淺析分子篩純化系統(tǒng)再生氮?dú)獾幕厥绽?/h1>
2012-02-09 07:38:10
河南化工 2012年4期
(河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)任公司義馬氣化廠，河南義馬 472300)
1 項(xiàng)目實(shí)施背景概述
天然氣西氣東輸二線工程即將完工，河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)任公司義馬氣化廠(簡(jiǎn)稱氣化廠)，在面對(duì)城市煤氣產(chǎn)品將退出燃?xì)馐袌?chǎng)的形勢(shì)，為使企業(yè)效益增加新的增長(zhǎng)點(diǎn)，進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整改造項(xiàng)目，即該項(xiàng)目中的甲烷分離子項(xiàng):利用法液空深冷分離裝置，將原城市煤氣中的CH4分離出來(lái)，通過(guò)壓縮機(jī)增壓，作為煤制天然氣送到天然氣管網(wǎng)。氣化廠原有空分裝置三套、產(chǎn)氮?dú)饽芰Ψ謩e為11 000 Nm3/h一套，12 000 Nm3/h兩套，現(xiàn)有工況條件下，開(kāi)兩套空分裝置就能滿足全廠氧氣、氮?dú)庳?fù)荷;新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整改造項(xiàng)目完成后氣化廠氮?dú)庾畲笥昧繛?2000 Nm3/h，其中低壓氮?dú)庥昧繛?2 000 Nm3/h，現(xiàn)有空分裝置無(wú)法滿足全廠氮?dú)庥昧俊?/p>
因此在義馬氣化廠內(nèi)現(xiàn)有裝置或在建裝置上進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行回收以滿足全廠氮?dú)庑枨髣?shì)在必行。
2 分子篩凈化單元概述
目前國(guó)外的大型空分設(shè)備對(duì)原料空氣的凈化均采用分子篩再生系統(tǒng)［1］，新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目的分子篩是為甲烷分離項(xiàng)目設(shè)定的，分子篩具有低溫高壓吸附，高溫低壓脫附的特點(diǎn)，設(shè)備操作簡(jiǎn)單方便［2］，位于魯奇爐煤氣化裝置［3］下游，為甲烷分離裝置凈化原料煤氣中含有的H2O、CO2、CH3OH等微量雜質(zhì)。由于這些雜質(zhì)在低溫狀況下有容易結(jié)冰的特性［4］，同時(shí)，這些雜質(zhì)在原料煤氣中占有一定的組分，因此必須用分子篩床層將這些雜質(zhì)吸附掉。分子篩系統(tǒng)包含兩個(gè)吸附罐，并由一套由程序控制的閥門系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作，兩個(gè)填有相同數(shù)量吸附劑的吸附器并行交替工作;當(dāng)A分子篩吸附器工作的時(shí)候，B分子篩吸附器就進(jìn)行再生。再生過(guò)程發(fā)生在分子篩的吸附量達(dá)到最大吸附能力時(shí)，即吸附結(jié)束時(shí)進(jìn)行。吸附劑再生的介質(zhì)為空分裝置生產(chǎn)并輸送到界區(qū)的15 000 Nm3/h的低壓氮?dú)?。氮?dú)庠趯?duì)分子篩吸附劑進(jìn)行再生后，再生后的氮?dú)獗慌欧诺酱髿庵小?/p>
甲烷分離裝置分子篩再生氮?dú)?壓力規(guī)格，0.6 MPa;用量，15000 nm3/h;純度，99.9%;露點(diǎn)溫度，－40℃。
分子篩純化系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。
3 改造的方案及比較
方案一:回收原有廠區(qū)空分車間水冷塔氮?dú)猓瑢⒐に嚴(yán)鋮s氮?dú)鈮嚎s后通過(guò)變壓吸附將純度由95%提高至100%，再增壓送至凈化車間用于汽提工藝。
方案二:將原有水冷塔進(jìn)行改造，將氮?dú)庵评涓臑榘崩?，改造后的氮?dú)鈮嚎s后送至凈化車間用于汽提工藝。
方案三:將新增甲烷分離前段凈化單元分子篩進(jìn)行改造。
圖1 分子篩純化系統(tǒng)
改造后的分子篩純化系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖2。
①在為分子篩再生系統(tǒng)添加旁路，并把旁路閥開(kāi)關(guān)程序做到分子篩閥門控制系統(tǒng)中，滿足再生氮?dú)鉃楹罄m(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定供應(yīng)。②在分子篩再生氮?dú)獬隹?，添加冷卻裝置，降溫后送到后續(xù)凈化系統(tǒng)。
下面對(duì)改造方案進(jìn)行比較見(jiàn)表1。
表1 改造方案比較
方案一產(chǎn)氣量較多，但投資較大，占地面積大、能耗高，檢修周期較短，而且由于氮?dú)庵袎毫^低，含水量較大，進(jìn)行氮?dú)饣厥盏目蓪?shí)施性不強(qiáng)。方案二產(chǎn)氣量較多，一次性投資較少，占地面積較大，空分車間場(chǎng)地條件制約，無(wú)法實(shí)施。方案三投資最少、能耗最少、場(chǎng)地適宜，作為推薦方案。
4 再生氮?dú)膺M(jìn)行回收的風(fēng)險(xiǎn)性問(wèn)題分析
如果進(jìn)行改造主要存在下列問(wèn)題:
①再生后的氮?dú)猓訜釙r(shí)溫度過(guò)高，回收后送往低溫甲醇洗工段無(wú)法滿足低溫甲醇洗工段溫度要求。②再生后的氮?dú)?，壓力不穩(wěn)定，在分子篩泄壓、均壓階段會(huì)中斷。③改造后回收初期的氮?dú)饪赡芎须s質(zhì)，會(huì)對(duì)低溫甲醇洗工藝工況造成影響。④回收的低壓氮?dú)猓ㄟ^(guò)分子篩裝置后有一定的壓力降，對(duì)低溫甲醇洗工藝有一定影響。
風(fēng)險(xiǎn)性問(wèn)題的解決方案:
①設(shè)置再生氮?dú)饧訜?冷卻器對(duì)回收的氮?dú)膺M(jìn)行溫度控制。②在再生氮?dú)饧訜崞髑?，設(shè)置分子篩氮?dú)馀酝ㄩy，通過(guò)邏輯程序控制保證氮?dú)膺B續(xù)供應(yīng)。③通過(guò)計(jì)算不影響低溫甲醇洗工藝。④經(jīng)過(guò)同液體空氣工程公司專家討論及論證，分子篩的壓力降很小，完全可以滿足后續(xù)工況需要。
5 結(jié)論
本文通過(guò)氮?dú)饣厥辗桨傅挠懻摵捅容^，確定回收分子篩純化系統(tǒng)再生用氮?dú)獾姆桨刚嫉厣?、能耗小、氣源穩(wěn)定，具有很大的可操作性，方案實(shí)施以后，能夠?yàn)槠髽I(yè)回收15 000 Nm3/h的氮?dú)?，為企業(yè)創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能減排的效果。
圖2 改造后的分子篩純化系統(tǒng)
［1］CASTLE W F.Air separation and liquefaction:recent developments and propescts for the beginning of the new millennium ［J］.International Journal of Refrigeration 2002.25:158－172
［2］徐如人，龐文琴.分子篩與多孔化學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.
