上海焦化30 000 Nm3/h空分应对大气有害组分影响的优化调节

第25卷第5期低温与特气Vol 25, No, 52007年10月Low Temperature and Specialty Gasesot,2007上海焦化30000Nm3/h空分应对大气有害组分影响的优化调节余立平,李连贝,高振平(上海焦化有限公司,上海市闽行区吴泾镇20041)犢要:介绍了上海焦化3000Nm3/h空分流程及特点,分析了大气杂质含量超标时不同情况下故障现象及原因,并提出优化调节的措施和具体方法关键词:空分设备;大气条件;二氧化碳含量;内压缩流程;减负荷;分子筛程序图分类号:TQ164‘3文献标识码:A文章编号:1007-7804(2007)05-0016-05Optimizing Adjustment of 30000 Nm/h Air Separation Units of ShanghaCoking Chemical Corp in The Face of The Influence of Harmful ContentYU Li-ping, LI Lian-bei, GAO Zhen-pirShanghai Coking Chemical Corp, Wujing, Minhang, Shanghai 200241, China)Abstract: The low and the characteristics of 30 000 Nm /h air separation units of Shanghai Coking Corp. are introduceds paper, the phenomenon and reasons of the problems are analyzed, at the same time, the solves of problem and conKey Words: air separation unit; atmospheric conditions; carbon dioxide content; intemal compression flow; load-reducing molecular sieve program上海焦化两套300Nm/h空分项目建设是的空气中杂质含量及最大允许杂质含量标准如表1。由中国空分设备公司负责总承包管理。根据工程用表1空气中杂质含量及最大允许杂质含量标准氧特点选择了汽轮机一拖二驱动(空压机、增压(含量/0)机),氮水预冷,分子筛吸附,膨胀空气进下塔,200508212005-1021无氢制氩的液氧内压缩流程,其中纯化系统、分馏组分(酉偏北风)(东偏北风)最大允许系统由杭氧股份有限公司设计制造。东吸入口西吸入口东吸入口西吸入口由于该装置布置在焦化老厂区,周围有多种废8.57.3气排放源,如甲醇废气排放,2#、3#、4#号焦炉排C2H<0.1<0.10.放,U.C.【炉废气排放等,这些污染源离两个空气吸入口最近的直线距离不超过200m,尤以正北侧C2H2<03<0.30.8<0.30.3的4#号焦炉影响为甚,严重影响空分的正常生产C2H<0<0.1<0.10.1运行。本文针对实际情况,讨论了在工艺流程组织C3H<005<0.050.50.05中如何做好恶劣大气应急处理的生产准备工作。C3H<0.2<0.2<0.2<0.20.2cO1下风口大气空气质量及其含量标准0x0.2810.1810.2970.277注:在整个工程投产后,空分装置周围的空气质量还会有所变化,预计有害杂质含量还会增加据华东理工大学环境工程学院监测报告,下风口收稿日期:200708-21第5期余立平,等:上海焦化3000Nm/h空分应对大气有害组分影响的优化调节表1中使用的最大允许杂质含量依据欧洲气体协会对空气杂质的控制要求,从表中可以看出2工艺流程CO2、碳氢化合物等明显超标,所以,在CO2、碳氢化合物排放的下风口处时,分子筛切换周期末期在制定技术方案时,根据焦化一号工程用氧气将会出现分子筛出口Co2含量大于15X10“而穿压力高的特点,充分考虑安全、降耗、降低空分运透分子筛,致使CO2、可燃性的碳氢化合物等一起行成本的要求和厂区的具体大气条件情况,最大限进人冷箱,容易对空分正常运行产生威胁,因此,度防止主冷液氧中的碳氢化合物浓缩、积聚、结必须应对这种问题采取相应的应急处理措施,以保晶、析出的可能性,经过多个技术方案的比较和流证空分装置长期稳定运行。