單法蘭差壓變送器貯斗置換氣體的回收利用

［摘 要］闡述了采用變壓吸附裝置對(duì)單法蘭差壓變送器貯斗置換排出的氣體進(jìn)行回收利用的工藝流程。該裝置的運(yùn)行達(dá)到了降低產(chǎn)品成本、減少?gòu)U氣排放、保護(hù)環(huán)境、保障生產(chǎn)系統(tǒng)安全環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行的目的。以河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司 30 萬 t /a PVC 計(jì)，回收氣體產(chǎn)生的效益為 268． 5 萬元/a。

 

當(dāng)前，“綠水青山就是金山銀山”的理念已深入人心，企業(yè)在安全生產(chǎn)的同時(shí)，環(huán)保治理也刻不容緩。針對(duì)化工生產(chǎn)“三廢”排放多的特點(diǎn)，如何通過有效途徑做好廢渣、廢氣和廢水的回收再利用，對(duì)有效降低企業(yè)產(chǎn)品成本、減少環(huán)境污染、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力都具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)電石法PVC生產(chǎn)工藝中，單法蘭差壓變送器操作屬間歇性進(jìn)料，為了保證安全，每次向發(fā)生器加1貯斗電石，需使用氮?dú)?體積分?jǐn)?shù)≥99.5%)對(duì)上貯斗內(nèi)殘存的乙炔氣進(jìn)行置換，置換的氣體經(jīng)阻火器排入空氣中，不僅與環(huán)保生產(chǎn)要求不符，也造成了乙炔氣和氮?dú)獾睦速M(fèi)，而且由于乙炔氣的易燃易爆特性，存在重大的安全隱患。因此，采用可靠有效的工藝技術(shù)對(duì)置換氣體中的乙炔氣和氮?dú)膺M(jìn)行回收，可以有效降低產(chǎn)品成本，減少?gòu)U氣排放，對(duì)于保護(hù)環(huán)境、保障生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是非常必要的。

 

1傳統(tǒng)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝

在傳統(tǒng)電石法PVC生產(chǎn)工藝中，濕法乙炔裝置發(fā)生器操作屬間歇進(jìn)料。根據(jù)發(fā)生器設(shè)計(jì)要求，每臺(tái)電石料倉(cāng)內(nèi)的電石需按量分次由稱重皮帶機(jī)稱重后，經(jīng)一道活門進(jìn)入上貯斗備料，再經(jīng)二道活門進(jìn)入下貯斗，操作人員根據(jù)發(fā)生器溫度、液位、壓力調(diào)節(jié)電磁振蕩器電流，使電石不斷進(jìn)入發(fā)生器內(nèi)進(jìn)行水解反應(yīng)。當(dāng)下貯斗內(nèi)電石用完后，操作人員須打開二道活門將上貯斗內(nèi)的電石沉入下貯斗。由于下貯斗壓力大于上貯斗，在沉料過程中，下貯斗內(nèi)的乙炔氣會(huì)通過二道活門進(jìn)入上貯斗。乙炔與空氣混合爆炸范圍是2.3%～81%(體積分?jǐn)?shù))。為了保證安全，必須用純度合格的氮?dú)鈱?duì)上貯斗內(nèi)的乙炔氣進(jìn)行置換，當(dāng)乙炔體積分?jǐn)?shù)≤0.2%時(shí)，方可打開一道活門再次進(jìn)行備料。根據(jù)工藝要求，上貯斗須用氮?dú)庵脫Q5次，這些置換后的混合氣體經(jīng)阻火器排空，既污染環(huán)境，又造成能源浪費(fèi)。通過應(yīng)用“單法蘭差壓變送器貯斗置換氣體回收技術(shù)應(yīng)用”項(xiàng)目，利用變壓吸附技術(shù)將貯斗置換排空氣體中的乙炔氣及氮?dú)膺M(jìn)行分離回用，能有效降低電石消耗，減少?gòu)U氣排放，保障生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

 

2貯斗置換氣體回收工藝流程

單法蘭差壓變送器的貯斗置換排空氣體回收技術(shù)是根據(jù)乙炔氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w在加壓后，吸附劑表面對(duì)不同氣體分子的引力差異，使較強(qiáng)吸附的組分被吸附劑吸附，而弱吸附組分作為凈化氣輸出。在降壓過程中，強(qiáng)吸附組分從吸附劑中解吸，實(shí)現(xiàn)吸附劑再生，從而使混合氣體實(shí)現(xiàn)分離。變壓吸附工藝的循環(huán)過程系物理吸附，在整個(gè)過程中無任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，它包括7個(gè)步驟，即吸附(A)、壓力均衡降(ED)、逆放(D)、抽空(V)、抽空沖洗(VP)、壓力均衡升(EＲ)及#終升壓(FＲ)。

