2010年第6期冶金動(dòng)力METALLURGICAL POWER63制氧40000m/h空分氪氙提取裝置問題分析及整改李享(中南大學(xué)湖南長(zhǎng)沙410083)【摘要】簡(jiǎn)介了湘鋼梅塞爾40000mh空分氪氙提取裝置工藝,分析了設(shè)備、安全操作的特點(diǎn)及在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題提出了進(jìn)一步整改措施【關(guān)鍵詞】空分設(shè)備;氪氣;氙氣;安全操作系統(tǒng)【中圖分類號(hào)】TB6577【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】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型氪氙提取裝置,共有原料氧儲(chǔ)存及輸湖南湘鋼梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司(以下簡(jiǎn)稱送系統(tǒng)、一氮塔成套設(shè)備、除甲烷成套系統(tǒng)、分子篩“湘鋼梅塞爾”)4000mnh空分氪氙提取裝置,是吸附成套系統(tǒng)、粗氮塔(又稱“二氮塔”)成套設(shè)備、充2009年從杭州杭氧與40000h空分設(shè)備配套引裝系統(tǒng)、儀控及分析系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等八大系統(tǒng)組進(jìn)的。可以多臺(tái)空分設(shè)備共用一套氮氙生產(chǎn)系統(tǒng)是成杭氧公司最新研制的第一套氮氙連續(xù)生產(chǎn)裝置,21氪氙提取裝置技術(shù)參數(shù)2009年下半年進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試至今。該套氮氙提取裝(1)原料(取自其他空分):置與20世紀(jì)末期的氪氙提取系統(tǒng)相比:工藝流程簡(jiǎn)液氧進(jìn)貧氪塔的流量:1600m}h;單合理;設(shè)備布局緊湊性能優(yōu)越;采用了DCS控液氧進(jìn)貧氪塔的壓力:0155MPa;制,自動(dòng)化程度高,操作簡(jiǎn)單,工況穩(wěn)定。其最大特點(diǎn)液氧進(jìn)貧氮塔的溫度:-180℃;是將氮氙間隙生產(chǎn)工藝改為了連續(xù)生產(chǎn)工藝,產(chǎn)品液氧中氮/氙含量:~65-175×10;質(zhì)量好。該套氪氙裝置可生產(chǎn)純度為78%(含氪氣)液氧中甲烷含量:-75×106的粗氪氣01mh。再把78%(含氪氣)的粗氪氣通(2)產(chǎn)量:過瓶裝發(fā)往歐洲進(jìn)行下一步提純。該套氪氙提取裝工況I:置投運(yùn)后將為梅塞爾創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)主要產(chǎn)品氪氙產(chǎn)量:0.1mh(1600mh液氧輸入);從設(shè)備、工藝、DCS控制系統(tǒng)等方面,對(duì)湖南湘鋼梅純度:-78%Kr,-2149Xe;塞爾氣體產(chǎn)品有限公司40000mh空分氮氙提取溫度:143.8K裝置的特點(diǎn)進(jìn)行分析,并對(duì)調(diào)試中出現(xiàn)的問題及改壓力:0274MPa(出冷箱)。進(jìn)措施做一介紹工況Ⅱ:2裝置概況產(chǎn)品氮氙產(chǎn)量:005mh(800mh液氧輸入)湘鋼梅塞爾40000mh空分氪氙提取系統(tǒng)為純度:-78%Kr,-2149Xe;冶金動(dòng)力10年第6期METALLURGICAL POWER總第142期溫度:143.8K化的方式脫除同時(shí)生成水和二氧化碳?jí)毫?0.74MPa(出冷箱)。