深冷制氮设备富氧空气的回收利用[1]

收稿日期:2006206208;修回日期:2006208213

作者简介:朱银在(1970—　

),男,工程师,现任中石化洛阳分公司空压车间生产副主任,从事生产技术管理工作。深冷制氮设备富氧空气的回收利用

朱银在,孟庆超,潘地培

(中国石化股份公司洛阳分公司空压车间,河南省洛阳市　471012)

摘要:针对石油化工企业污水处理、富氧助燃和PT A 氧化等工艺对富氧空气的需求,分析

了回收深冷制氮设备所产生富氧空气的可行性。以K DN 23000型制氮设备为例对回收方案进行了探讨,提出了工艺控制路线,进行了效益分析,最后提出石化企业对富氧空气回收利用的意义。

关键词:制氮设备;富氧空气;回收利用中图分类号:T Q116111 文献标识码:B

R ecovery of oxygen 2rich air in cryogenic nitrogen 2producing device

Zhu Y in 2zai ,Meng Qing 2chao ,Pan Di 2pei

(Air Compression Factory ,Luoyang Filiale o f China Petrochemical Corporation ,Luoyang 471012,Henan ,P 1R 1China )

Abstract :T o meet the requirements from sewage treatment ,oxygen 2rich combustion and PT A oxidation in petrochemical enterprises ,the feasibility of recovering oxygen 2rich air from cry ogenic nitrogen 2producing device is analyzed.A case project of K DN 23000type nitrogen 2producing device is discussed to propose technique control scheme ,followed by benefit analysis.The significance of recovering oxygen 2rich air for petrochemical enterprise is als o summarized.K eyw ords :Nitrogen 2producing device ;Oxygen 2rich air ;Recovery

随着中国石化股份公司洛阳分公司的发展和科

学技术的进步,对能源的充分利用及提高经济效益显得十分重要。作为公用工程之一的制氮设备向炼油和化纤生产提供保安氮气,伴随产生的副产品———富氧空气,除部分用作分子筛再生气外,其余作为废气放掉。如果能有效利用这部分富氧空气用于污水处理或者作为其他装置工艺用气,将会产生很好的经济和社会效益。文章以K DN 23000型制氮设备为例,提出回收富氧空气的两种方案。

1　K DN 23000型制氮设备运行情况

[1]

K DN 23000型制氮设备加工空气量为10000～12000m 3

/h ,氮产量为3000～3500m 3

/h ,同时产生

约8500m 3

/h 的富氧空气。所产生的富氧空气中氧

含量在33%～36%。该套制氮设备于2000年3月

投入生产,运行情况良好。

111　分子筛纯化系统流程

分子筛纯化系统由2台分子筛吸附器和2台加热炉组成,吸附器内装填13X 型分子筛。分子筛吸附器工作8小时后,需要加热再生。将制氮设备的一部分富氧空气作为再生气,把分子筛内的杂质带出;另一部分富氧空气直接排空。K DN 23000型制氮设备分子筛纯化系统部分工艺流程如图1所示。再生气量的大小由V1215阀调节。112　分子筛纯化系统运行分析

制氮设备分子筛纯化系统为有热再生,每8小时分子筛吸附器就需要切换1次,加热再生。K DN 23000型制氮设备分子筛纯化系统运行1个周期再生气量与温度随时间的变化曲线如图2所示。

图1　K DN23000型制氮设备分子筛纯化系统部分工艺流程图图2　分子筛吸附器再生气量与温度随时间变化曲线图

图2中再生气量在流程中对应的由FI21201计量,出加热器温度由TIS21204(或TIS21205)测量,分子筛吸附器出口温度由TI21203测量。从图2可以看出,用来再生分子筛的富氧空气量为4700～5000m3/h,再生气出加热器温度在0—4小时时间段内为165℃左右,在4—8小时时间段内加热器停止工作,温度降为10℃。分子筛吸附器出口空气温度在0—5小时时间段内由-12℃逐渐上升至150℃,在5—8小时时间段内逐渐降至12℃。在8小时内,其中的一台分子筛吸附器加热再生好转入到工作状态,另一台开始再生,再生气量和温度的变化与前半周期相同。从以上分析来看,用于分子筛吸附器加热再生的富氧空气温度呈周期性变化,在分子筛吸附器切换时富氧空气量也会有较大幅度的波动。