程的优化计算后,选择了膨胀空气进下塔、液氧内压缩流程,工艺流程图如图1所示。图1工艺流程图1.自沽式过滤器;2.空压机;3.汽轮机;4.增压机;5.空冷塔;6.水冷塔;7.分子筛;8.蒸汽加热器;9.消声器;10.增压膨胀机;1.主换热器;12.消音塔;13.过冷器;14.精馏塔;5.气液分离器;16.液氧泵;17.粗氬I塔;18.粗氬Ⅱ塔;19.粗氬液化器;20.精氩塔装置流程简述如下器冷却,然后进入主换热器换热,在主换热器中部原料空气经过滤器除去灰尘和机械杂质后,进抽出进膨胀机膨胀制冷,膨胀空气经汽液分离器分入空压机,将空气压缩到0.53MPa后进人空冷塔离后气体部分进入下塔,少量液体经节流后送入粗洗涤和冷却,出空冷塔的空气进入分子筛吸附器,氩冷凝器。另一路空气继续在增压机二段压缩至空气中的二氧化碳、碳氢化合物及残留的水分被吸71MPa后进入主换热器与返流的液氧、氮气、污附。净化后的空气分两路:一路空气在主换热器中氮气换热后节流进入下塔。空气在下塔中进行初步与返流气体换热达到约107.5K后进入下塔精馏。精馏,在下塔底部获得富氧液空,中部获得污液另一路经增压机一段压缩后分两路,一路相当于膨氮,顶部获得纯液氮,下塔上部抽岀部分压力氮,胀量的空气经增压膨胀机增压端增压后经气体冷却在主换热器冷量回收后出冷箱为产品氮气。18低温与特气第25卷下塔抽取的富氧液空、纯液氮和污液氮经过冷吸附器切换周期,减少分子筛工作时间。由于分子器过冷后送人上塔相应部位进一步精馏,上塔底部筛吸附器切换周期缩短,再生污氮气量增加,进入获得液氧,液氧从上塔底部引出,经低温液氧泵加冷水塔的污氮不够,出冷水塔的冷冻水温度不够压至65MPa(G),在主换热器复热汽化后作为气低,可由冷冻水机组补充冷量。另外,即便在正常体产品出冷箱。污气氮从上塔上部引出,并在过冷工况下使用冷冻机降低空冷塔压缩空气出塔温度,器及主换热器中复热后送出冷箱,部分作为分子筛可以降低空气含水量,增加分子筛对CO2、C2H2纯化器的再生气体,其余进入水冷塔。纯气氮从上等杂质的动吸附量,有效控制出分子筛吸附器的有塔顶部引出,在过冷器及主换热器中复热后出冷箱害物质含量,且能延长分子筛使用周期和寿命。送往水冷却塔。3.分子筛纯化系统。吸附器采用长周期,卧氪馏分从上塔抽出后采用低温全精馏无氢制氬式双层床结构,上层为13X分子筛,下层为活性氧工艺制取纯氬。化铝,在设计时充分考虑装置运行时的大气环境,针对CO2和烃类含量高的特点,以大气中CO2含3流程特点量525×10为设计依据,在分子筛吸附器中填充分子筛和活性氧化铝,另外在设计中考虑了足量的本装置具有如下特点:老化余量和备用余量。分子筛加热再生系统选用双1.采用内压缩流程。内压缩生产高压氧气,管板蒸汽加热器,加热蒸汽采用两种不同压力级别两种不同压力氧气由一台液氧泵直接抽取相当于氧的饱和蒸汽,正常加热再生采用10MPa蒸汽,分气产量的液氧经液氧泵加压至65MPa后,分别节子筛的首次活化及一年一次或二次的大再生使用流至各自压力,经主换热器换热汽化出冷箱。其特2.5Pa的饱和表汽,以长期保证分子筛能高效运点是安全,解决了化工行业氧气用量大、压力等级行。高印的氧气压缩问题。另外内压缩流程直接从主冷4.原料空气监察。化工厂中的空分装置虽然凝蒸发器抽取液氧,主冷凝蒸发器的液氧始终处于离化工设备排放口有一定距离,但其受气压、风向流动状态,液氧在主冷凝蒸发器中更换快,碳氢化等条件影响较大,我厂1#至4#空分装置曾出现合物凝聚系数低,主冷安全性增加。CO2超标的现象。为此空分吸入空气的监察需随时由于分子筛对碳氢化合物吸附能力很弱,相当进行,装置分子筛吸附器入口配置了一台C2在线一部分碳氢化合物同空气一起进人冷箱,溶解在主分析仪,对大气进行连续监察,发现CO2含量超标冷的液氧中,由于采用了内压缩流程,碳氢化合物现象可及时采取措施。不会在主冷中浓缩,但随着液氧通过液氧泵被加压5.增设液氧碳氢化合物的在线分析仪。由于送入主换热器汽化,在高压下,随着液氧沸腾温度空分装置建设在化工区内,大气质量较差,分子筛的升高,碳氢化合物的挥发度和溶解度同时增大,对碳氢化合物吸附能力很弱,有害杂质有可能进入碳氢化合物浓缩析出的可能性是降低的,就可以降主冷。