40000 m3/h空分氪氙提取裝置問(wèn)題分析及整改

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(wèn)題分析及整改李享(中南大學(xué)湖南長(cháng)沙410083)【摘要】簡(jiǎn)介了湘鋼梅塞爾40000mh空分氪氙提取裝置工藝,分析了設備、安全操作的特點(diǎn)及在調試過(guò)程中出現的問(wèn)題提出了進(jìn)一步整改措施【關(guān)鍵詞】空分設備;氪氣;氙氣;安全操作系統【中圖分類(lèi)號】TB6577【文獻標識碼】B【文章編號】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,共有原料氧儲存及輸湖南湘鋼梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)送系統、一氮塔成套設備、除甲烷成套系統、分子篩“湘鋼梅塞爾”)4000mnh空分氪氙提取裝置,是吸附成套系統、粗氮塔(又稱(chēng)“二氮塔”)成套設備、充2009年從杭州杭氧與40000h空分設備配套引裝系統、儀控及分析系統、電控系統等八大系統組進(jìn)的?？梢远嗯_空分設備共用一套氮氙生產(chǎn)系統是成杭氧公司最新研制的第一套氮氙連續生產(chǎn)裝置,21氪氙提取裝置技術(shù)參數2009年下半年進(jìn)行現場(chǎng)調試至今。該套氮氙提取裝(1)原料(取自其他空分):置與20世紀末期的氪氙提取系統相比:工藝流程簡(jiǎn)液氧進(jìn)貧氪塔的流量:1600m}h;單合理;設備布局緊湊性能優(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(guò)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:置投運后將為梅塞爾創(chuàng )造良好的經(jīng)濟效益?，F主要產(chǎn)品氪氙產(chǎn)量:0.1mh(1600mh液氧輸入);從設備、工藝、DCS控制系統等方面,對湖南湘鋼梅純度:-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,并對調試中出現的問(wèn)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)生成水和二氧化碳壓力: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(guò)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空分氪氙提取系統的(2)貧氪中碳氫化合物(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+饑液粗氪塔碳氫化合物Kr/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)后的氮氣部分返回主換熱器復熱,與貧氪冷凝貧氪中氧組分蒸發(fā)成為上升蒸汽。而氮氣被冷凝成器來(lái)的氮氣一起放空。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則蒸發(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熱,出冷箱去分子篩純化系統塔,去水浴式汽化器復熱,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碳氫化合物、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(guò)膜壓機充至集裝瓶?jì)?送往德國繼續深加工部的貧氮液,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?？偤蜌庋趸蛞貉踉谝黄?。整個(gè)精餾濃縮過(guò)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加溫至催化反應所需的溫度進(jìn)入除甲烷環(huán)境中,并且碳氫化物也隨氪氙濃縮而濃縮,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)生碳氫化合物富集導致爆炸的情況。所以用下反應生成水和二氧化碳并產(chǎn)生一定的反應熱。為了杜絕這些事故的產(chǎn)生,我們采取了一些方法。為了節約能源,用反應后的貧氪氣和反應前貧氮氣41防止貧氪塔底部的碳氫化合物富集換熱回收熱量。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,有碳氫化合物隨著(zhù)氮氙濃度的升高,碳氫化合物的然后進(jìn)入分子篩吸附器(A54501或A54502)濃度也會(huì )增加,當含量過(guò)高時(shí),會(huì )呈現過(guò)飽和態(tài)析在分子篩吸附器中同時(shí)吸附脫除催化反應后貧出,形成爆炸物。