2　富氧空气集输方案

富氧空气的压力只有01015～0102MPa (G,下同),由于制氮设备与用户相距较远,需要采取相应的集输设施。集输设施有提压、新增气柜和集气包等。从投资、占地面积、经济性及不影响制氮设备正常生产等方面考虑,认为采用集气包方案较为合适。该方案先将富氧空气引入一集气包,然后由压缩机输送到用户。

K DN 23000型制氮设备富氧空气约8500m 3

/h ,

其中约5000m 3

/h 用于给分子筛吸附器加热再生,温度在-12℃～150℃之间呈周期性变化,另外

3500m 3

/h 的富氧空气温度在10℃左右。根据实际需求量提出两个富氧空气的集输方案:①只收集温

度稳定的3500m

3/h 富氧空气;②收集全部8500m 3

/h

富氧空气。211　回收温度稳定的富氧空气(方案一)

把不用来再生分子筛的富氧空气与用来再生的

富氧空气分开,只回收3500m 3

/h 的富氧空气。富氧空气在膨胀机做功后排放压力为01015～0102MPa ,收集富氧空气将造成该压力的升高或降低,升高会影响制氮设备的正常运行,降低可能会使再生气量减少,使电加热器烧毁,同时也会影响分子筛的再生效果。为了保证制氮设备的稳定运行,需要设计一套完善的自控方案。回收流程如图3所示。

图3　回收温度稳定富氧空气集输控制图

V1215—原再生气流量调节阀(压力高放空)　V1216—再生气流量调节阀(压力低关小)

V1217—集气包低压自保阀(压力低打开)　V1218—压缩机出口压力高放空阀

图3中把原流程中的V1214阀设为常闭状态,

在正常生产过程中用V1215阀和V1216阀自动控制富氧空气出制氮设备的压力,使其稳定在01015～0102MPa 。控制过程如下:把PIC 21216压力设定值设为01015～0102MPa ,PIC 21215压力设定值略高于PIC 21216。在分子筛吸附器正常工作过程中再生气量比较稳定,用V1216阀控制再生气量,压力低时关小。当分子筛吸附器切换时,去分子筛吸附器的富氧空气会切断,用V1215阀来调节放空量,压力高打开,防止后路不畅通,造成憋压。这样既不影响制氮设备的正常运行,又保证了进分子筛吸附器再生气流量,也不影响分子筛吸附器的正常工作和再生。

把收集起来的富氧空气用压缩机加压后送往用户,当富氧空气不足时,会使集气包气量不足,入口形成负压。所以集气包应设计为耐压真空罐,防止被抽瘪;同时用V1217阀控制自循环量以避免集气包压力过低。当集气包压力低时,V1217阀打开;压缩机出口压力过高时,由V1218阀自动控制放空量。212　全部回收富氧空气(方案二)据现场所测,用于再生的富氧空气与放空的富氧空气混合后,最高温度可以达到50℃～60℃。也就是说,混合后的富氧空气温度在10℃～60℃之间波动,这对集输设施的要求更高,需要把混合后的温度降至压缩机能够承受的温度,回收流程如图4所示。控制过程如下:仍利用V1215阀和V1216阀自动控制富氧空气出制氮设备的压力在01015～0102MPa 。用于再生的富氧空气在V1216阀之后并入,与放空的富氧空气混合后,进入到冷却器,温度降低到常温再进入集气包,经压缩机加压后送用户。为了防止集输后路出现故障,增设出分子筛吸附器富氧空气放空调节阀V1219,用此阀保证分子筛吸附器后路畅通。