徑向流分子篩使用末期CO2含量超標(biāo)的處理

長孫峰，高永春

徑向流分子篩使用末期CO2含量超標(biāo)的處理

長孫峰，高永春

（柳州鋼鐵（集團(tuán)）公司氣體公司，廣西柳州545000）

徑向流分子篩在使用過程末期CO2含量超高，影響空分安全運(yùn)行。從工藝設(shè)計(jì)、分子篩運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備等方面分析了原因，并采取措施解決了問題。

大型空分設(shè)備；分子篩吸附器；徑向流；二氧化碳含量；處理方法

1 引言

柳鋼2#40000 m3/h機(jī)組空分設(shè)備于2012年7月投用，空分設(shè)備采用立式徑向流分子篩吸附凈化，自投產(chǎn)以來，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)均表現(xiàn)良好，全部超過設(shè)計(jì)值。2012年底，空分設(shè)備在正常使用4個(gè)月后，分子篩在使用末期出現(xiàn)了CO2含量超高的現(xiàn)象，通過調(diào)整工藝參數(shù)CO2含量得到控制，但由于增大再生溫度和氣量，能耗較高且氧產(chǎn)量也受到一定影響，通過和設(shè)計(jì)廠家溝通討論，對(duì)分子篩設(shè)備進(jìn)行了適當(dāng)改造，最終徹底解決了分子篩使用后期CO2超標(biāo)的問題，各項(xiàng)工藝參數(shù)也恢復(fù)到了設(shè)計(jì)水平。

2 故障經(jīng)過

12月23日夜班5：00，2#分子篩使用末期，CO2含量突然升高至0.53×10-6（原來分子篩使用末期CO2正常含量為0.10×10-6左右），后通過適當(dāng)降低空氣量，提高再生溫度和再生氣量，CO2含量恢復(fù)正常。2013年1月1日上午，2#40000 m3/h機(jī)組1#、2#分子篩使用末期均出現(xiàn)CO2含量超高的現(xiàn)象，最高值達(dá)到了0.87×10-6（如圖1所示）。

圖1 調(diào)整前分子篩出口二氧化碳變化曲線

3 原因分析

針對(duì)立式徑向流分子篩的特點(diǎn)，2013年1月2日技術(shù)部門組織各相關(guān)部門對(duì)該機(jī)組分子篩使用后期CO2含量超高的情況進(jìn)行討論，并從以下幾方面進(jìn)行分析：

3.1 儀表顯示不準(zhǔn)確

對(duì)分子篩在線CO2分析儀進(jìn)行調(diào)校，并使用便攜式水含量分析儀對(duì)分子篩后空氣進(jìn)行化驗(yàn)分析，含水量均小于5×10-6，可以排除測(cè)量儀器問題。

3.2 進(jìn)分子篩的空氣含水量過大

打開出空冷塔捕霧器接水盤排水小閥，有少量水排出；檢查進(jìn)分子篩前空氣吹除小閥，無游離水排出，且控制出空冷塔溫度也在10℃以內(nèi)，也可以排除這個(gè)原因。

3.3 空冷塔壓力波動(dòng)大

查看機(jī)組運(yùn)行記錄，近幾個(gè)月以來空冷塔壓力一直保持穩(wěn)定，工況正常。

3.4 吸附劑床層下沉，空氣走短路

2013年1月7日在分子篩泄壓結(jié)束后，打開分子篩頂部人孔檢查，發(fā)現(xiàn)氧化鋁床層下沉500～600 mm，分子篩床層下沉200～300 mm，1月8日在分子篩泄壓末期，分別對(duì)1#、2#分子篩補(bǔ)充分子篩和氧化鋁。分子篩和氧化鋁裝填后分子篩運(yùn)行參數(shù)有所好轉(zhuǎn)，但改善不大，說明超標(biāo)問題不是由于分子篩填料下沉，導(dǎo)致空氣走短路所致。

3.5 臨時(shí)的工藝調(diào)整

為穩(wěn)定生產(chǎn)工況，不影響冶煉生產(chǎn)，2013年1月2日至1月31日期間車間根據(jù)生產(chǎn)情況，對(duì)分子篩運(yùn)行工況進(jìn)行了一系列階段性的調(diào)整（具體參數(shù)如表1所示）。

表1 分子篩工藝參數(shù)調(diào)整前后對(duì)比

（1）降低空壓機(jī)排氣壓力，減少空氣量。

（2）降低空氣出空冷塔溫度。

（3）縮短分子篩使用時(shí)間周期（具體為加溫時(shí)間由72 min減至65 min，冷吹時(shí)間由128 min減至107 min，泄壓時(shí)間由7 min減至6 min，吹電加熱器的時(shí)間由4 min減至2 min，并聯(lián)時(shí)間由2 min減至1 min）。

（4）提高再生氣壓力和流量。

（5）提高再生氣溫度。電加熱器由原來使用3臺(tái)（每臺(tái)電加熱器3個(gè)固定組、1個(gè)調(diào)功組），增加為4臺(tái)（1#、3#、4#每臺(tái)電加熱器3個(gè)固定組、1個(gè)調(diào)功組，2#電加熱器2個(gè)固定組、1個(gè)調(diào)功組），多投調(diào)功柜3組，固定組的報(bào)警溫度由200℃提高至220℃，調(diào)功組的報(bào)警溫度由190℃提高至195℃，用來提高再生氣溫度，原來的分子篩電加熱器再生氣出口溫度的180℃增加為205℃。

