空分單元純化系統(tǒng)空氣中CO2 超標(biāo)問題淺析

王菲(神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林719300)

0 引言

空分單元純化過程中，因分子篩出口空氣CO2含量高，極易在后系統(tǒng)低溫區(qū)產(chǎn)生干冰，堵塞換熱器、精餾塔，造成生產(chǎn)波動，甚至非計劃停車，給單元及公司帶來極為嚴(yán)重的影響，為此通過問題研究、案例剖析及相關(guān)經(jīng)驗積累，對本單元純化系統(tǒng)CO2超標(biāo)問題提出一些見解。

1 空分單元和純化系統(tǒng)簡介

神華榆林能源化工有限公司空分單元采用低溫精餾法，將原料空氣通過過濾和壓縮、系統(tǒng)除雜、冷卻、精餾等方法，制取高純、不同壓力等級的氮氣，用于下游裝置保護(hù)氣體、吹掃用氣以及開停工置換等。其主系統(tǒng)為離心式空氣壓縮、蒸汽透平驅(qū)動、分子篩空氣凈化、單塔空氣精餾、膨脹機制冷、氮氣壓縮機外供低壓氮氣的工藝流程，且2015年一次性投料試車成功至今一直平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

純化系統(tǒng)是空分單元的重要組成部分，主要用于去除原料中的水分、乙炔、CO2以及碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)，為后系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供保障，為空分單元生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品夯實基礎(chǔ)。

2 空分單元純化系統(tǒng)出口空氣CO2超標(biāo)原因分析

2.1 原料空氣進(jìn)口CO2含量過高

氣體深冷分離工藝對原料要求相當(dāng)苛刻，其純度會直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)。當(dāng)原料空氣中CO2含量超標(biāo)，純化系統(tǒng)分子篩吸附負(fù)荷增大，吸附能力趨于降低方向發(fā)展，如此長周期的運行，使之分子篩出口CO2異常升高，CO2含量較高的原料氣進(jìn)入主換系統(tǒng)后，在低溫狀態(tài)下凝結(jié)出大量的CO2固體，導(dǎo)致主換的空氣通道阻力升高甚至堵塞，提別情況下還需停車加溫處理。

2.2 工藝參數(shù)異常波動

生產(chǎn)過程中，空分單元工藝參數(shù)異常波動，極易造成純化系統(tǒng)出口CO2含量超標(biāo)。如預(yù)冷系統(tǒng)波動，由于預(yù)冷系統(tǒng)為純化系統(tǒng)上游系統(tǒng)，其預(yù)冷不穩(wěn)定、氣量變化較大等會造成較強的氣體的沖擊夾帶，致使空冷塔出口空氣帶有超量的水分進(jìn)入純化系統(tǒng)；預(yù)冷系統(tǒng)冷卻水和冷凍水噴淋量較大或者水量和氣量比例失調(diào)，會造成空冷塔空氣帶水進(jìn)入純化系統(tǒng)；空冷塔液位過高會使原料氣中夾帶水分或其塔頂除沫器故障，都可導(dǎo)致原料氣夾帶水分。至此，純化系統(tǒng)吸附劑因吸附順序為水＞乙炔＞CO2，大部分能力用于吸附水分，使得CO2含量超標(biāo)。

2.3 分子篩失效，超出使用壽命

分子篩采用13X 型號，是堿金屬硅鋁酸鹽，具有一定的吸附能力，對水、CO2、碳?xì)浠衔锏刃》肿泳哂休^強的吸附能力。在運行過程中，當(dāng)空氣原料中含油等雜質(zhì)污染分子篩，產(chǎn)生永久吸附使得分子篩中毒失效。此外，分子篩也有一定的使用時間，一般年限為5～8年，當(dāng)超過使用年限，分子篩堿金屬硅鋁酸鹽顆粒破碎，難以對空氣原料中水分、CO2、碳?xì)浠衔镞M(jìn)行吸附，致使純化出口空氣中的CO2超標(biāo)。

2.4 蒸汽加熱器內(nèi)漏，大量水分進(jìn)入

蒸汽加熱器是為分子篩解吸過程中的污氮氣進(jìn)行加熱，通過熱態(tài)的污氮氣進(jìn)入分子篩中將其已吸附組分進(jìn)行解吸，恢復(fù)分子篩的吸附能力，更好的進(jìn)行純化，然而，當(dāng)污氮氣中因蒸汽加熱器內(nèi)漏含水分較大，降低了解吸效率、增加了能源消耗，完全有悖于節(jié)能發(fā)展的理念。若蒸汽加熱器大量泄漏會使水蒸氣過多而浸泡分子篩，需緊急停車處理。

