东华C2+操作手册0203.docx
- 文档编号:28902029
- 上传时间:2023-07-20
- 格式:DOCX
- 页数:67
- 大小:156.13KB
东华C2+操作手册0203.docx
《东华C2+操作手册0203.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《东华C2+操作手册0203.docx(67页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
东华C2+操作手册0203
华电榆横万吨级甲醇制芳烃工业试验项目
PSA装置
操作运行说明书
成都天蓝化工科技有限责任公司
二〇一二年二月
四川·成都
第一章 前言3
第二章 变压吸附工作原理4
2.1变压吸附分离技术的基本原理4
2.2变压吸附关键设备简介7
2.2.1专用吸附剂的选择7
2.2.2自动控制系统及仪器仪表7
2.2.3吸附塔结构7
第三章 装置的概况9
3.1装置名称9
3.2装置规模9
3.3原料气数据9
3.4产品气要求9
3.5公用工程消耗9
3.6流程框图与物料平衡10
第四章 工艺原理及工艺说明12
4.1工艺原理12
4.2工艺流程12
4.3工艺运行程序14
4.3.18-2-4/V运行程序14
4.3.27-2-3/V运行程序19
第五章 主要操作参数22
5.1主要操作参数22
5.2操作时间设定23
第六章 自动控制系统及工艺过程参数调节系统25
6.1自动控制及调节系统25
6.2操作专用术语解释28
第七章装置的启动和停车29
7.1初次开车前的准备工作29
7.2投料启动30
7.3正常运行调节32
7.3.1吸附压力32
7.3.2均压时间32
7.3.3终充流量32
7.3.4顺放流量32
7.3.5产品输出32
7.3.6吸附时间和产品纯度32
7.4停车33
7.5停车后再启动35
第八章故障与处理方法36
8.1界外条件供给失常36
8.2操作失调36
8.3装置故障37
8.4产品纯度从不合格状态到合格状态的调整方法38
第九章安全技术39
9.1概述39
9.2氢气39
9.3一氧化碳41
9.4甲烷42
9.5氮气44
9.6安全生产基本注意事项44
第十章吸附剂装填方案46
10.1吸附剂装填说明书46
10.2设备结构简介46
10.3装填前的准备工作47
10.4装填和使用过程注意事项49
10.5装填参数表50
第一章 前言
本手册是专门为华电榆横煤化工有限公司甲醇制芳烃工业试验项目干气回收浓缩C2+组分PSA装置而编写的,用于指导操作人员的原始开车和正常运行。
本手册是按设计条件编写的操作方法及操作参数,在偏离设计条件不大的情况下,操作人员均不应违反工业生产中普遍遵循的安全规则和惯例。
在启动和操作运行本装置之前,操作人员需认真阅读本手册。
因为不当的操作会影响装置的正常运行,影响产品质量,导致生产受影响,甚至发生事故,危及人身及装置安全。
除专门标注外,本操作运行说明书中涉及的压力为表压。
组份浓度为体积百分数。
流量为标准状态(760mmHg,273K)下的体积流量。
第二章 变压吸附工作原理
2.1变压吸附分离技术的基本原理
吸附现象早已被人类所知,但是吸附作为一种分离技术,在工业上被大规模采用,还是近几十年的事情。
吸附技术早期的应用是用于工业气体的干燥和净化。
六十年代初,这项技术成功用于氢气的分离提纯,奠定了吸附分离技术大规模工业化的基础。
目前变压吸附技术已在世界范围内成为提纯氢气的主要分离方法,并成功用于二氧化碳、一氧化碳、氮气、氧气、甲烷等气体的分离提纯和其它工业气体的净化。
吸附分离技术作为化工单元过程,正在迅速发展成为一门独立的学科,在石油化工、化学工业、冶金工业、电子、国防、医药、轻工、农业以及环境保护等行业,得到了越来越广泛的应用。