(3)分子篩吸附法清除貧氪中的水和二氧化碳。22氪氙提取裝置的主要過程(4)由粗氪塔(二氮塔)提取粗氪液。(1)液氧進(jìn)入貧氮塔(一氪塔),用精餾法提取貧3工藝簡(jiǎn)介氪液湘鋼梅塞爾40000m/h空分氪氙提取系統(tǒng)的(2)貧氪中碳?xì)浠衔?主要是甲烷)用觸媒催工藝流程示意圖如圖1所示。產(chǎn)品液氧貧氮1塔Kr/Xe]除甲烷裝割貧氪除去部分際子簡(jiǎn)貧氪除去粗氪+饑液粗氪塔碳?xì)浠衔颣r/Xe65/175×10197/-54x10478%/-21.5%C, H.圖1氪氙提取裝置流程示意圖3.1貧氪液的提取器(W54710)強(qiáng)制蒸發(fā)粗氪塔底部的液體,產(chǎn)生粗氪用離心式低溫液氧泵從貯槽抽取含有氪氙(Kr:塔精餾所需的上升蒸汽。而貧氪氣在蒸發(fā)器中被冷210×104+Xe:60×10°)的液氧,并將液氧壓編送至貧卻后進(jìn)入板式換熱器(W54720)進(jìn)一步冷卻再進(jìn)入氪塔(K54100中部。貧氪塔采用精餾塔,上有冷凝粗氮塔(K54700)中部精餾。粗氪塔上部冷凝器器、下有蒸發(fā)器。下部蒸發(fā)器(W54120)采用壓力氮(W54700)采用貧氪塔蒸發(fā)器的液氮節(jié)流后作冷源氣,在主換熱器(W54110)冷卻后作為熱源,使液相蒸發(fā)后的氮?dú)獠糠址祷刂鲹Q熱器復(fù)熱,與貧氪冷凝貧氪中氧組分蒸發(fā)成為上升蒸汽。而氮?dú)獗焕淠善鱽?lái)的氮?dú)庖黄鸱趴?。還有一部分出冷箱去水浴式為液氮,經(jīng)減壓后送至上部的冷凝器(W54100)作為汽化器復(fù)熱后放空。粗氪氣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?jiǎng)t蒸發(fā)成氮部分未冷卻成液體的粗氮廢氣(氧氣),排除粗氪氣后返回主換熱器復(fù)熱,出冷箱去分子篩純化系統(tǒng)塔,去水浴式汽化器復(fù)熱,返回空分氧管道。粗氪塔和消音器(N54100)放空。在貧氪塔底部得到濃縮的的作用是進(jìn)一步濃縮貧氪,獲得濃度為78%Kr,貧氪氙液(含氮197×106,含氙54×104)。215%Xe的粗氪液。32碳?xì)浠衔?、水與二氧化碳的清除最后將得到的粗氮液(含78%Kr,21.5%Xe)通活塞式液氧泵(P54203P54204)抽取貧氪塔底過膜壓機(jī)充至集裝瓶?jī)?nèi),送往德國(guó)繼續(xù)深加工部的貧氮液,加壓至53MPa(液氧的臨界壓力以4安全操作要點(diǎn)上),去水浴式汽化器(W54300汽化成為常溫貧氪由于氪氙是空氣中高沸點(diǎn)組分,在空分塔中氪氣,然后減壓送至換熱器(W54400與除甲烷觸媒爐·氙通常總和氣氧或液氧在一起。整個(gè)精餾濃縮過程(C5440來(lái)的貧氪氣換熱升溫,再由電加熱器都處在高富氧(氧含量最高處氧純度為9999)的(W54410加溫至催化反應(yīng)所需的溫度進(jìn)入除甲烷環(huán)境中,并且碳?xì)浠镆搽S氪氙濃縮而濃縮,隨時(shí)都觸媒爐。氧氣與甲烷在一定的溫度下在催化劑的作有可能發(fā)生碳?xì)浠衔锔患瘜?dǎo)致爆炸的情況。所以用下反應(yīng)生成水和二氧化碳并產(chǎn)生一定的反應(yīng)熱。為了杜絕這些事故的產(chǎn)生,我們采取了一些方法。為了節(jié)約能源,用反應(yīng)后的貧氪氣和反應(yīng)前貧氮?dú)?1防止貧氪塔底部的碳?xì)浠衔锔患瘬Q熱回收熱量。