（6）降低冷吹末期分子篩進(jìn)口溫度。

通過工藝調(diào)整，分子篩CO2含量得到了有效控制（已基本穩(wěn)定在0.1×10-6左右），1月2日至31日工藝調(diào)整以來，CO2含量如圖2所示。

圖2 調(diào)整后分子篩出口二氧化碳變化曲線

3.6 分子篩設(shè)備的改造

工藝調(diào)整雖然逐步穩(wěn)定了分子篩使用末期CO2的含量，但相應(yīng)的空分工況也受到較大的影響，由于采取了降低空氣量、提高再生氣壓力、提高再生溫度等一系列措施，空分機(jī)組氧氣產(chǎn)量有所減少，單位氧氣能耗卻有所增加，長期運(yùn)行，與正常工況相比對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益有較大影響（具體參數(shù)對(duì)比見表2）。數(shù)據(jù)說明分子篩使用末期CO2的含量超高的原因還未根本消除，可能是分子篩吸附器本身存在設(shè)備缺陷。

表2 分子篩工況調(diào)整后重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

4 處理措施

通過與設(shè)計(jì)廠家溝通和論證，分析得出分子篩吸附器的頂部（分子篩側(cè)）可能存在一段吸附死角，再生過程中這段區(qū)域氣體排放不暢，有一部分死氣始終停留在這里，導(dǎo)致這部分吸附劑再生不徹底，在使用過程中，當(dāng)吸附劑飽和時(shí)就會(huì)析出水分和CO2，直接影響頂部出口空氣的CO2含量。2013年2月4日在冶煉單位檢修的期間，對(duì)2#40000 m3/h機(jī)組進(jìn)行了停機(jī)檢修，在兩臺(tái)吸附器（MS1201、MS1202）頂部分子篩裝料口，分別加裝一個(gè)DN50的蝶閥（如圖3所示）。并規(guī)定，在吸附器加溫時(shí)，開啟閥門，在吸附器冷吹結(jié)束前，關(guān)閉閥門，用于排放死角氣體。

圖3 加裝蝶閥示意圖

增加分子篩頂部死氣排放閥后，技術(shù)人員逐步恢復(fù)運(yùn)行工況參數(shù)。首先將分子篩再生溫度和壓力逐步恢復(fù)到設(shè)計(jì)值，觀察1周后，使用末期CO2含量沒有變化。接著將空壓機(jī)排氣壓力提高至最大值，氧氣產(chǎn)量由40000 m3/h提高至41500 m3/h，所有產(chǎn)品指標(biāo)均采取最大設(shè)計(jì)參數(shù)生產(chǎn)，經(jīng)過近1個(gè)多月的運(yùn)行觀察，分子篩使用末期CO2含量均未出現(xiàn)超高情況，指標(biāo)始終保持穩(wěn)定，證明問題已得到妥善解決。隨后將增加閥門的操作納入操作規(guī)程，并組態(tài)使用DCS正常控制。

5 結(jié)束語

分子篩的正常使用對(duì)空分生產(chǎn)至關(guān)重要，一旦工況異常對(duì)空分的工藝參數(shù)和能耗影響較大，立式徑向流分子篩在大型空分設(shè)備中已陸續(xù)使用，它具有占地面積少、壓差小、床層穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵，像類似情況在兄弟鋼廠中也出現(xiàn)過，通過增加死氣排放閥都得到了很好的解決，改造以后設(shè)備運(yùn)行保持了長期穩(wěn)定。

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[4]李瑞江，陳春燕，吳勇強(qiáng)等.大型徑向反應(yīng)器中流體均布參數(shù)的研究[J].化學(xué)工程，2009，10(39)：28-31.

[5]李劍峰，周寒秋，林秀娜.徑向流分子篩吸附器流場數(shù)值模擬[J].邊瑾.深冷技術(shù)：安裝運(yùn)轉(zhuǎn)[J].杭州：杭州出版社，2010：49-52．

Treatm ent of Excessive CO2Content at the Final Phase of Radial FloWM olecular Sieve Usage

ZHANGSUN Feng，GAO Yongchun
(Gas company of Liuzhou Iron and Steel(Group)Co.,Liuzhou,Guangxi 545000,China)

Excessive carbon dioxide content in the air from the outlet of radial floWmolecular sieve absorber at the end of adsorption affects the safe operation of air separation plant.The causes of the trouble were analyzed from the aspects of technical design,molecular sieve operation parameters and equipment factors and countermeasures were taken,which has solved the problem.

air separation plant;molecular sieve absorber;radial flow;carbon dioxide content;treatmentmethod

TB657.7

B

1006-6764(2015)09-0027-02

2015－05－06

長孫峰（1982－），男，2004年畢業(yè)重慶大學(xué)化工學(xué)院，工程師，現(xiàn)從事空分生產(chǎn)和管理工作。