieve bedWang Gaomin ,Guan Chuanyou ,Guan Xin(A i r Separation W orkshop of Guotai Chem ical Co.,L t d.,Y anz hou M i ne A dm i nist ration Group ,M ushi Tow n ,Tengz hou 277527,S handong ,P.R.Chi na Abstract :Based on the phenomena of over 2standard carbon dioxide content

3、in the outlet air from molecular sieve adsorber in a 60000m 3/h air separation unit ,the cause of fault is analyzed in details.The treatment measures and their effects ,as well as experiences and lessons from the fault ,are presented.K eyw ords :Large scale air separation unit ;Molecular sieve purif

4、ication system ;Carbon dioxide content前言兗礦國泰化工有限公司60000m 3/h 空分設(shè)備,采用蒸汽作動(dòng)力的“一拖二”壓縮系統(tǒng)、立式徑向流分子篩吸附器吸附凈化以及全精餾無氫制氬的內(nèi)壓縮流程。2005年10月空分設(shè)備一次試車成功,至2007年7月一直運(yùn)行良好。空分設(shè)備的分子篩吸附器內(nèi)填充13X 2AP G 型分子篩及BAA3AI25mm 氧化鋁。1故障現(xiàn)象2007年8月12日,分子篩吸附器出口空氣中二氧化碳含量超標(biāo)(高于2×10-6,并有上漲趨勢。經(jīng)過操作人員調(diào)整,上漲趨勢有所緩和,但二氧化碳含量仍居高不下。為了保證空分設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,詳細(xì)記錄分子

5、篩吸附器的運(yùn)行情況,并對(duì)各工藝指標(biāo)趨勢進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)分子篩吸附器出口空氣中二氧化碳含量超標(biāo)的時(shí)間在其切換末期,均壓階段開始明顯上漲;分子篩吸附器再生冷吹的溫度峰值最低為38,并多次低于50;主冷的二氧化碳含量超過10×10-6;粗氬冷凝器蒸發(fā)量FV1712的流量在兩天時(shí)間內(nèi)由最高的73500m 3/h降低到58000m 3/h ,氬產(chǎn)量明顯下降。2故障原因(1夏季環(huán)境溫度高,空氣濕度大導(dǎo)致循環(huán)水溫度超高(循環(huán)水溫度工藝指標(biāo)正常需控制在32以下,但實(shí)際最高達(dá)到34,直接導(dǎo)致空壓機(jī)末級(jí)冷卻器出口空氣溫度較同期升高34。85空氣預(yù)冷系統(tǒng)的氨換熱器制冷運(yùn)行正常,出空冷塔進(jìn)入分子篩吸附器的

6、空氣溫度同比升高了5左右,最高溫度曾達(dá)到23(工藝設(shè)計(jì)控制指標(biāo)為高報(bào)警值18,高高聯(lián)鎖值22。(2后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)一直是高負(fù)荷運(yùn)行,在夏季高溫、高濕的環(huán)境下,分子篩吸附器在高負(fù)荷運(yùn)行的前提下調(diào)節(jié)空間不大,同時(shí)由于分子篩吸附器在程序控制上有一個(gè)限制,即當(dāng)空分系統(tǒng)負(fù)荷大幅度變化時(shí),其返流的再生污氮?dú)饬繀s不會(huì)變化,也就是說無論進(jìn)分子篩吸附器的空氣量增大還是減少,其對(duì)應(yīng)的再生期間作為加溫的污氮?dú)饬繛?8000m3/h,冷吹污氮?dú)饬繛?2000m3/h,是一個(gè)定數(shù)?？刂莆鄣?dú)饬康淖詣?dòng)閥有一個(gè)限位,并且在程序控制上作了自動(dòng)控制,此種控制方法直接導(dǎo)致分子篩吸附器在高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下由于所需的再生污氮?dú)饬坎蛔?分

7、子篩不能有效地進(jìn)行再生。3分子篩床層穿透的危害(1分子篩吸附器出口空氣二氧化碳含量超標(biāo)說明二氧化碳已經(jīng)穿透了分子篩床層,在穿透的過程中二氧化碳會(huì)大量進(jìn)入板翅式換熱器以及精餾塔系統(tǒng),在低溫狀態(tài)(-100以下中,二氧化碳容易凍結(jié)在板翅式換熱器,造成通道堵塞,迫使系統(tǒng)必須停車加溫。(2二氧化碳穿透分子篩床層,使碳?xì)浠衔锛岸趸即罅考墼谥骼渲?容易引起主冷爆炸,存在嚴(yán)重的安全隱患。(3粗氬冷凝器蒸發(fā)量下降以及主冷二氧化碳含量超過10×10-6,說明固體二氧化碳在粗氬冷凝器液空側(cè)凍結(jié),堵塞通道,進(jìn)而影響換熱面積,降低了氬塔負(fù)荷。4處理措施(1最大限度地降低循環(huán)水溫度,在循環(huán)水中適量添加一