但此時(shí)溫度還是太高不宜進(jìn)入分貧氮塔精餾目的是氮氙的濃縮,由于液氧中含子篩吸附器故用水冷卻器(W540進(jìn)一步冷卻,有碳?xì)浠衔镫S著氮氙濃度的升高,碳?xì)浠衔锏娜缓筮M(jìn)入分子篩吸附器(A54501或A54502)濃度也會(huì)增加,當(dāng)含量過高時(shí),會(huì)呈現(xiàn)過飽和態(tài)析在分子篩吸附器中同時(shí)吸附脫除催化反應(yīng)后貧出,形成爆炸物。所以在操作過程中特別是貧氪塔積氪中的二氧化碳和水分。分子篩吸附器一只使用,一液階段,要注意碳?xì)浠衔锏臐舛?應(yīng)經(jīng)常分析液氧只再生。再生氣體采用干燥氮?dú)獾獨(dú)鈦?lái)自主換熱器中碳?xì)浠衔?。?dāng)貧氮液中碳?xì)浠衔锖窟^高時(shí),復(fù)熱出冷箱的氮?dú)?。要排放貧氪塔底部的液體。貧氮蒸發(fā)器的液位計(jì)下33粗氪液的產(chǎn)閥儀表管道為防止被碳?xì)浠衔锒氯?采用加入經(jīng)過分子篩吸附器的貧氮?dú)?基本上沒有了甲股氮?dú)獯邓?開UV54121閥門,調(diào)節(jié)PC5421和烷和反應(yīng)后生成的水和二氧化碳,先進(jìn)入粗氮蒸發(fā)PC541212010年第6期冶全動(dòng)力總第142期METALLURGICAL POWER42貧氪氣除甲烷催化反應(yīng)溫度的控制了設(shè)備提高了凈化率進(jìn)除甲烷催化爐前,設(shè)置了電加熱器加溫貧氪54放散氣的回收氣。甲烷和氧氣在觸媒中會(huì)反應(yīng)生成水和二氧化碳,該套氪氙裝置所產(chǎn)生的放散氣體,除了二氧化但溫度必須在400℃以上。為了更好地除凈貧氪氣碳與水不被回收外,其他的氣體如:氧氣氮?dú)馕覀冎械募淄楹脱趸瘉喌?我們?cè)O(shè)置進(jìn)除甲烷爐的氣體都專門設(shè)計(jì)了相應(yīng)管線進(jìn)行回收。有的進(jìn)入氣體主溫度控制在480℃左右。管網(wǎng)有的回液體儲(chǔ)槽。43氧氣的濃度控制6調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和改進(jìn)措施貧氮?dú)馄鋵?shí)含有高濃度的氧氣,里面含有微量由于該套氪氙提取系統(tǒng)是杭氧最新研發(fā)的第一氪氙組分經(jīng)分子篩吸附后,氧氣中的水分和二氧化套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氮氙連續(xù)生產(chǎn)裝置,在實(shí)際中難碳已被除凈,而氧氣的濃度更高了。為了安全起見我免會(huì)出現(xiàn)一些問題。從調(diào)試至今整個(gè)運(yùn)行效果來(lái)看們?cè)诜肿雍Y吸附器出口管道上加入了一股氮?dú)?在貧氪塔運(yùn)行良好,在半工況下其阻力凝縮等參數(shù)基使用過程中可微開V54544閥門來(lái)控制氧氣濃度。本均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求,且運(yùn)行穩(wěn)定。但是粗氪塔半工5主要工藝設(shè)備的特點(diǎn)況運(yùn)行狀況不理想,阻力不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,精餾效51高含量貧氪氙原料液提取口及儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)果較差。從連續(xù)開車的1個(gè)多月時(shí)間來(lái)看,經(jīng)分析此次,為了能夠提取到高濃度氪氙的原料液氧,K濃度僅有26%~3%,最終產(chǎn)品濃度為-78%Kr,差我們提出從4000m}h空分主冷凝蒸發(fā)器上塔底距較大效率較慢。通過多次與梅塞爾總部和杭氧專部的液氧提取處上層多增加3塊塔板,從而達(dá)到原家交流,我們將對(duì)以下主要部件進(jìn)行調(diào)整。料氧預(yù)精餾的作用。