第25卷第5期低溫與特氣Vol 25, No, 52007年10月Low Temperature and Specialty Gasesot,2007上海焦化30000Nm3/h空分應(yīng)對大氣有害組分影響的優(yōu)化調(diào)節(jié)余立平,李連貝,高振平(上海焦化有限公司,上海市閩行區(qū)吳涇鎮(zhèn)20041)犢要:介紹了上海焦化3000Nm3/h空分流程及特點(diǎn),分析了大氣雜質(zhì)含量超標(biāo)時不同情況下故障現(xiàn)象及原因,并提出優(yōu)化調(diào)節(jié)的措施和具體方法關(guān)鍵詞:空分設(shè)備;大氣條件;二氧化碳含量;內(nèi)壓縮流程;減負(fù)荷;分子篩程序圖分類號:TQ164‘3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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上海焦化兩套300Nm/h空分項(xiàng)目建設(shè)是的空氣中雜質(zhì)含量及最大允許雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)如表1。由中國空分設(shè)備公司負(fù)責(zé)總承包管理。根據(jù)工程用表1空氣中雜質(zhì)含量及最大允許雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)氧特點(diǎn)選擇了汽輪機(jī)一拖二驅(qū)動(空壓機(jī)、增壓(含量/0)機(jī)),氮水預(yù)冷,分子篩吸附,膨脹空氣進(jìn)下塔,200508212005-1021無氫制氬的液氧內(nèi)壓縮流程,其中純化系統(tǒng)、分餾組分(酉偏北風(fēng))(東偏北風(fēng))最大允許系統(tǒng)由杭氧股份有限公司設(shè)計(jì)制造。東吸入口西吸入口東吸入口西吸入口由于該裝置布置在焦化老廠區(qū),周圍有多種廢8.57.3氣排放源,如甲醇廢氣排放,2#、3#、4#號焦?fàn)t排C2H<0.1<0.10.放,U.C.【爐廢氣排放等,這些污染源離兩個空氣吸入口最近的直線距離不超過200m,尤以正北側(cè)C2H2<03<0.30.8<0.30.3的4#號焦?fàn)t影響為甚,嚴(yán)重影響空分的正常生產(chǎn)C2H<0<0.1<0.10.1運(yùn)行。本文針對實(shí)際情況,討論了在工藝流程組織C3H<005<0.050.50.05中如何做好惡劣大氣應(yīng)急處理的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。C3H<0.2<0.2<0.2<0.20.2cO1下風(fēng)口大氣空氣質(zhì)量及其含量標(biāo)準(zhǔn)0x0.2810.1810.2970.277注:在整個工程投產(chǎn)后,空分裝置周圍的空氣質(zhì)量還會有所變化,預(yù)計(jì)有害雜質(zhì)含量還會增加據(jù)華東理工大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院監(jiān)測報(bào)告,下風(fēng)口收稿日期:200708-21第5期余立平,等:上海焦化3000Nm/h空分應(yīng)對大氣有害組分影響的優(yōu)化調(diào)節(jié)表1中使用的最大允許雜質(zhì)含量依據(jù)歐洲氣體協(xié)會對空氣雜質(zhì)的控制要求,從表中可以看出2工藝流程CO2、碳?xì)浠衔锏让黠@超標(biāo),所