一般情况下,对主冷液氧中的碳氢化合物含低碳氢化合物积果到危险浓度的可能性,主换热器量每天手工分析检测一次,考虑到空分装置周围的也是安全的。大气情况,为了确保装置的生产安全,本套装置采2.空气预冷系统设置备用冷冻机。由于整个用在线分析碳氢化合物的方法,以确保主冷安全。工程对氮气需求量少,氮气产量远远小于氧气产量,有足够的污氮气、富裕氮气进人冷水塔来降低4应对恶劣大气的调节方式冷却水水温,空气预冷系统可不设置冷冻机2。但考虑到周围化工装置废气排放,在一定条件下会对由于空分装置周围存在焦炉废烟气排放、锅炉空分装置吸人空气质量产生影响,造成短时期CO2烟囱排放、甲醇废气排放等造成大气空气质量严重含量大幅度升高,分子筛吸附器CO2穿透,影响空超标的因素,空气中的NH1、CH、C2H2、SO2、分装置安全和长期稳定运行,所以,在大气CO2含CO2NO2等有害气体及漂浮颗粒严重超标,影响空量超标时,考虑启动备用冷冻机,降低进分子筛的分装置的正常运行,出现故障现象及应对措施如空气温度,增大分子筛的动态吸附量;缩短分子筛下第5期余立平,等:上海焦化30000Nm/h空分应对大气有害组分影响的优化调节1.大气中CO2含量轻度超标。在分子筛工作到影响,故在各空气预冷系统中加装一台冷冻机来时间快结束时,出现分子筛cO2含量报警。采取的补偿其冷量损失,实现水冷塔在污氮量减少的情况措施为:切换分子筛,然后启动冷冻机,补充冷下冷量保持在设计值。量,降低进空冷塔上塔冷冻水的温度,使进分子筛减少污氮对水冷塔的降温影响可以计算为:的空气温度降低,进分子筛的水分减少,增大分子2000÷73591×16=435℃;筛动吸附容量,减少吸附负荷3要求冷冻机的制冷量为:700004.3=30.452.大气中CO2含量中度超标。上述措施采取万ca/h后,问题依然存在,采取的措施是立即再次切换分以冷冻机的冷量有效利用率为75%计算,其子筛,缩短分子筛工作时间,密切监视分子筛的工制冷量为:60×75%=45万ca/h>30.45万cal作情况。切换周期依据大气中CO2的含量来决定。h;表2是切换时间和cO2的含量对应表。缩短分子筛考虑到分子筛再生时间不能无限制缩短,如果工作时间也即缩短分子筛切换周期,同时分子筛的进一步减少再生时间,再生效果将会很难达到,这再生时间也要缩短。减少再生时间的措施有:增加样反而使分子筛纯化系统形成恶性循环,不得不停再生气量,缩短冷吹时间也即减少再生时间;启用车处理,上述方案针对吸入空气中CO2含量在8025MPa蒸汽用于加热再生污氮气,提高加热气温×10以内还是确实可行的度,缩短加热时间,减少再生时间3.启用备用冷冻机和缩短分子筛切换周期等表2分子筛切换时间和C2的含量对应表措施实施后,分子筛出口CQ2含量依然报警。原因CO210≤630≤680≤730≤780≤830≤880可能是大气中CO2含量超出80×106。采取的措切换时间/min24024208194183172施:减负荷运行。其方法是:(1)缓慢关小液氮回下塔阀Ⅵ1,减少进分子以下以CO2的含量830×10为例论证方案的筛空气量FE075可行性:缩短切换时间为183mn,并将用来作为(2)调整高压液体空气节流阀v15,按比例减水冷塔冷源的污氮分流20000Nm3/h与原先的少进下塔高压液空流量F30000Nm3/h的污氮混合后一起用于分子筛再生,(3)调节阀102和阀105,液氧泵部分回且启用25MPa蒸汽用于加热再生污氮气,因分流流,按比例减少氧气抽气量FC02、压力氮气抽后的进水冷塔的污氮量的减少而使进上塔的冷却水取量FC103,按比例调节阀v26、v106、V107,温度升高,由冷冻机来补充冷量。热量平衡计算如控制污氮抽气量和氮气抽气量,确保上塔压力稳定的同时控制主换热器热端温差在3℃内;空分设备设计的相关参数如下:(4)按比例调节阀Ⅵ、V8、V9,控制液氮液冷冻水流量:70m3/h;进水冷塔污氮量:氧的提取量;7391Nm3/h;水冷塔进出水温差:16℃;分子筛(5)调整污液氮节流阀V2,控制进上塔的液再生时间:240min;设计依据的CO2含量:525×污氮量,保证下塔液空纯度不被破坏106,另有20%的备用余量即CO2含量上限:630(6)调节液氮回流阀V3,控制液氮纯度和氧10°;再生污氮气流量:3000Nm/h;冷冻机气纯度;的功率:60万ch(1cl=4.17J)。