变压吸附技术已成为气体化合物分离和提纯的重要手段。
研究发现,一些具有发达微孔结构的固体材料对流体分子具有吸附作用,这类吸附材料被称为吸附剂。
当流体分子与固体吸附剂接触后,吸附作用随即会发生。
吸附的结果导致被吸附的分子在流体中和在吸附剂表面呈现不同的浓度分布,被吸附的分子在吸附剂表面和微孔中得到富集。
不同的分子在吸附剂上呈现不同的吸附特性。
外界条件如流体温度、流体浓度(压力)会直接影响分子的吸附特性。
利用不同分子在吸附剂上吸附特性的差异,通过改变压力或温度的方式可以实现混合物的分离和提纯。
变压吸附过程在一定压力下进行吸附,在低压下进行解吸。
由于吸附循环周期短,吸附热来不及散失,可供解吸之用,所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大,吸附过程可近似看做等温过程。
解吸过程
1、放压:
吸附床在一定压力下完成吸附过程后,通过放压方式(通常降至接近大气压),使被吸附组份解吸出来。
采用自然放压方式,放压程度有限,被吸附组份不能充分解吸,吸附剂再生不完全。
2、抽真空:
吸附床降到大气压后,为了进一步减小被吸附组份的分压,可用抽空的方法来进一步降低吸附床压力至真空状态,使被吸附组份充分解吸。
3、冲洗:
利用纯净的产品气或者其它适当的气体冲洗吸附床,以减小被吸附组份的分压而使之充分解吸,从而达到吸附剂再生的目的。
4、加温:
对于一些吸附性很强的组份,在低分压下有仍具有强烈的吸附作用,通过降低分压难以解吸,这时需要采用加热方式进行解吸,这就是所谓变温吸附分离过程。
通常在变压吸附过程中根据被分离的气体混合物各组份性质、产品要求、吸附剂的特性以及操作条件来选择几种上述的再生方法配合实施的。
图1 吸附和解吸示意图
气体流出物
H2富集区
Ar、O2、N2富集区
气体组份的流出顺序是:
H2、Ar、O2、N2、CO、CH4、CO2、H2O
CO富集区
固定吸附床,装填有一种或多种吸附剂
CH4富集区
CO2富集区
C2+富集区
气体混合物(H2、N2、CO、CH4、CO2、H2O)
图2.气体混合物吸附分离示意图
如图1和图2所示,气体混合物的吸附分离是在固定吸附床中实现的。
把一种或多种吸附剂充填在吸附床中,当混合气体在一定压力下进入吸附床后,由于气体组份存在吸附特性差异,不同的组份在吸附床的不同位置形成吸附富集区,最强吸附组份(H2O、C2+和CO2)富集于吸附床的人口端,最弱吸附组份(H2)富集于吸附床出口端,其余组份的富集区以吸附性强弱差异分布于吸附床中部。
随着混合气体不断进入吸附床,各组份的富集区不断发生变化,强吸附组份的富集区逐渐扩大,同时发生“顶替效应”,弱吸附组份的富集区被强吸附组份占据而逐渐缩小。
H2的吸附性最弱,在吸附床的出口端首先流出。
其余组份由弱到强依次流出,我们可以控制流出时间得到不同浓度的流出物。
在O2、N2流出之前得到的流出物是纯度较高的H2,这样便可以实现H2的分离提纯。
H2O和C2+吸附性最强,最后流出。
C2+流出后,C2+的富集区几乎充满整个吸附床,通过放压和抽真空的方式,使吸附床中富集的C2+解吸并回收,便可以实现C2+与其它气体组份的分离。
图3.强吸附组份(C2+)流出曲线
吸附性最弱和最强的组份较容易分离,可以一步完成。
当吸附时间为t1时,可以从吸附流出物中得到净化度较高的H2、O2、N2、CO。
当吸附时间为t3时,可以从解吸物得到富集的C2+。
要分离不同的气体混合物,提纯不同的气体组份,需要根据混合物的组成,选择不同的吸附剂。
为了有效地实现气体吸附分离净化,除了吸附剂要有良好的吸附性能外,吸附剂的再生过程非常重要。
吸附剂对气体组份的吸附量是有限的,当吸附达到饱和后,其吸附性能将下降甚至失去,所谓吸附剂的再生,是使吸附剂重新恢复吸附性能的过程。