以,在CO2、碳?xì)浠衔锱欧诺南嘛L(fēng)口處時,分子篩切換周期末期在制定技術(shù)方案時,根據(jù)焦化一號工程用氧氣將會出現(xiàn)分子篩出口Co2含量大于15X10“而穿壓力高的特點(diǎn),充分考慮安全、降耗、降低空分運(yùn)透分子篩,致使CO2、可燃性的碳?xì)浠衔锏纫黄鹦谐杀镜囊蠛蛷S區(qū)的具體大氣條件情況,最大限進(jìn)人冷箱,容易對空分正常運(yùn)行產(chǎn)生威脅,因此,度防止主冷液氧中的碳?xì)浠衔餄饪s、積聚、結(jié)必須應(yīng)對這種問題采取相應(yīng)的應(yīng)急處理措施,以保晶、析出的可能性,經(jīng)過多個技術(shù)方案的比較和流證空分裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行。程的優(yōu)化計(jì)算后,選擇了膨脹空氣進(jìn)下塔、液氧內(nèi)壓縮流程,工藝流程圖如圖1所示。圖1工藝流程圖1.自沽式過濾器;2.空壓機(jī);3.汽輪機(jī);4.增壓機(jī);5.空冷塔;6.水冷塔;7.分子篩;8.蒸汽加熱器;9.消聲器;10.增壓膨脹機(jī);1.主換熱器;12.消音塔;13.過冷器;14.精餾塔;5.氣液分離器;16.液氧泵;17.粗氬I塔;18.粗氬Ⅱ塔;19.粗氬液化器;20.精氬塔裝置流程簡述如下器冷卻,然后進(jìn)入主換熱器換熱,在主換熱器中部原料空氣經(jīng)過濾器除去灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后,進(jìn)抽出進(jìn)膨脹機(jī)膨脹制冷,膨脹空氣經(jīng)汽液分離器分入空壓機(jī),將空氣壓縮到0.53MPa后進(jìn)人空冷塔離后氣體部分進(jìn)入下塔,少量液體經(jīng)節(jié)流后送入粗洗滌和冷卻,出空冷塔的空氣進(jìn)入分子篩吸附器,氬冷凝器。另一路空氣繼續(xù)在增壓機(jī)二段壓縮至空氣中的二氧化碳、碳?xì)浠衔锛皻埩舻乃直晃?1MPa后進(jìn)入主換熱器與返流的液氧、氮?dú)?、污附。凈化后的空氣分兩?一路空氣在主換熱器中氮?dú)鈸Q熱后節(jié)流進(jìn)入下塔?？諝庠谙滤羞M(jìn)行初步與返流氣體換熱達(dá)到約107.5K后進(jìn)入下塔精餾。精餾,在下塔底部獲得富氧液空,中部獲得污液另一路經(jīng)增壓機(jī)一段壓縮后分兩路,一路相當(dāng)于膨氮,頂部獲得純液氮,下塔上部抽岀部分壓力氮,脹量的空氣經(jīng)增壓膨脹機(jī)增壓端增壓后經(jīng)氣體冷卻在主換熱器冷量回收后出冷箱為產(chǎn)品氮?dú)狻?8低溫與特氣第25卷下塔抽取的富氧液空、純液氮和污液氮經(jīng)過冷吸附器切換周期,減少分子篩工作時間。由于分子器過冷后送人上塔相應(yīng)部位進(jìn)一步精餾,上塔底部篩吸附器切換周期縮短,再生污氮?dú)饬吭黾?進(jìn)入獲得液氧,液氧從上塔底部引出,經(jīng)低溫液氧泵加冷水塔的污氮不夠,出冷水塔的冷凍水溫度不夠壓至65MPa(G),在主換熱器復(fù)熱汽化后作為氣低,可由冷凍水機(jī)組補(bǔ)充冷量。另外,即便在正常體產(chǎn)品出冷箱。污氣氮從上塔上部引出,并在過冷工況下使用冷凍機(jī)降低空冷塔壓縮空氣出塔溫度,器及主換熱器中復(fù)熱后送出冷箱,部分作為分子篩可以降低空氣含水量,增加分子篩對CO2、C2H2純化器的再生氣體,其余進(jìn)入水冷塔。純氣氮從上等雜質(zhì)的動吸附量,有效控制出分子篩吸附器的有塔頂部引出,在過冷器及主換熱器中復(fù)熱后出冷箱害物質(zhì)含量,且能延長分子篩使用周期和壽命。