(7)依据主冷液位,调整膨胀空气量FIl将用来作为水冷塔冷源的污氮分流2000确保空分稳定运行;Nm3/h作为分子筛再生气,连同原先的30000(8)按比例减少氩馏分的抽取量FIC702,调Nm3/h的污氮再生气,分子筛再生气将变成50000节阀V26,控制氩馏分纯度。Nm/h,同时启用特殊时期采用的25MPa(A)注意:调整液氮节流阀和液氮回下塔阀的过程的蒸汽作为加热源,再生过程中加热时间可以控制要缓慢,要有预见性,并且只能关少到相应的比在60min,冷吹时间控制在93mn,那么再生时间例。就变为183min,在分子筛吸附总量和空气流量不减负荷依然无效时只能间歇停机,加温吹扫低变的情况下,空气中CO2的含量上限将变成830×温分离系统,同时检测分子筛的活性。如果分子筛10°。引出部分污氮气后,水冷塔的冷却效果将受没有失效,宜尽快进行技术改造,增加分子筛处理低温与特气第25卷能力。如果分子筛失效,宜查明原因并更换分子参考文献筛[]倪剑刚.内压缩还是外压缩[].深冷技术,20035):13-14.5结束语[2]毛绍融,朱塑元,周智勇.现代空分设备技术与操作原理[M].杭州:杭州出版社,2005[3]吴波.分子筛吸附器两起故障的原因及处理深冷随着工业废烟气排放的增多,空气质量问题就技术.故障处理专辑,2006(11):19成为空分行业在设计和操作过程中必须注意的问题,尤其是在设计时应充分考虑大气污染给空分装作者简介置造成的影响,设备应留有一定的余量,并备有紧余立平(1978-),男,硕士,2006年2月毕业于华东急情况下启用的设备,一旦有害组分严重超标,应理工大学,毕业后一直致力于空分装置的生产管理和技术采取各种措施使空分装置维持正常运行,以利于装研,现负责两套3万空分生产管理和两套4万空分的项置的长期稳定生产。目筹建工作女“业业业业皆如幽★出业业业业*业责当出业氢能经济时代正快步走来展试点。据了解,上海神力科技公司自主研发的新一代在第二届中国国际氢能大会暨中国氢能利用与燃料电池城市客车—“神力一号”大巴,各项动新技术研讨会上,与会的国际氢能协会和中国、美力性指标可与燃油客车媲美,电池寿命可达10万国、日本、法国等国的氢能研究机构和企业的近百km。这辆完全零排放的氢动力汽车,将以样车身份位代表,探讨了全球氢能经济发展趋势,交流了氢交付意大利拉齐奥地区公交公司,成为我国第一台能利用最新技术及动态。出口海外的燃料电池整车。该公司还将为2008年北在化石能源越来越紧缺的今天,氢能作为一种京奥运会提供22台燃料电池轿车发动机高效、清洁的二次能源,受到产业界高度关注。世韩美界各国纷纷加大科研投入力度,对氢能利用进行技术开发,并在储氢、运氢方面有了突破。目前氢能空气产品公司将建1600td空分装置已广泛用于火箭燃料和工业原料。美国空气化工产品公司已实现液氢和纯氢的长距离管道输送。在日近日,美国空气化工产品公司与惠生(南京)本,燃料电池在家庭发电、手机和笔记本电脑方面化工有限公司签署第二份长期合同,为惠生公司位已有应用实例于南京化学工业园的合成气体工厂提供氧气和氮气,我国十分重视新能源开发,已制定国家氢能源以支持惠生公司第二阶段的扩展计划。根据合同,发展路线。国内已有数十家院校和科研单位在此领空气产品公司将在惠生工厂旁边建成一套>1600域研发新技术,数百家企业参与配套或生产。经过多年攻关,我国已在氢能领域取得成果。特别是通惠生公司将把高压氧气用于煤气化工艺中,生过实施“863”计划,我国自主开发了大功率燃料产能够分离成一氧化碳和氢气的合成气体(基本化电池,开始用于车用发动机和移动发电站。如同济学品原料)。空气产品公司还将通过管道向南京化.大学开发了第三代“超越”号燃料电池轿车;清华学工业园内的其他客户提供氧气和氮气。该套空分大学“清能一号”燃料电池汽车至今已累计运行装置日后也可生产液态氩,使空气产品公司能够更200,行驶里程超过4500km,成为世界上运行有效益地扩大液态产品产量,满足华东市场不断增时间最长的燃料电池客车之一。我国北京和上海都长的需求。设立了加氢站,为燃料电池汽车加气商业化运行开顾福民摘