吸附剂的再生程度影响产品的纯度,也影响吸附剂的吸附能力。
因此选择合适的再生方法,对吸附分离技术的工业化起着重要的作用。
吸附剂的再生通常采用分压、冲洗、抽真空方式,有时需要几中方式配合使用,以得到良好的再生效果。
2.2变压吸附关键设备简介
2.2.1专用吸附剂的选择
工业上常用的吸附材料有:
硅胶类、氧化铝类、活性炭类、分子筛类等吸附剂;另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的特殊吸附材料。
吸附剂对各气体组分的吸附性能是通过实验测定静态下的等温吸附线和动态下的穿透曲线来评价的。
吸附剂的良好吸附和解吸性能是吸附分离过程的基本条件。
在变压吸附过程中吸附剂的选择还要考虑解决吸附和解吸之间的矛盾。
一方面吸附剂对吸附介质应有较大的吸附量,同时被吸附的吸附相介质应易于解吸。
选择吸附剂的另一要点是组分间的分离系数尽可能大。
气体组份的分离系数越大,分离越容易,得到的产品纯度越高。
在吸附过程中由于床内压力呈周期性变化,气体在短时间内进入或排出吸附床层,吸附剂要经受气流频繁的冲刷,要求所选用的吸附剂应有足够的强度,以减少破碎和磨损。
分离组成复杂、类别较多的气体混合物,常需要选用几种吸附剂,这些吸附剂可按吸附分离性能依次分层装填在同一吸附床内,有的情况也可分别装填在几个吸附床内。
正是由于以上几种原因,变压吸附工艺对吸附剂具有特殊的要求,因此,我们将用变压吸附工艺的吸附剂称之为专用吸附剂。
2.2.2自动控制系统及仪器仪表
由于变压吸附装置程控阀门多,程控阀门切换时间短,动作频繁,人工无法操作,以及装置本身工艺的特殊性,即吸附过程连续、降压解吸再生过程压力有较大幅度扰动和装置防爆要求等,故工艺对自动化程度要求较高。
控制系统在变压吸附装置中,起着至关重要的作用,并有其特殊性,因此,需要不断进行控制系统的选型、开发和设计优化工作,为便于操作工人实际操作,并将二次开发的软件全部配以汉字文字说明。
根据变压吸附工艺的特点,应用微机自控专家诊断多塔自动任意切换系统和自适应专家优化控制系统,效果良好。
2.2.3吸附塔结构
随着变压吸附技术在更加广泛的领域应用,处理能力越来越大,对吸附塔的制造和气流分布就更加重要。
其中最重要的是吸附塔气流分布的设计,当吸附塔直径较小时,气流分布的设计对其影响相对较小,当吸附塔直径较大时,气流分布的设计对其影响相对较大,会出现气体偏流等现象,直接造成气流通过床层时,部分吸附剂未能得到应用,降低了装置的使用效率,同时也降低了产品的回收率。
第三章 装置的概况
3.1装置名称
变压吸附回收干气中C2+装置
3.2装置规模
原料气处理能力:
1946.00Nm3/h
操作弹性:
50~120%
3.3原料气数据
原料气:
压力1.18MPa(G),温度30℃。
表3-1
项目
N2
CO
H2
CH4
C2及以上
苯类
合计
V%
12.23
1.00
45.60
9.33
31.82
0.02
Nm3/h
238.00
19.42
887.43
181.56
619.22
0.37
1946.00
3.4产品气要求
(1)产品气质量:
C2H4+C2H6+C3H6+C3H8纯度:
≧95%
(2)C2+回收率:
≧90%
(3)产品气压力:
≧0.60MPa(G)
(4)吸附尾气压力:
≦0.20MPa(G)
(5)顺放气压力:
~0.02MPa(G)
3.5公用工程消耗
公用工程消耗见下表
表3-2
序号
项目名称
规格
使用情况
单位
小时消耗
备注
1
电
220V、50HZ
连续
KWH
5
含仪表及照明
380V、50HZ
连续
KWH
24
真空泵
2
仪表空气
0.4-0.6MPa,dp-20℃
连续
Nm3
40
程控阀和调节仪表
3
冷却水