這樣的經(jīng)過預(yù)精餾的原料液氧6.1粗氪塔粗氪液貯罐設(shè)計(jì)容量偏大中氮氙含量可以提高到:Kr210x106,Xe60×10;液該套氪氙提取系統(tǒng)的粗氪塔粗氪液設(shè)計(jì)容量偏氧中甲烷含量濃縮至210×106將這些原料液體通大,導(dǎo)致濃縮速度慢粗氮氙提取困難,經(jīng)過重新計(jì)過真空管道送入100m3原料液氧罐儲(chǔ)存供氮氙生算并根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況,杭氧將粗氪液貯罐直徑設(shè)產(chǎn)用計(jì)值按250mh加工氣量縮小處理,希望變更后能其特點(diǎn)是這樣的采用原料氧外壓縮的方式,經(jīng)夠達(dá)到預(yù)期效果。過低溫泵加壓后進(jìn)入一氪塔的液氧量大,壓力穩(wěn)定62相關(guān)容器管道增加伴熱波動(dòng)小,貧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、蒸發(fā)器原我們根據(jù)生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要,在設(shè)計(jì)時(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)中僅僅采用各種氣體作為熱源,調(diào)試過程中發(fā)將原料氧儲(chǔ)罐新增了一個(gè)預(yù)留口,為公司另外一套現(xiàn)交換熱量滿足不了工況霱求。我們希望在粗氪塔40000m/h空分預(yù)留了原料氧進(jìn)罐位置,這樣原料底部,平衡罐及液相管道、蒸發(fā)器增加加伴熱,其中,液氧將來(lái)可以從兩套空分引出,進(jìn)入儲(chǔ)罐,使后續(xù)氪在粗氪塔底部,平衡罐和粗氪蒸發(fā)器內(nèi)置電加熱器,氙生產(chǎn)不會(huì)受到空分停機(jī)影響。已達(dá)到穩(wěn)定、高效的熱源供應(yīng)。52專用撬裝模塊的設(shè)置7結(jié)束語(yǔ)設(shè)有一氮塔和二氪塔、再沸器專用冷箱,使得氪湖南湘鋼梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司40000mh氙生產(chǎn)自成體系。除甲烷系統(tǒng)分子篩系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)空分氪氙提取裝置由于具備上述的工藝、設(shè)備、安全為兩個(gè)整體模塊便于施工與操作使得整個(gè)制取流操作三個(gè)方面的許多特點(diǎn),使其達(dá)到了較高的技術(shù)程簡(jiǎn)潔明了,占地面積小,能夠最大限度地節(jié)約土地水平,基本實(shí)現(xiàn)了氪氙的連續(xù)生產(chǎn),具有較高的推廣投資成本。價(jià)值。53凈化裝置的簡(jiǎn)化收稿日期:2010-08-02貧氪氙氣除了甲烷裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,整個(gè)系統(tǒng)只作者簡(jiǎn)介:李享(1981-),男,203年畢業(yè)于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械制造用了一個(gè)電加熱器、一臺(tái)反應(yīng)爐、一臺(tái)換熱器兩臺(tái)及自動(dòng)化專業(yè),助理工程師,碩士研究生在讀研究方向?yàn)榇笮统商追肿雍Y吸附器就完成了對(duì)粗氪氙生產(chǎn)中雜質(zhì)的清設(shè)備。除。與傳統(tǒng)工藝相比,減少了許多反應(yīng)催化爐簡(jiǎn)化