徑向流分子篩使用末期CO2含量超標的處理

長孫峰，高永春

徑向流分子篩使用末期CO2含量超標的處理

長孫峰，高永春

（柳州鋼鐵（集團）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，影響空分安全運行。從工藝設計、分子篩運行參數和設備等方面分析了原因，并采取措施解決了問題。

大型空分設備；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機組空分設備于2012年7月投用，空分設備采用立式徑向流分子篩吸附凈化，自投產以來，設備運行穩定，各項工藝技術指標均表現良好，全部超過設計值。2012年底，空分設備在正常使用4個月后，分子篩在使用末期出現了CO2含量超高的現象，通過調整工藝參數CO2含量得到控制，但由于增大再生溫度和氣量，能耗較高且氧產量也受到一定影響，通過和設計廠家溝通討論，對分子篩設備進行了適當改造，最終徹底解決了分子篩使用后期CO2超標的問題，各項工藝參數也恢復到了設計水平。

2 故障經過

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），后通過適當降低空氣量，提高再生溫度和再生氣量，CO2含量恢復正常。2013年1月1日上午，2#40000 m3/h機組1#、2#分子篩使用末期均出現CO2含量超高的現象，最高值達到了0.87×10-6（如圖1所示）。

圖1 調整前分子篩出口二氧化碳變化曲線

3 原因分析

針對立式徑向流分子篩的特點，2013年1月2日技術部門組織各相關部門對該機組分子篩使用后期CO2含量超高的情況進行討論，并從以下幾方面進行分析：

3.1 儀表顯示不準確

對分子篩在線CO2分析儀進行調校，并使用便攜式水含量分析儀對分子篩后空氣進行化驗分析，含水量均小于5×10-6，可以排除測量儀器問題。

3.2 進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，也可以排除這個原因。

3.3 空冷塔壓力波動大

查看機組運行記錄，近幾個月以來空冷塔壓力一直保持穩定，工況正常。

3.4 吸附劑床層下沉，空氣走短路

2013年1月7日在分子篩泄壓結束后，打開分子篩頂部人孔檢查，發現氧化鋁床層下沉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1#、2#分子篩補充分子篩和氧化鋁。分子篩和氧化鋁裝填后分子篩運行參數有所好轉，但改善不大，說明超標問題不是由于分子篩填料下沉，導致空氣走短路所致。

3.5 臨時的工藝調整

為穩定生產工況，不影響冶煉生產，2013年1月2日至1月31日期間車間根據生產情況，對分子篩運行工況進行了一系列階段性的調整（具體參數如表1所示）。

表1 分子篩工藝參數調整前后對比

（1）降低空壓機排氣壓力，減少空氣量。

（2）降低空氣出空冷塔溫度。

（3）縮短分子篩使用時間周期（具體為加溫時間由72 min減至65 min，冷吹時間由128 min減至107 min，泄壓時間由7 min減至6 min，吹電加熱器的時間由4 min減至2 min，并聯時間由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（每臺電加熱器3個固定組、1個調功組），增加為4臺（1#、3#、4#每臺電加熱器3個固定組、1個調功組，2#電加熱器2個固定組、1個調功組），多投調功柜3組，固定組的報警溫度由200℃提高至220℃，調功組的報警溫度由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口溫度。

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

圖2 調整后分子篩出口二氧化碳變化曲線

3.6 分子篩設備的改造

工藝調整雖然逐步穩定了分子篩使用末期CO2的含量，但相應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，空分機組氧氣產量有所減少，單位氧氣能耗卻有所增加，長期運行，與正常工況相比對機組的經濟效益有較大影響（具體參數對比見表2）。數據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備缺陷。

表2 分子篩工況調整后重要經濟指標對比

4 處理措施

通過與設計廠家溝通和論證，分析得出分子篩吸附器的頂部（分子篩側）可能存在一段吸附死角，再生過程中這段區域氣體排放不暢，有一部分死氣始終停留在這里，導致這部分吸附劑再生不徹底，在使用過程中，當吸附劑飽和時就會析出水分和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2#40000 m3/h機組進行了停機檢修，在兩臺吸附器（MS1201、MS1202）頂部分子篩裝料口，分別加裝一個DN50的蝶閥（如圖3所示）。并規定，在吸附器加溫時，開啟閥門，在吸附器冷吹結束前，關閉閥門，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，技術人員逐步恢復運行工況參數。首先將分子篩再生溫度和壓力逐步恢復到設計值，觀察1周后，使用末期CO2含量沒有變化。接著將空壓機排氣壓力提高至最大值，氧氣產量由40000 m3/h提高至41500 m3/h，所有產品指標均采取最大設計參數生產，經過近1個多月的運行觀察，分子篩使用末期CO2含量均未出現超高情況，指標始終保持穩定，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程，并組態使用DCS正常控制。

5 結束語

分子篩的正常使用對空分生產至關重要，一旦工況異常對空分的工藝參數和能耗影響較大，立式徑向流分子篩在大型空分設備中已陸續使用，它具有占地面積少、壓差小、床層穩定性高等優點，但設備穩定運行是關鍵，像類似情況在兄弟鋼廠中也出現過，通過增加死氣排放閥都得到了很好的解決，改造以后設備運行保持了長期穩定。

[1]湯學忠，顧富民.編制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，2001.

[2]毛紹融，朱朔元，周智勇.現代空分技術與操作原理[M].杭州：杭州出版社，2005.

[3]李化治.制氧技術[M].北京：冶金工業出版社，2009.

[4]李瑞江，陳春燕，吳勇強等.大型徑向反應器中流體均布參數的研究[J].化學工程，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值模擬[J].邊瑾.深冷技術：安裝運轉[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年畢業重慶大學化工學院，工程師，現從事空分生產和管理工作。