0.3~0.4Mpa、≤32℃
连续
t
1.2
4
置换用氮气
99.5%mol%
O20.5mol%
间断
Nm3
100
开车初期使用数小时
3.6流程框图与物料平衡
④吸附尾气
本装置界区自原料气的第一个截止阀起,到产品气和吸附气输出的最后一个阀门止。
流程框图:
PSA-C2H4系统
真空泵及压缩机
②产品气
①原料气
①
④虚线框内为装置界区。
物料平衡:
本装置物料平衡见表3-3。
其中:
原料气输入量1946.00Nm3/h;产出成品气~585.18Nm3/h(其中C2+C3含量>95%),装置C2+C3收率为90%。
表3-3物料平衡表
气流名称
单
组分
合计
位
N2
CO
H2
CH4
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
苯类
①原料气
v%
12.23
1.00
45.60
9.33
4.58
17.14
1.50
8.60
0.02
100.00
Nm3/h
238.00
19.42
887.43
181.56
89.13
333.54
29.19
167.36
0.37
1946.00
④吸附尾气
v%
17.20
1.33
70.19
10.93
0.05
0.19
0.02
0.09
0.00
100.00
Nm3/h
214.20
16.51
874.12
136.17
0.62
2.33
0.20
1.17
0.00
1245.33
②产品C2气
v%
2.44
0.18
0.59
1.55
13.71
51.30
4.49
25.74
0.06
100.00
Nm3/h
14.28
1.07
3.46
9.08
80.21
300.19
26.27
150.62
0.36
585.18
③顺放气
v%
8.27
1.60
8.56
31.54
7.20
26.95
2.36
13.52
0.01
100.00
Nm3/h
9.52
1.85
9.85
36.31
8.29
31.02
2.71
15.56
0.01
115.11
第四章 工艺原理及工艺说明
4.1工艺原理
基本原理是利用吸附剂对不同的吸附质的选择吸附特性和吸附能力随压力变化而呈现差异的特性,实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。
在本装置中,吸附剂在常温和一定压力(1.18MPa)的状态下选择性地吸附干气中C2+等强吸附组份,其它未被吸附或少量吸附的组份如H2、O2、CO、CH4等从气相中排出,使干气组分得到了分离。
在降压时(-0.07MPa)状态下,吸附剂吸附的C2+解吸并同时得到C2+产品,吸附剂也得到了再生。
由于吸附过程是物理吸附,在不违反操作条件的原则下,吸附剂可以反复循环使用,其使用寿命可达十年。
4.2工艺流程
工艺流程图参见图201105-600-041B-04,PSA工段管道及仪表流程图。
工艺流程简述如下:
原料气在压力1.18MPa(G)、温度~30℃下引入本界区,进入PSA系统。
PSA系统采用8-2-4/V流程,即:
系统由八塔组成、2塔进料、4次均压、抽空解吸工艺。
在变压吸附系统中,任一时刻总有2台吸附塔处于吸附步骤,由入口端(KV6001程控阀)通入原料气,在出口端(KV6002程控阀)输出吸附穿透气,吸附压力由压力调节系统PIRCA-6003控制。
其余各吸附塔则处于再生的不同阶段。
每台吸附塔依次经历:
吸附(A)、第1级压力均衡降(1D)、第2级压力均衡降(2D)、第3级压力均衡降(3D)、第4级压力均衡降(4D)、顺放(PP)、抽空(V)、第4级压力均衡升(4R)、第3级压力均衡升(3R)、第2级压力均衡升(2R)、第1级压力均衡升(1R)、最终升压(FR)等12个步骤。