［3］易希朗.天然氣深冷分離裝置中CO2的凍結(jié)計(jì)算［J］.天然氣工業(yè)，1988，9:84－87.
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分子篩純化系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。
3 改造的方案及比較
方案一:回收原有廠區(qū)空分車間水冷塔氮?dú)猓瑢⒐に嚴(yán)鋮s氮?dú)鈮嚎s后通過(guò)變壓吸附將純度由95%提高至100%，再增壓送至凈化車間用于汽提工藝。
方案二:將原有水冷塔進(jìn)行改造，將氮?dú)庵评涓臑榘崩?，改造后的氮?dú)鈮嚎s后送至凈化車間用于汽提工藝。
方案三:將新增甲烷分離前段凈化單元分子篩進(jìn)行改造。
圖1 分子篩純化系統(tǒng)
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①在為分子篩再生系統(tǒng)添加旁路，并把旁路閥開(kāi)關(guān)程序做到分子篩閥門控制系統(tǒng)中，滿足再生氮?dú)鉃楹罄m(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定供應(yīng)。②在分子篩再生氮?dú)獬隹?，添加冷卻裝置，降溫后送到后續(xù)凈化系統(tǒng)。
下面對(duì)改造方案進(jìn)行比較見(jiàn)表1。
表1 改造方案比較
方案一產(chǎn)氣量較多，但投資較大，占地面積大、能耗高，檢修周期較短，而且由于氮?dú)庵袎毫^低，含水量較大，進(jìn)行氮?dú)饣厥盏目蓪?shí)施性不強(qiáng)。方案二產(chǎn)氣量較多，一次性投資較少，占地面積較大，空分車間場(chǎng)地條件制約，無(wú)法實(shí)施。方案三投資最少、能耗最少、場(chǎng)地適宜，作為推薦方案。
4 再生氮?dú)膺M(jìn)行回收的風(fēng)險(xiǎn)性問(wèn)題分析
如果進(jìn)行改造主要存在下列問(wèn)題:
①再生后的氮?dú)猓訜釙r(shí)溫度過(guò)高，回收后送往低溫甲醇洗工段無(wú)法滿足低溫甲醇洗工段溫度要求。②再生后的氮?dú)?，壓力不穩(wěn)定，在分子篩泄壓、均壓階段會(huì)中斷。③改造后回收初期的氮?dú)饪赡芎须s質(zhì)，會(huì)對(duì)低溫甲醇洗工藝工況造成影響。④回收的低壓氮?dú)猓ㄟ^(guò)分子篩裝置后有一定的壓力降，對(duì)低溫甲醇洗工藝有一定影響。
風(fēng)險(xiǎn)性問(wèn)題的解決方案:
①設(shè)置再生氮?dú)饧訜?冷卻器對(duì)回收的氮?dú)膺M(jìn)行溫度控制。②在再生氮?dú)饧訜崞髑?，設(shè)置分子篩氮?dú)馀酝ㄩy，通過(guò)邏輯程序控制保證氮?dú)膺B續(xù)供應(yīng)。③通過(guò)計(jì)算不影響低溫甲醇洗工藝。④經(jīng)過(guò)同液體空氣工程公司專家討論及論證，分子篩的壓力降很小，完全可以滿足后續(xù)工況需要。
5 結(jié)論
本文通過(guò)氮?dú)饣厥辗桨傅挠懻摵捅容^，確定回收分子篩純化系統(tǒng)再生用氮?dú)獾姆桨刚嫉厣?、能耗小、氣源穩(wěn)定，具有很大的可操作性，方案實(shí)施以后，能夠?yàn)槠髽I(yè)回收15 000 Nm3/h的氮?dú)?，為企業(yè)創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能減排的效果。
圖2 改造后的分子篩純化系統(tǒng)
［1］CASTLE W F.Air separation and liquefaction:recent developments and propescts for the beginning of the new millennium ［J］.International Journal of Refrigeration 2002.25:158－172
［2］徐如人，龐文琴.分子篩與多孔化學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.
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