送往水冷卻塔。3.分子篩純化系統(tǒng)。吸附器采用長周期,臥氪餾分從上塔抽出后采用低溫全精餾無氫制氬式雙層床結(jié)構(gòu),上層為13X分子篩,下層為活性氧工藝制取純氬?；X,在設(shè)計(jì)時充分考慮裝置運(yùn)行時的大氣環(huán)境,針對CO2和烴類含量高的特點(diǎn),以大氣中CO2含3流程特點(diǎn)量525×10為設(shè)計(jì)依據(jù),在分子篩吸附器中填充分子篩和活性氧化鋁,另外在設(shè)計(jì)中考慮了足量的本裝置具有如下特點(diǎn):老化余量和備用余量。分子篩加熱再生系統(tǒng)選用雙1.采用內(nèi)壓縮流程。內(nèi)壓縮生產(chǎn)高壓氧氣,管板蒸汽加熱器,加熱蒸汽采用兩種不同壓力級別兩種不同壓力氧氣由一臺液氧泵直接抽取相當(dāng)于氧的飽和蒸汽,正常加熱再生采用10MPa蒸汽,分氣產(chǎn)量的液氧經(jīng)液氧泵加壓至65MPa后,分別節(jié)子篩的首次活化及一年一次或二次的大再生使用流至各自壓力,經(jīng)主換熱器換熱汽化出冷箱。其特2.5Pa的飽和表汽,以長期保證分子篩能高效運(yùn)點(diǎn)是安全,解決了化工行業(yè)氧氣用量大、壓力等級行。高印的氧氣壓縮問題。另外內(nèi)壓縮流程直接從主冷4.原料空氣監(jiān)察。化工廠中的空分裝置雖然凝蒸發(fā)器抽取液氧,主冷凝蒸發(fā)器的液氧始終處于離化工設(shè)備排放口有一定距離,但其受氣壓、風(fēng)向流動狀態(tài),液氧在主冷凝蒸發(fā)器中更換快,碳?xì)浠葪l件影響較大,我廠1#至4#空分裝置曾出現(xiàn)合物凝聚系數(shù)低,主冷安全性增加。CO2超標(biāo)的現(xiàn)象。為此空分吸入空氣的監(jiān)察需隨時由于分子篩對碳?xì)浠衔镂侥芰苋?相當(dāng)進(jìn)行,裝置分子篩吸附器入口配置了一臺C2在線一部分碳?xì)浠衔锿諝庖黄疬M(jìn)人冷箱,溶解在主分析儀,對大氣進(jìn)行連續(xù)監(jiān)察,發(fā)現(xiàn)CO2含量超標(biāo)冷的液氧中,由于采用了內(nèi)壓縮流程,碳?xì)浠衔铿F(xiàn)象可及時采取措施。不會在主冷中濃縮,但隨著液氧通過液氧泵被加壓5.增設(shè)液氧碳?xì)浠衔锏脑诰€分析儀。由于送入主換熱器汽化,在高壓下,隨著液氧沸騰溫度空分裝置建設(shè)在化工區(qū)內(nèi),大氣質(zhì)量較差,分子篩的升高,碳?xì)浠衔锏膿]發(fā)度和溶解度同時增大,對碳?xì)浠衔镂侥芰苋?有害雜質(zhì)有可能進(jìn)入碳?xì)浠衔餄饪s析出的可能性是降低的,就可以降主冷。一般情況下,對主冷液氧中的碳?xì)浠衔锖吞細(xì)浠衔锓e果到危險濃度的可能性,主換熱器量每天手工分析檢測一次,考慮到空分裝置周圍的也是安全的。大氣情況,為了確保裝置的生產(chǎn)安全,本套裝置采2.空氣預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)置備用冷凍機(jī)。由于整個用在線分析碳?xì)浠衔锏姆椒?以確保主冷安全。工程對氮?dú)庑枨罅可?氮?dú)猱a(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氧氣產(chǎn)量,有足夠的污氮?dú)狻⒏辉５獨(dú)膺M(jìn)人冷水塔來降低4應(yīng)對惡劣大氣的調(diào)節(jié)方式冷卻水水溫,空氣預(yù)冷系統(tǒng)可不設(shè)置冷凍機(jī)2。