各个吸附塔按照设定的时间顺序循环操作,吸附穿透气从吸附塔顶部连续输出,经过减压后在~0.2MPa(G)压力下送出。
抽空步骤的解吸气即为提浓的C2+气,经缓冲罐后~0.02MPa(G)送产品气压缩机加压。
加压后的产品气体经过压力调节系统稳压~0.62MPa(G)送出界区。
吸附塔的再生过程分为三个方式进行:
1、均压降(ED):
其目的是回收死空间内有效气体;
2、顺放(PP):
提高床层内C2+的浓度;
3、抽空(V):
获得大部分产品C2+,吸附剂得到完全解吸。
当吸附塔吸附饱和后停止吸附操作,首先通过程控阀KV6003和管道PG6011将吸附塔压力进行1次压力均衡将;随即通过程控阀KV6004以及管道PG6012进行2、3、4次压力均衡;4次均压后,吸附塔压力降至~0.25MPa(G),然后经KV6005程控阀、HV6002调节阀、PG6009管道进行顺向放压(PP);顺放的主要目的是提高床层中C2+浓度,顺放末期压力的调节将直接影响床层的C2+浓度,在实际操作过程中,压差的调节(即调节阀HV6002开度的设置)必须结合产品气C2+的浓度进行实施。
顺放结束吸附塔压力降至0.02~0.03MPa(G),然后通过抽真空方式继续对吸附床层进行降压,即抽空(V)。
通过程控阀KV6006、管道PG6008、真空泵P601将床层压力降至-0.08MPa。
抽出的产品C2+通过管道PG6014、冷却器E601、管道PG6015进入产品C2+气体缓冲罐(V601),同时吸附剂得到了完全再生。
缓冲罐(V601)内的产品C2+气,经过压缩机(K601)加压、除油罐(V601)净化、调节阀PV6005稳压~0.62MPa后送出界区。
为了进行下一次吸附操作,对吸附床层逐级进行4次均压升过程,利用另一个塔的均压降的气体对该塔进行升压;然后通过终充调节系统HV6001、程控阀KV6003利用吸附尾气对吸附塔进行充压,将吸附塔压力充至吸附压力或接近吸附压力。
至此,吸附塔又可进行下一次循环吸附操作。
4.3工艺运行程序
为了保证装置运行连续可靠,在本工艺方案中,专门设置了故障切换功能,当
其中一个吸附塔出现故障时,可以进行任意切换,即由8-2-4/V切换至7-2-3/V运行,现对8-2-4/V运行程序进行说明。
4.3.18-2-4/V运行程序
本系统由49个程控切换阀来实现计算机所设定的工艺步骤。
其编号和作用如下:
KV---60ⅰⅹ
8-2-4/V工艺运行是8塔在线、2塔同时吸附、4次均压、抽空的变压吸附工艺。
每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附(A)、第1级压力均衡降(E1D)、第2级压力均衡降(E2D)、第3级压力均衡降(E3D)、第4级压力均衡降(E4D)、顺放(PP)、抽空(V)、第4级压力均衡升(E4R)、第3级压力均衡升(E3R)、第2级压力均衡升(E2R)、第1级压力均衡升(E1R)、最终升压(FR)等12个步骤,8个吸附塔在执行程序的安排上相互错开,构成一个闭路循环,以保证原料连续输入和产品不断输出。
现以A塔为例进行说明:
1)吸附(A)
开启阀KV6001A、KV6002A
开启原料气进口阀KV6001A,原料气由下而上通过吸附床层,高沸点和分子量大的组份,如:
C2+、H2O等强吸附组份被吸附吸附剂,吸附尾气经出口阀KV6002A输出,吸附压力调节系统PIRCA-6003稳定吸附压力,吸附尾气经减压阀SV6005减压后输出界区,送入火炬气管网。
吸附步骤结束后,关闭阀KV6001A、KV6002A。
2)第1均压降(E1D)
开启阀KV6003A、KV6003D
当吸附床层吸附完成后,关闭阀KV6001A、KV6002A。