所以在操作過(guò)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,要注意碳氫化合物的濃度,應經(jīng)常分析液氧只再生。再生氣體采用干燥氮氣氮氣來(lái)自主換熱器中碳氫化合物。當貧氮液中碳氫化合物含量過(guò)高時(shí),復熱出冷箱的氮氣。要排放貧氪塔底部的液體。貧氮蒸發(fā)器的液位計下33粗氪液的產(chǎn)閥儀表管道為防止被碳氫化合物堵塞,采用加入經(jīng)過(guò)分子篩吸附器的貧氮氣,基本上沒(méi)有了甲股氮氣吹刷,開(kāi)UV54121閥門(mén),調節PC5421和烷和反應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溫度的控制了設備提高了凈化率進(jìn)除甲烷催化爐前,設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:氧氣氮氣我們中的甲烷和氧化亞氮,我們設置進(jìn)除甲烷爐的氣體都專(zhuān)門(mén)設計了相應管線(xiàn)進(jìn)行回收。有的進(jìn)入氣體主溫度控制在480℃左右。管網(wǎng)有的回液體儲槽。43氧氣的濃度控制6調試過(guò)程中出現的問(wèn)題和改進(jìn)措施貧氮氣其實(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產(chǎn)權的氮氙連續生產(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(jiàn)我免會(huì )出現一些問(wèn)題。從調試至今整個(gè)運行效果來(lái)看們在分子篩吸附器出口管道上加入了一股氮氣,在貧氪塔運行良好,在半工況下其阻力凝縮等參數基使用過(guò)程中可微開(kāi)V54544閥門(mén)來(lái)控制氧氣濃度。本均已達到設計要求,且運行穩定。但是粗氪塔半工5主要工藝設備的特點(diǎn)況運行狀況不理想,阻力不能達到設計要求,精餾效51高含量貧氪氙原料液提取口及儲罐的設計果較差。從連續開(kāi)車(chē)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(guò)多次與梅塞爾總部和杭氧專(zhuān)部的液氧提取處上層多增加3塊塔板,從而達到原家交流,我們將對以下主要部件進(jìn)行調整。料氧預精餾的作用。這樣的經(jīng)過(guò)預精餾的原料液氧6.1粗氪塔粗氪液貯罐設計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的粗氪塔粗氪液設計容量偏氧中甲烷含量濃縮至210×106將這些原料液體通大,導致濃縮速度慢粗氮氙提取困難,經(jīng)過(guò)重新計過(guò)真空管道送入100m3原料液氧罐儲存供氮氙生算并根據實(shí)際調試情況,杭氧將粗氪液貯罐直徑設產(chǎn)用計值按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)夠達到預期效果。過(guò)低溫泵加壓后進(jìn)入一氪塔的液氧量大,壓力穩定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)器原我們根據生產(chǎn)組織結構調整的需要,在設計時(shí),我們設計中僅僅采用各種氣體作為熱源,調試過(guò)程中發(fā)將原料氧儲罐新增了一個(gè)預留口,為公司另外一套現交換熱量滿(mǎn)足不了工況霱求。我們希望在粗氪塔40000m/h空分預留了原料氧進(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)入儲罐,使后續氪在粗氪塔底部,平衡罐和粗氪蒸發(fā)器內置電加熱器,氙生產(chǎn)不會(huì )受到空分停機影響。已達到穩定、高效的熱源供應。52專(zhuān)用撬裝模塊的設置7結束語(yǔ)設有一氮塔和二氪塔、再沸器專(zhuān)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。除甲烷系統分子篩系統分別設計空分氪氙提取裝置由于具備上述的工藝、設備、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,能夠最大限度地節約土地水平,基本實(shí)現了氪氙的連續生產(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構簡(jiǎn)單,整個(gè)系統只作者簡(jiǎn)介:李享(1981-),男,203年畢業(yè)于湖南農業(yè)大學(xué)機械制造用了一個(gè)電加熱器、一臺反應爐、一臺換熱器兩臺及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè),助理工程師,碩士研究生在讀研究方向為大型成套分子篩吸附器就完成了對粗氪氙生產(chǎn)中雜質(zhì)的清設備。除。與傳統工藝相比,減少了許多反應催化爐簡(jiǎn)化