但考慮到周圍化工裝置廢氣排放,在一定條件下會對由于空分裝置周圍存在焦?fàn)t廢煙氣排放、鍋爐空分裝置吸人空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響,造成短時期CO2煙囪排放、甲醇廢氣排放等造成大氣空氣質(zhì)量嚴(yán)重含量大幅度升高,分子篩吸附器CO2穿透,影響空超標(biāo)的因素,空氣中的NH1、CH、C2H2、SO2、分裝置安全和長期穩(wěn)定運(yùn)行,所以,在大氣CO2含CO2NO2等有害氣體及漂浮顆粒嚴(yán)重超標(biāo),影響空量超標(biāo)時,考慮啟動備用冷凍機(jī),降低進(jìn)分子篩的分裝置的正常運(yùn)行,出現(xiàn)故障現(xiàn)象及應(yīng)對措施如空氣溫度,增大分子篩的動態(tài)吸附量;縮短分子篩下第5期余立平,等:上海焦化30000Nm/h空分應(yīng)對大氣有害組分影響的優(yōu)化調(diào)節(jié)1.大氣中CO2含量輕度超標(biāo)。在分子篩工作到影響,故在各空氣預(yù)冷系統(tǒng)中加裝一臺冷凍機(jī)來時間快結(jié)束時,出現(xiàn)分子篩cO2含量報(bào)警。采取的補(bǔ)償其冷量損失,實(shí)現(xiàn)水冷塔在污氮量減少的情況措施為:切換分子篩,然后啟動冷凍機(jī),補(bǔ)充冷下冷量保持在設(shè)計(jì)值。量,降低進(jìn)空冷塔上塔冷凍水的溫度,使進(jìn)分子篩減少污氮對水冷塔的降溫影響可以計(jì)算為:的空氣溫度降低,進(jìn)分子篩的水分減少,增大分子2000÷73591×16=435℃;篩動吸附容量,減少吸附負(fù)荷3要求冷凍機(jī)的制冷量為:700004.3=30.452.大氣中CO2含量中度超標(biāo)。上述措施采取萬ca/h后,問題依然存在,采取的措施是立即再次切換分以冷凍機(jī)的冷量有效利用率為75%計(jì)算,其子篩,縮短分子篩工作時間,密切監(jiān)視分子篩的工制冷量為:60×75%=45萬ca/h>30.45萬cal作情況。切換周期依據(jù)大氣中CO2的含量來決定。h;表2是切換時間和cO2的含量對應(yīng)表?？s短分子篩考慮到分子篩再生時間不能無限制縮短,如果工作時間也即縮短分子篩切換周期,同時分子篩的進(jìn)一步減少再生時間,再生效果將會很難達(dá)到,這再生時間也要縮短。減少再生時間的措施有:增加樣反而使分子篩純化系統(tǒng)形成惡性循環(huán),不得不停再生氣量,縮短冷吹時間也即減少再生時間;啟用車處理,上述方案針對吸入空氣中CO2含量在8025MPa蒸汽用于加熱再生污氮?dú)?提高加熱氣溫×10以內(nèi)還是確實(shí)可行的度,縮短加熱時間,減少再生時間3.啟用備用冷凍機(jī)和縮短分子篩切換周期等表2分子篩切換時間和C2的含量對應(yīng)表措施實(shí)施后,分子篩出口CQ2含量依然報(bào)警。原因CO210≤630≤680≤730≤780≤830≤880可能是大氣中CO2含量超出80×106。采取的措切換時間/min24024208194183172施:減負(fù)荷運(yùn)行。其方法是:(1)緩慢關(guān)小液氮回下塔閥Ⅵ1,減少進(jìn)分子以下以CO2的含量830×10為例論證方案的篩空氣量FE075可行性:縮短切換時間為183mn,并將用來作為(2)調(diào)整高壓液體空氣節(jié)流閥v15,按比例減水冷塔冷源的污氮分流20000Nm3/h與原先的少進(jìn)下塔高壓液空流量F30000Nm3/h的污氮混合后一起用于分子篩再生,(3)調(diào)節(jié)閥102和閥105,液氧泵部分回且啟用25MPa蒸汽用于加熱再生污氮?dú)?