40000 m3/h空分氪氙提取装置问题分析及整改

2010年第6期冶金动力METALLURGICAL POWER63制氧40000m/h空分氪氙提取装置问题分析及整改李享(中南大学湖南长沙410083)【摘要】简介了湘钢梅塞尔40000mh空分氪氙提取装置工艺,分析了设备、安全操作的特点及在调试过程中出现的问题提出了进一步整改措施【关键词】空分设备;氪气;氙气;安全操作系统【中图分类号】TB6577【文献标识码】B【文章编号】1006676402010060063-03Problems Analysis and Improvement of 40000 m/h Air Separation Unitfor Recovery of Krypton and Xenon[Abstract) The process of Messer 40000 m/h air separation unit for recovery of kryp-ton and xenon of Xiangtan Iron and Steel Co. is described briefly. The characteristics of theunit and safety operation as well as the problems in commissioning are analyzed. In addition,[Key words] air separation unit; krypton; xenon; safety operation system1前言XkrXe-0Y型氪氙提取装置,共有原料氧储存及输湖南湘钢梅塞尔气体产品有限公司(以下简称送系统、一氮塔成套设备、除甲烷成套系统、分子筛“湘钢梅塞尔”)4000mnh空分氪氙提取装置,是吸附成套系统、粗氮塔(又称“二氮塔”)成套设备、充2009年从杭州杭氧与40000h空分设备配套引装系统、仪控及分析系统、电控系统等八大系统组进的。可以多台空分设备共用一套氮氙生产系统是成杭氧公司最新研制的第一套氮氙连续生产装置,21氪氙提取装置技术参数2009年下半年进行现场调试至今。该套氮氙提取装(1)原料(取自其他空分):置与20世纪末期的氪氙提取系统相比:工艺流程简液氧进贫氪塔的流量:1600m}h;单合理;设备布局紧凑性能优越;采用了DCS控液氧进贫氪塔的压力:0155MPa;制,自动化程度高,操作简单,工况稳定。其最大特点液氧进贫氮塔的温度:-180℃;是将氮氙间隙生产工艺改为了连续生产工艺,产品液氧中氮/氙含量:~65-175×10;质量好。该套氪氙装置可生产纯度为78%(含氪气)液氧中甲烷含量:-75×106的粗氪气01mh。再把78%(含氪气)的粗氪气通(2)产量:过瓶装发往欧洲进行下一步提纯。该套氪氙提取装工况I:置投运后将为梅塞尔创造良好的经济效益。现主要产品氪氙产量:0.1mh(1600mh液氧输入);从设备、工艺、DCS控制系统等方面,对湖南湘钢梅纯度:-78%Kr,-2149Xe;塞尔气体产品有限公司40000mh空分氮氙提取温度:143.8K装置的特点进行分析,并对调试中出现的问题及改压力:0274MPa(出冷箱)。进措施做一介绍工况Ⅱ:2装置概况产品氮氙产量:005mh(800mh液氧输入)湘钢梅塞尔40000mh空分氪氙提取系统为纯度:-78%Kr,-2149Xe;冶金动力10年第6期METALLURGICAL POWER总第142期温度:143.8K化的方式脱除同时生成水和二氧化碳压力:0.74MPa(出冷箱)。(3)分子筛吸附法清除贫氪中的水和二氧化碳。22氪氙提取装置的主要过程(4)由粗氪塔(二氮塔)提取粗氪液。