8、次水,強(qiáng)制降低循環(huán)水水溫;加大風(fēng)機(jī)負(fù)荷,提高換熱效果。但效果不是很明顯,循環(huán)水溫度基本上只能保持在3233。(2加大空氣預(yù)冷系統(tǒng)的負(fù)荷,最大限度地提高換熱強(qiáng)度,加強(qiáng)氨換熱器制冷效果,使冷凍水水量從原來的150t/h增加到165t/h。(3后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)需要高負(fù)荷工況,空分設(shè)備減量運(yùn)行只能作為迫不得已的辦法。經(jīng)過充分論證,決定嘗試改變分子篩純化系統(tǒng)程序控制上的自動(dòng)控制程序,就是在分子篩吸附器再生期間根據(jù)工況變化適當(dāng)提高加溫溫度、增大冷吹污氮?dú)饬?并延長加溫時(shí)間。根據(jù)該套空分設(shè)備的流程設(shè)計(jì),將從上塔出來的4路污氮?dú)膺M(jìn)行控制和調(diào)節(jié):一路作為空分系統(tǒng)密封氣,氣量很小,基本沒有調(diào)節(jié)余地。一路通過消聲器放空

9、來穩(wěn)定上塔壓力,決定手動(dòng)關(guān)閉放空閥,以節(jié)約污氮?dú)饬?。一路去空氣預(yù)冷系統(tǒng)的水冷塔,對(duì)冷凍水進(jìn)行降溫,從而降低進(jìn)分子篩純化系統(tǒng)原料空氣的溫度。決定將此路控制閥的設(shè)定壓力同上塔壓力保持一致,并設(shè)置為自動(dòng)控制上塔壓力,以此保證精餾工況的穩(wěn)定。一路去分子篩純化系統(tǒng)作為再生氣,解除分子篩純化系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng),手動(dòng)開大該路控制閥,以提高再生污氮?dú)饬?。在空分設(shè)備100%負(fù)荷下運(yùn)行時(shí),將再生期間的加溫污氮?dú)饬坑稍瓉淼?8000m3/h增加到62000m3/h、冷吹污氮?dú)饬坑稍瓉淼?2000m3/h增加到65500m3/h。但提高再生污氮?dú)饬繒?huì)直接導(dǎo)致水冷塔的污氮?dú)饬繙p少,進(jìn)而減小冷凍水降溫的幅度,最后使得進(jìn)入

10、分子篩純化系統(tǒng)原料空氣的溫度上升。但經(jīng)過論證,發(fā)現(xiàn)提高再生污氮?dú)饬看偈狗肿雍Y更好地再生,相應(yīng)地提高吸附能力,從而使其能承受較高溫度的原料空氣。關(guān)鍵就是找準(zhǔn)兩者之間的平衡點(diǎn),這就是技術(shù)嘗試中存在的風(fēng)險(xiǎn)。(4針對(duì)固體二氧化碳在粗氬冷凝器液空側(cè)凍結(jié)并堵塞通道現(xiàn)象,決定停止制氬系統(tǒng)的運(yùn)行,排盡其內(nèi)部液空并靜置兩小時(shí)。然后從粗氬冷凝器底部的氬側(cè)經(jīng)粗氬塔加溫管道通入加溫空氣,在粗氬塔底部采用液封以防止加溫空氣回竄到主塔;粗氬冷凝器氬側(cè)頂部用排氮閥HV1720控制加溫速率和加溫時(shí)的塔內(nèi)壓力,用粗氬冷凝器的液空側(cè)液空排液閥控制其液空側(cè)溫升和壓力,并從此處將升華成的二氧化碳?xì)怏w排出。5處理效果2007年8月14

11、日開始實(shí)施處理措施。處理前后60000m3/h空分設(shè)備相應(yīng)的參數(shù)比較見表1。95表1處理前后空分設(shè)備相應(yīng)的參數(shù)比較FV1240/(m3/h5800062000FV1241/(m3/h6200065500 T max/4883TI1005/19162112AI12395×10-6019×10-6FV1712/(m3/h6500076000注:FV1240為加溫污氮?dú)饬?FV1241為冷吹污氮?dú)饬?T max為平均1天的冷吹峰值,TI1005為分子篩純化系統(tǒng)進(jìn)口原料空氣1天的平均溫度,AI1239為分子篩純化系統(tǒng)出口空氣中二氧化碳1天的平均含量,FV1712為粗氬冷凝器1小時(shí)平