因分流流,按比例減少氧氣抽氣量FC02、壓力氮?dú)獬楹蟮倪M(jìn)水冷塔的污氮量的減少而使進(jìn)上塔的冷卻水取量FC103,按比例調(diào)節(jié)閥v26、v106、V107,溫度升高,由冷凍機(jī)來補(bǔ)充冷量。熱量平衡計(jì)算如控制污氮抽氣量和氮?dú)獬闅饬?確保上塔壓力穩(wěn)定的同時控制主換熱器熱端溫差在3℃內(nèi);空分設(shè)備設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)如下:(4)按比例調(diào)節(jié)閥Ⅵ、V8、V9,控制液氮液冷凍水流量:70m3/h;進(jìn)水冷塔污氮量:氧的提取量;7391Nm3/h;水冷塔進(jìn)出水溫差:16℃;分子篩(5)調(diào)整污液氮節(jié)流閥V2,控制進(jìn)上塔的液再生時間:240min;設(shè)計(jì)依據(jù)的CO2含量:525×污氮量,保證下塔液空純度不被破壞106,另有20%的備用余量即CO2含量上限:630(6)調(diào)節(jié)液氮回流閥V3,控制液氮純度和氧10°;再生污氮?dú)饬髁?3000Nm/h;冷凍機(jī)氣純度;的功率:60萬ch(1cl=4.17J)。(7)依據(jù)主冷液位,調(diào)整膨脹空氣量FIl將用來作為水冷塔冷源的污氮分流2000確?？辗址€(wěn)定運(yùn)行;Nm3/h作為分子篩再生氣,連同原先的30000(8)按比例減少氬餾分的抽取量FIC702,調(diào)Nm3/h的污氮再生氣,分子篩再生氣將變成50000節(jié)閥V26,控制氬餾分純度。Nm/h,同時啟用特殊時期采用的25MPa(A)注意:調(diào)整液氮節(jié)流閥和液氮回下塔閥的過程的蒸汽作為加熱源,再生過程中加熱時間可以控制要緩慢,要有預(yù)見性,并且只能關(guān)少到相應(yīng)的比在60min,冷吹時間控制在93mn,那么再生時間例。就變?yōu)?83min,在分子篩吸附總量和空氣流量不減負(fù)荷依然無效時只能間歇停機(jī),加溫吹掃低變的情況下,空氣中CO2的含量上限將變成830×溫分離系統(tǒng),同時檢測分子篩的活性。如果分子篩10°。引出部分污氮?dú)夂?水冷塔的冷卻效果將受沒有失效,宜盡快進(jìn)行技術(shù)改造,增加分子篩處理低溫與特氣第25卷能力。如果分子篩失效,宜查明原因并更換分子參考文獻(xiàn)篩[]倪劍剛.內(nèi)壓縮還是外壓縮[].深冷技術(shù),20035):13-14.5結(jié)束語[2]毛紹融,朱塑元,周智勇.現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與操作原理[M].杭州:杭州出版社,2005[3]吳波.分子篩吸附器兩起故障的原因及處理深冷隨著工業(yè)廢煙氣排放的增多,空氣質(zhì)量問題就技術(shù).故障處理專輯,2006(11):19成為空分行業(yè)在設(shè)計(jì)和操作過程中必須注意的問題,尤其是在設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮大氣污染給空分裝作者簡介置造成的影響,設(shè)備應(yīng)留有一定的余量,并備有緊余立平(1978-),男,碩士,2006年2月畢業(yè)于華東急情況下啟用的設(shè)備,一旦有害組分嚴(yán)重超標(biāo),應(yīng)理工大學(xué),畢業(yè)后一直致力于空分裝置的生產(chǎn)管理和技術(shù)采取各種措施使空分裝置維持正常運(yùn)行,以利于裝研,現(xiàn)負(fù)責(zé)兩套3萬空分生產(chǎn)管理和兩套4萬空分的項(xiàng)置的長期穩(wěn)定生產(chǎn)。