2.5 分子篩再生因素影響

分子篩吸附劑在吸附工作完成后，經(jīng)過10m in 的卸壓、90min 的加熱、100min 的冷吹進(jìn)行解吸，當(dāng)再生時間不合理匹配或異常會導(dǎo)致分子篩不能完全解吸，使壓縮空氣處理不達(dá)標(biāo)；此外，分子篩再生還與污氮氣流量、污氮氣溫度有直接關(guān)系，當(dāng)再生過程中，由冷吹峰值＞100℃標(biāo)準(zhǔn)判定再生能力的徹底與否，加熱器再生氣量偏低導(dǎo)致氣源不足，不能完全解吸分子篩；加熱器加熱不良，低于操作溫度165℃時，會造成解吸過程中熱源不足，難以完全解吸導(dǎo)致分子篩吸附能力下降，出口空氣CO2超標(biāo)。

2.6 儀表故障

儀表顯示是工藝流程操作的方標(biāo)，操作人員依據(jù)其值進(jìn)行合理的調(diào)整控制，然而當(dāng)儀表發(fā)生故障時，影響操作人員判斷，在應(yīng)急盲區(qū)時偶有可能造成其它方面的誤調(diào)整，影響整個系統(tǒng)。為此，必須加強分析研判能力，發(fā)生出口空氣CO2超標(biāo)時，及時根據(jù)再生氣氣量、再生氣溫度、再生時間、冷吹峰值、空氣出純化系統(tǒng)的溫度等來判斷CO2分析儀是否故障，或聯(lián)系質(zhì)檢進(jìn)行取樣分析，排除工藝異常導(dǎo)致CO2超標(biāo)。

2.7 不良操作

化工工藝生產(chǎn)中，操作人員是對本工藝流程參數(shù)調(diào)節(jié)的第一人，當(dāng)操作過程不當(dāng)、野蠻調(diào)整或誤調(diào)整，均會導(dǎo)致工藝生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)波動，甚至聯(lián)鎖跳車。當(dāng)操作不當(dāng)，分子篩相關(guān)的出入口壓差、污氮氣流量、污氮氣溫度均是影響純化系統(tǒng)出口CO2超標(biāo)的誘因。

2.8 設(shè)計缺陷

空分單元原料為大氣空氣，依據(jù)本地的常年空氣質(zhì)量分析與雜質(zhì)含量分析以及單元本身需求的能力進(jìn)行對應(yīng)的相關(guān)設(shè)計，對分子篩配型及吸附能力配比存在缺陷，另一方面是單元所處位置及后續(xù)周邊環(huán)境發(fā)生人為變化等缺陷均會造成原料空氣的質(zhì)量變化，進(jìn)而影響后續(xù)生產(chǎn)處理，導(dǎo)致分子篩出口CO2超標(biāo)。

3 空分單元純化系統(tǒng)CO2超標(biāo)問題的應(yīng)對措施

3.1 控制進(jìn)氣質(zhì)量

依據(jù)空分單元純化系統(tǒng)的工作原理，在CO2超標(biāo)問題中應(yīng)當(dāng)以制原料空氣質(zhì)量為主，保證進(jìn)氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，在壓縮機入口安裝在線CO2分析檢測儀，保證進(jìn)氣質(zhì)量的指標(biāo)符合空分裝置純化系統(tǒng)的工作要求。若空氣質(zhì)量異常，及時通知調(diào)度，聯(lián)系其他裝置減少有害氣體的排放，同時，通知質(zhì)檢中心到現(xiàn)場對空分周圍的大氣質(zhì)量進(jìn)行分析和跟蹤。若微量超標(biāo)，本單元可以把控，可以適當(dāng)降低空分負(fù)荷，即降低分子篩吸附器處理量，并進(jìn)行高溫活化；若嚴(yán)重超標(biāo)則需要根據(jù)調(diào)度指示停車。

3.2 把控工藝參數(shù)

空分單元中，其各反應(yīng)階段的工藝參數(shù)對整個生產(chǎn)工藝起決定性作用，當(dāng)異常波動甚至超出工藝要求值，極易發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量不合格或聯(lián)鎖跳車。純化系統(tǒng)中，由于上游的雜質(zhì)含量超標(biāo)，導(dǎo)致純化無法全面吸附CO2進(jìn)而出口CO2超標(biāo)等問題。這時應(yīng)把控工藝參數(shù)不大幅度波動，使得進(jìn)氣量穩(wěn)定、吸附程度合理，安穩(wěn)長滿優(yōu)生產(chǎn)。