12、均蒸發(fā)量。處理前后以及穩(wěn)定狀態(tài)期間空分設(shè)備產(chǎn)量、負(fù)荷沒變。由表1可知,以上處理措施效果明顯,及時(shí)扭轉(zhuǎn)了不利的生產(chǎn)狀況,至今制氬系統(tǒng)一直穩(wěn)定運(yùn)行,冷吹峰值最高達(dá)到了105,分子篩純化系統(tǒng)出口空氣中二氧化碳含量沒有超標(biāo),并且逐漸下降。結(jié)束語在這次二氧化碳穿透分子篩床層故障的處理過程中,總結(jié)了以下幾點(diǎn)體會(huì):(1嚴(yán)格控制工藝指標(biāo),及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)匯報(bào)并及時(shí)處理問題,當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生大變動(dòng)時(shí),適時(shí)改為手動(dòng)操作,以優(yōu)化工藝操作;(2敢于對(duì)原控制方法提出異議,針對(duì)缺陷進(jìn)行攻關(guān),今后準(zhǔn)備在空分設(shè)備變負(fù)荷自動(dòng)操作內(nèi)容中增加分子篩純化系統(tǒng)的變負(fù)荷操作程序;(3根據(jù)物料的物理和化學(xué)性質(zhì)制定科學(xué)的處理方案,并保證操作要嚴(yán)

13、格按照方案實(shí)施。煤液化項(xiàng)目中的工業(yè)氣體應(yīng)用現(xiàn)代煤液化項(xiàng)目為達(dá)到規(guī)?；?jīng)濟(jì)性,其建設(shè)規(guī)模非常龐大,工業(yè)氣體的使用量也十分驚人。300萬t/a煤制油級(jí)別的煤直接液化技術(shù),采用煤制氫路線時(shí)氧氣消耗量達(dá)到20萬m3/h,氮?dú)庥昧孔罡邥r(shí)達(dá)到16萬m3/h。180萬t/a 甲醇烯烴轉(zhuǎn)化級(jí)別的煤間接液化項(xiàng)目氧氣消耗量達(dá)到24萬m3/h,氮?dú)庥昧孔罡邥r(shí)達(dá)17萬m3/h。煤直接液化要在高壓的條件下才能實(shí)現(xiàn),在工藝過程中和開停工時(shí)都要使用壓力很高的氮?dú)狻７磻?yīng)器、塔器等的操作壓力達(dá)到8MPa,個(gè)別設(shè)備的壓力更接近20MPa。煤間接液化和采用煤制氫路線的直接液化流程都要使用氣化爐,因此氧氣的壓力更是高達(dá)5815MPa

14、。另外,由于煤液化技術(shù)生產(chǎn)流程長、工藝種類多、后加工裝置復(fù)雜,因此工業(yè)氣體的使用壓力等級(jí)較多。氧氣一般分為氣化用高壓氧氣和后加工裝置使用的中、低壓氧氣。氮?dú)獾膲毫Φ燃?jí)則多達(dá)20、8、512、215、018、0145MPa6種。煤液化項(xiàng)目中工業(yè)氣體生產(chǎn)裝置的建設(shè)要求:(1煤間接液化項(xiàng)目和采用煤制氫路線的直接液化項(xiàng)目都要使用氧氣作為原料,因此工業(yè)氣體生產(chǎn)裝置在煤液化項(xiàng)目中是重要的工藝裝置,負(fù)責(zé)生產(chǎn)和輸送大量的工藝物料。在保證原料空氣吸入安全的前提下,為使全廠的生產(chǎn)流程簡潔、節(jié)約投資和占地面積,要求全廠布置盡可能緊湊。由于大量使用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)原料空壓機(jī),在具體布置時(shí)還要考慮與熱電聯(lián)產(chǎn)的位置關(guān)系。既要防止大氣中的危險(xiǎn)物和雜質(zhì)污染,又要盡量靠近鍋爐,縮小間距。(2由于氣化爐的氧氣使用壓力較高(5815MPa,加之液氧內(nèi)壓縮空分流程技術(shù)的日益普及和成熟,煤液化項(xiàng)目中生產(chǎn)工業(yè)氣體的空分設(shè)備一般都采用內(nèi)壓縮流程。(3煤液化項(xiàng)目使用的工業(yè)氣體量極大,目前單套大型壓縮機(jī)和空分成套設(shè)備很難滿足。為了減少項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn),一般會(huì)采用同時(shí)設(shè)置幾套空分設(shè)備的模式,以提高工業(yè)氣體生產(chǎn)的整體