(1)液氧进入贫氮塔(一氪塔),用精馏法提取贫3工艺简介氪液湘钢梅塞尔40000m/h空分氪氙提取系统的(2)贫氪中碳氢化合物(主要是甲烷)用触媒催工艺流程示意图如图1所示。产品液氧贫氮1塔Kr/Xe]除甲烷装割贫氪除去部分际子简贫氪除去粗氪+饥液粗氪塔碳氢化合物Kr/Xe65/175×10197/-54x10478%/-21.5%C, H.图1氪氙提取装置流程示意图3.1贫氪液的提取器(W54710)强制蒸发粗氪塔底部的液体,产生粗氪用离心式低温液氧泵从贮槽抽取含有氪氙(Kr:塔精馏所需的上升蒸汽。而贫氪气在蒸发器中被冷210×104+Xe:60×10°)的液氧,并将液氧压编送至贫却后进入板式换热器(W54720)进一步冷却再进入氪塔(K54100中部。贫氪塔采用精馏塔,上有冷凝粗氮塔(K54700)中部精馏。粗氪塔上部冷凝器器、下有蒸发器。下部蒸发器(W54120)采用压力氮(W54700)采用贫氪塔蒸发器的液氮节流后作冷源气,在主换热器(W54110)冷却后作为热源,使液相蒸发后的氮气部分返回主换热器复热,与贫氪冷凝贫氪中氧组分蒸发成为上升蒸汽。而氮气被冷凝成器来的氮气一起放空。还有一部分出冷箱去水浴式为液氮,经减压后送至上部的冷凝器(W54100)作为汽化器复热后放空。粗氪气大部分被冷凝成回流液。冷源使上升的蒸汽冷凝成回流液液氮则蒸发成氮部分未冷却成液体的粗氮废气(氧气),排除粗氪气后返回主换热器复热,出冷箱去分子筛纯化系统塔,去水浴式汽化器复热,返回空分氧管道。粗氪塔和消音器(N54100)放空。在贫氪塔底部得到浓缩的的作用是进一步浓缩贫氪,获得浓度为78%Kr,贫氪氙液(含氮197×106,含氙54×104)。215%Xe的粗氪液。32碳氢化合物、水与二氧化碳的清除最后将得到的粗氮液(含78%Kr,21.5%Xe)通活塞式液氧泵(P54203P54204)抽取贫氪塔底过膜压机充至集装瓶内,送往德国继续深加工部的贫氮液,加压至53MPa(液氧的临界压力以4安全操作要点上),去水浴式汽化器(W54300汽化成为常温贫氪由于氪氙是空气中高沸点组分,在空分塔中氪气,然后减压送至换热器(W54400与除甲烷触媒炉·氙通常总和气氧或液氧在一起。整个精馏浓缩过程(C5440来的贫氪气换热升温,再由电加热器都处在高富氧(氧含量最高处氧纯度为9999)的(W54410加温至催化反应所需的温度进入除甲烷环境中,并且碳氢化物也随氪氙浓缩而浓缩,随时都触媒炉。氧气与甲烷在一定的温度下在催化剂的作有可能发生碳氢化合物富集导致爆炸的情况。所以用下反应生成水和二氧化碳并产生一定的反应热。为了杜绝这些事故的产生,我们采取了一些方法。为了节约能源,用反应后的贫氪气和反应前贫氮气41防止贫氪塔底部的碳氢化合物富集换热回收热量。但此时温度还是太高不宜进入分贫氮塔精馏目的是氮氙的浓缩,由于液氧中含子筛吸附器故用水冷却器(W540进一步冷却,有碳氢化合物随着氮氙浓度的升高,碳氢化合物的然后进入分子筛吸附器(A54501或A54502)浓度也会增加,当含量过高时,会呈现过饱和态析在分子筛吸附器中同时吸附脱除催化反应后贫出,形成爆炸物。所以在操作过程中特别是贫氪塔积氪中的二氧化碳和水分。分子筛吸附器一只使用,一液阶段,要注意碳氢化合物的浓度,应经常分析液氧只再生。再生气体采用干燥氮气氮气来自主换热器中碳氢化合物。当贫氮液中碳氢化合物含量过高时,复热出冷箱的氮气。要排放贫氪塔底部的液体。贫氮蒸发器的液位计下33粗氪液的产阀仪表管道为防止被碳氢化合物堵塞,采用加入经过分子筛吸附器的贫氮气,基本上没有了甲股氮气吹刷,开UV54121阀门,调节PC5421和烷和反应后生成的水和二氧化碳,先进入粗氮蒸发PC541212010年第6期冶全动力总第142期METALLURGICAL POWER42贫氪气除甲烷催化反应温度的控制了设备提高了净化率进除甲烷催化炉前,设置了电加热器加温贫氪54放散气的回收气。