3.3 優(yōu)化吸附效果，按時更換分子篩

純化系統(tǒng)中，優(yōu)化上游雜質(zhì)，避免油、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)附著在吸附劑上造車吸附中毒。另外，還要定期更換分子篩吸附劑，依據(jù)5～8年的使用周期進(jìn)行更換。應(yīng)該對分子篩每兩年檢測一次破碎情況。再者是依據(jù)純化效果對吸附劑進(jìn)行吸附能力測試，損壞或不良時及時替換。

3.4 杜絕蒸汽加熱器內(nèi)漏，及時消除內(nèi)漏

純化上游設(shè)備內(nèi)漏，造成下游帶水致純化系統(tǒng)出現(xiàn)問題。要加強設(shè)備管理，對設(shè)備的上下游、進(jìn)出口的工藝參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，異常及時處理。對設(shè)備的一些參數(shù)的變化進(jìn)行提前預(yù)判，此外，還要在現(xiàn)場對設(shè)備運行聲音的變化、換熱介質(zhì)流速的變化，以及蒸汽中酸堿性、抗氧性、緩蝕性進(jìn)行檢測，根據(jù)工藝參數(shù)定期進(jìn)行比對配劑。從工藝手段保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行，杜絕設(shè)備發(fā)生泄漏情況。

3.5 分子篩再生因素的解決措施

分子篩再生是將吸附后的吸附劑通過污氮氣進(jìn)行解吸，經(jīng)過泄壓、加熱、冷吹等步驟進(jìn)行解吸，其再生時間、再生氣源、再生氣溫度均會導(dǎo)致再生效果不佳，難以解吸吸附劑。應(yīng)當(dāng)將再生時間和再生的溫度作為重要選擇目標(biāo)，保證空分單元的吸附劑能夠滿足實際要求。只有合理的再生時間才能夠使吸附劑再生更完全，恢復(fù)分子篩吸附能力，提高空氣處理效果。

3.6 加強儀表故障管理

儀表是化工工藝操作的方標(biāo)，儀表指向錯誤或故障直接影響工藝操作的進(jìn)行，甚至造成嚴(yán)重的后果。要加強儀表維護(hù)保養(yǎng)，儀表發(fā)生故障時應(yīng)在第一時間對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行比對，驗證是否真實。另外還要定期對儀表進(jìn)行維護(hù)，形成長效的保養(yǎng)機制，確保運行安穩(wěn)正常，杜絕給工藝生產(chǎn)帶來的影響。

3.7 優(yōu)化操作水平，提升操控質(zhì)量

化工生產(chǎn)中，操作人員是工藝生產(chǎn)的主導(dǎo)因素，保障安穩(wěn)生產(chǎn)是操作人員的職責(zé)所在。操作人員必須深入學(xué)習(xí)操作技能，掌握操作規(guī)程及操作原理，對相應(yīng)的操作方式進(jìn)行分析校驗，以及對操作結(jié)果做到提前預(yù)判，做到了然于胸。此外，操作人員在工藝操作時應(yīng)避免大幅度操作、野蠻性調(diào)整，以免造成異常的生產(chǎn)問題。

3.8 全面布局，未雨綢繆

通篇布局，避免缺陷。在廠區(qū)規(guī)劃、周邊環(huán)境協(xié)調(diào)、生產(chǎn)工藝設(shè)計等方面做足功課，對廠區(qū)設(shè)計要掌握長期的風(fēng)向資料、空氣含量資料以及周邊環(huán)境氣候的變化情況，做好全面部署，防患于未然，方能避免問題、避免事故。

4 結(jié)語

處理空分單元純化系統(tǒng)出口空氣中CO2含量超標(biāo)問題，關(guān)鍵要針對不同的現(xiàn)象及時進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果是氣體的問題，應(yīng)當(dāng)對氣體進(jìn)行實時監(jiān)測，確?？諝赓|(zhì)量合格。如果是設(shè)備運行問題，應(yīng)當(dāng)在設(shè)備運行過程當(dāng)中予以有效的處理。因此，對于不同的故障類型，應(yīng)當(dāng)分析事故的具體成因，并采取有針對性的解決措施，最終的目的是使純化系統(tǒng)出口空氣CO2濃度合格，為空分單元的安全穩(wěn)定長周期運行提供保障。