开启阀KV6003A和阀KV6003D,A吸附塔内气体顺着吸附的方向经阀KV6003A、KV6003D与D吸附塔进行压力均衡,当A、D两塔压力达到平衡后吸附塔压力降到0.95MPa,关闭阀KV6003A、KV6003D。
1均时,终充调节阀HV6001受程控信号控制,自动关闭。
3)第2均压降(E2D)
开启阀KV6004A、KV6004E
当E1D完成后,关闭阀KV6003A、KV6003D。
开启阀KV6004A和阀KV6004E,A吸附塔内气体顺着吸附的方向经阀KV6004A、KV6004E与E吸附塔进行压力均衡,当A、E两塔压力达到平衡后吸附塔压力降到0.72MPa,关闭阀KV6004E,而程控阀KV6004A则继续开启。
4)第3均压降(E3D)
开启阀KV6004A、KV6004F
当E2D完成后,关闭阀KV6004E。
开启阀KV6004F,A吸附塔内气体顺着吸附的方向经阀KV6004A、KV6004F与F吸附塔进行压力均衡,当A、F两塔压力达到平衡后吸附塔压力降到0.48MPa,关闭阀KV6004F,而程控阀KV6004A则继续开启。
5)第4均压降(E4D)
开启阀KV6004A、KV6004G
当E3D完成后,关闭阀KV6004F。
开启阀KV6004G,A吸附塔内气体顺着吸附的方向经阀KV6004A、KV6004G与G吸附塔进行压力均衡,当A、G两塔压力达到平衡后,关闭阀KV6004G、KV6004A。
经过4次均压降,吸附塔压力降到~0.25MPa。
6)顺放(PP)
开启阀KV6005A
为了提高床层C2+浓度,开启阀KV6005A,床层内气体顺着吸附方向,经顺放调节系统HV-6002排放至火炬气管网。
当床层压降达到某一规定值(0.04~0.02MPa)以后,停止该步骤,关闭阀KV6005A。
通过以上步骤后,吸附床层内产品C2+浓度已达到质量要求,此时,吸附剂得到了部分解吸。
7)抽空(V)
开启阀KV6006A
顺放步骤结束后,关闭KV6005A,开启阀KV6006A。
通过真空泵对吸附塔抽空,使床层压力进一步下降,吸附剂吸附的C2+组份通过真空泵抽出,同时吸附剂得到了完全再生。
该步骤结束后吸附塔压力降到约-0.07MPa,关闭阀KV6006A。
8)第4均压升(E4R)
开启阀KV6004A、KV6004C
抽空步骤结束后,关闭阀KV6006A,开启阀KV6004A、KV6004C,将A、C吸附塔出口端相连,进行压力均衡。
当压力达到平衡后吸附塔压力升到0.25MPa,该步骤停止,关闭阀KV6004C,而阀KV6004A仍开启。
9)第3均压升(E3R)
开启阀KV6004A、KV6004D
当E4R步骤结束后,关闭阀KV6004C,开启阀KV6004A、KV6004D,将A、D吸附塔出口端相连,进行压力均衡。
当压力达到平衡后吸附塔压力升到0.48MPa,该步骤停止,关闭阀KV6004D,而阀KV6004A仍开启。
10)第2均压升(E2R)
开启阀KV6004A、KV6004E
当E3R步骤结束后,关闭阀KV6004D,开启阀KV6004A、KV6004E,将A、E吸附塔出口端相连,进行压力均衡。
当压力达到平衡后吸附塔压力升到0.72MPa,该步骤停止,关闭阀KV6004E、KV6004A。
11)第1均压升(E1R)
开启阀KV6003A、KV6003F
E2R步骤结束后,关闭阀KV6004E、KV6004A,开启阀KV6003A、KV6003F,将A、F吸附塔出口端相连,进行压力均衡。
当压力达到平衡后吸附塔压力升到0.95MPa,该步骤停止,关闭阀KV6003F,而阀KV6003A仍开启。
在执行E1R步骤时,终充调节系统HV-6001受程控信号控制,自动关闭。
12)终充(FR)
开
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 东华 C2 操作手册 0203