甲烷和氧气在触媒中会反应生成水和二氧化碳,该套氪氙装置所产生的放散气体,除了二氧化但温度必须在400℃以上。为了更好地除净贫氪气碳与水不被回收外,其他的气体如:氧气氮气我们中的甲烷和氧化亚氮,我们设置进除甲烷炉的气体都专门设计了相应管线进行回收。有的进入气体主温度控制在480℃左右。管网有的回液体储槽。43氧气的浓度控制6调试过程中出现的问题和改进措施贫氮气其实含有高浓度的氧气,里面含有微量由于该套氪氙提取系统是杭氧最新研发的第一氪氙组分经分子筛吸附后,氧气中的水分和二氧化套自主知识产权的氮氙连续生产装置,在实际中难碳已被除净,而氧气的浓度更高了。为了安全起见我免会出现一些问题。从调试至今整个运行效果来看们在分子筛吸附器出口管道上加入了一股氮气,在贫氪塔运行良好,在半工况下其阻力凝缩等参数基使用过程中可微开V54544阀门来控制氧气浓度。本均已达到设计要求,且运行稳定。但是粗氪塔半工5主要工艺设备的特点况运行状况不理想,阻力不能达到设计要求,精馏效51高含量贫氪氙原料液提取口及储罐的设计果较差。从连续开车的1个多月时间来看,经分析此次,为了能够提取到高浓度氪氙的原料液氧,K浓度仅有26%~3%,最终产品浓度为-78%Kr,差我们提出从4000m}h空分主冷凝蒸发器上塔底距较大效率较慢。通过多次与梅塞尔总部和杭氧专部的液氧提取处上层多增加3块塔板,从而达到原家交流,我们将对以下主要部件进行调整。料氧预精馏的作用。这样的经过预精馏的原料液氧6.1粗氪塔粗氪液贮罐设计容量偏大中氮氙含量可以提高到:Kr210x106,Xe60×10;液该套氪氙提取系统的粗氪塔粗氪液设计容量偏氧中甲烷含量浓缩至210×106将这些原料液体通大,导致浓缩速度慢粗氮氙提取困难,经过重新计过真空管道送入100m3原料液氧罐储存供氮氙生算并根据实际调试情况,杭氧将粗氪液贮罐直径设产用计值按250mh加工气量缩小处理,希望变更后能其特点是这样的采用原料氧外压缩的方式,经够达到预期效果。过低温泵加压后进入一氪塔的液氧量大,压力稳定62相关容器管道增加伴热波动小,贫氪液中的氮氙含量高,使氮氙提取率高;由于粗氪塔底部,平衡罐及液相管道、蒸发器原我们根据生产组织结构调整的需要,在设计时,我们设计中仅仅采用各种气体作为热源,调试过程中发将原料氧储罐新增了一个预留口,为公司另外一套现交换热量满足不了工况霱求。我们希望在粗氪塔40000m/h空分预留了原料氧进罐位置,这样原料底部,平衡罐及液相管道、蒸发器增加加伴热,其中,液氧将来可以从两套空分引出,进入储罐,使后续氪在粗氪塔底部,平衡罐和粗氪蒸发器内置电加热器,氙生产不会受到空分停机影响。已达到稳定、高效的热源供应。52专用撬装模块的设置7结束语设有一氮塔和二氪塔、再沸器专用冷箱,使得氪湖南湘钢梅塞尔气体产品有限公司40000mh氙生产自成体系。除甲烷系统分子筛系统分别设计空分氪氙提取装置由于具备上述的工艺、设备、安全为两个整体模块便于施工与操作使得整个制取流操作三个方面的许多特点,使其达到了较高的技术程简洁明了,占地面积小,能够最大限度地节约土地水平,基本实现了氪氙的连续生产,具有较高的推广投资成本。价值。53净化装置的简化收稿日期:2010-08-02贫氪氙气除了甲烷装置结构简单,整个系统只作者简介:李享(1981-),男,203年毕业于湖南农业大学机械制造用了一个电加热器、一台反应炉、一台换热器两台及自动化专业,助理工程师,硕士研究生在读研究方向为大型成套分子筛吸附器就完成了对粗氪氙生产中杂质的清設备。除。与传统工艺相比,减少了许多反应催化炉简化