目籌建工作女“業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)皆如幽★出業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)*業(yè)責(zé)當(dāng)出業(yè)氫能經(jīng)濟(jì)時代正快步走來展試點(diǎn)。據(jù)了解,上海神力科技公司自主研發(fā)的新一代在第二屆中國國際氫能大會暨中國氫能利用與燃料電池城市客車—“神力一號”大巴,各項(xiàng)動新技術(shù)研討會上,與會的國際氫能協(xié)會和中國、美力性指標(biāo)可與燃油客車媲美,電池壽命可達(dá)10萬國、日本、法國等國的氫能研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的近百km。這輛完全零排放的氫動力汽車,將以樣車身份位代表,探討了全球氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢,交流了氫交付意大利拉齊奧地區(qū)公交公司,成為我國第一臺能利用最新技術(shù)及動態(tài)。出口海外的燃料電池整車。該公司還將為2008年北在化石能源越來越緊缺的今天,氫能作為一種京奧運(yùn)會提供22臺燃料電池轎車發(fā)動機(jī)高效、清潔的二次能源,受到產(chǎn)業(yè)界高度關(guān)注。世韓美界各國紛紛加大科研投入力度,對氫能利用進(jìn)行技術(shù)開發(fā),并在儲氫、運(yùn)氫方面有了突破。目前氫能空氣產(chǎn)品公司將建1600td空分裝置已廣泛用于火箭燃料和工業(yè)原料。美國空氣化工產(chǎn)品公司已實(shí)現(xiàn)液氫和純氫的長距離管道輸送。在日近日,美國空氣化工產(chǎn)品公司與惠生(南京)本,燃料電池在家庭發(fā)電、手機(jī)和筆記本電腦方面化工有限公司簽署第二份長期合同,為惠生公司位已有應(yīng)用實(shí)例于南京化學(xué)工業(yè)園的合成氣體工廠提供氧氣和氮?dú)?我國十分重視新能源開發(fā),已制定國家氫能源以支持惠生公司第二階段的擴(kuò)展計(jì)劃。根據(jù)合同,發(fā)展路線。國內(nèi)已有數(shù)十家院校和科研單位在此領(lǐng)空氣產(chǎn)品公司將在惠生工廠旁邊建成一套>1600域研發(fā)新技術(shù),數(shù)百家企業(yè)參與配套或生產(chǎn)。經(jīng)過多年攻關(guān),我國已在氫能領(lǐng)域取得成果。特別是通惠生公司將把高壓氧氣用于煤氣化工藝中,生過實(shí)施“863”計(jì)劃,我國自主開發(fā)了大功率燃料產(chǎn)能夠分離成一氧化碳和氫氣的合成氣體(基本化電池,開始用于車用發(fā)動機(jī)和移動發(fā)電站。如同濟(jì)學(xué)品原料)?？諝猱a(chǎn)品公司還將通過管道向南京化.大學(xué)開發(fā)了第三代“超越”號燃料電池轎車;清華學(xué)工業(yè)園內(nèi)的其他客戶提供氧氣和氮?dú)狻Ｔ撎卓辗执髮W(xué)“清能一號”燃料電池汽車至今已累計(jì)運(yùn)行裝置日后也可生產(chǎn)液態(tài)氬,使空氣產(chǎn)品公司能夠更200,行駛里程超過4500km,成為世界上運(yùn)行有效益地?cái)U(kuò)大液態(tài)產(chǎn)品產(chǎn)量,滿足華東市場不斷增時間最長的燃料電池客車之一。我國北京和上海都長的需求。設(shè)立了加氫站,為燃料電池汽車加氣商業(yè)化運(yùn)行開顧福民摘