河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司將30萬t/aPVC乙炔裝置9臺(tái)發(fā)生器貯斗置換排出的氣體全部收集后，采用變壓吸附工藝進(jìn)行分離、回收、利用。各單法蘭差壓變送器貯斗的置換氣體在常溫、常壓下進(jìn)入貯氣囊緩沖后，送入水洗塔水洗除塵，洗滌除塵后的氣體經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)加壓到約0.1MPa，再經(jīng)過冷凝器冷卻后，進(jìn)入原料氣緩沖罐緩沖，然后進(jìn)入乙炔回收系統(tǒng)。乙炔氣等吸附能力較強(qiáng)的組分被吸附劑吸附，氮?dú)庥晌�附塔出口處排出，作為凈化氣回收利用。被吸附的乙炔氣體在逆放和抽空階段解吸出來，作為產(chǎn)品氣輸出，送到乙炔氣柜回收利用，氮?dú)廨斔椭岭娛�破碎工序的電石筒倉(cāng)作為保護(hù)性氣體繼續(xù)使用。單法蘭差壓變送器貯斗置換氣體回收工藝流程見圖1。

 

3裝置主要技術(shù)指標(biāo)

原料氣:單法蘭差壓變送器貯斗的置換排空氣，輸入壓力為常壓，輸入溫度為常溫;產(chǎn)品氣:富含乙炔氣，輸出壓力為10～20kPa，輸出溫度為常溫，含氧體積分?jǐn)?shù)為≤1.0%;排放氣:乙炔體積分?jǐn)?shù)≤0.1%，排放溫度為常溫，吸附壓力為0.1MPa左右。

 

 

4變壓吸附裝置控制系統(tǒng)

4.1裝置自動(dòng)切換系統(tǒng)

4.1.1裝置可實(shí)現(xiàn)的切換方式

回收裝置主流程為5塔工藝(以下簡(jiǎn)寫為5V)，當(dāng)某一臺(tái)凈化器上的程控閥因外部元件故障(主要指電磁閥、二位五通閥及控制線路故障等)導(dǎo)致程控閥不能正常開關(guān)時(shí)，程序可手動(dòng)由5V切換為4塔工藝(以下簡(jiǎn)寫為4V)運(yùn)行，故障處理完畢后，再手動(dòng)由4V切回5V，裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。5V只有一種運(yùn)行方式，而4V有5種運(yùn)行方式，見表1。

 

 

4.1.2運(yùn)行方式切換說明

(1)當(dāng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，該切換系統(tǒng)在保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行，保證產(chǎn)品要求的前提下，將余下的凈化器重新組合，連續(xù)向后續(xù)工段送出合格的產(chǎn)品氣。

        (2)5V切換4V為手動(dòng)模式，是指由操作人員根據(jù)故障發(fā)出切換指令后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)找出#近的部位切出。

(3)在程序切換的過程中，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇合適的時(shí)間和步驟完成切換操作，wuxu操作人員干預(yù)，同時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì)報(bào)警，提醒操作人員處理故障。當(dāng)故障處理完畢后，再恢復(fù)主流程運(yùn)行。

(4)5V、4V均各自有相對(duì)應(yīng)的時(shí)序和時(shí)間參數(shù)儲(chǔ)存在DCS中，當(dāng)程序在各種運(yùn)行方式間切換時(shí)，各部位的時(shí)間設(shè)定值會(huì)相應(yīng)更換。

(5)程序切換后，切除的凈化器所有閥門shou先處于關(guān)閉狀態(tài)，但可以進(jìn)行手動(dòng)開關(guān)，并作出相應(yīng)提示。由4V切回5V時(shí)，當(dāng)切換指令確認(rèn)后，程序會(huì)自動(dòng)將切入吸附器所有程控閥關(guān)閉，滿足切換壓力條件后，等待程序在適當(dāng)部位切入。

 

4.2裝置自調(diào)整控制系統(tǒng)

回收裝置設(shè)置了自調(diào)整控制系統(tǒng)，當(dāng)該系統(tǒng)投用時(shí)，計(jì)算機(jī)可依據(jù)事先設(shè)定的某工況下的#佳操作條件，根據(jù)原料氣組成、流量、壓力的變化，自動(dòng)調(diào)整吸附時(shí)間，而吸附時(shí)間變化后又會(huì)自動(dòng)改變終充調(diào)節(jié)閥的給定值，讓終充調(diào)節(jié)閥在新的時(shí)間條件下自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到終充壓力在終充步驟結(jié)束時(shí)剛好到位。該系統(tǒng)的運(yùn)用可保證裝置在原料工況變化時(shí)仍能優(yōu)化、穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到#佳運(yùn)行效果。

4.3工藝過程參數(shù)檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

變壓吸附工藝是靠周期性地切換程控閥門來實(shí)現(xiàn)的，為了使整個(gè)工藝過程能連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，要求自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較高的水平。由于變壓吸附裝置受發(fā)生器工況的影響，使得原料氣和凈化氣流量、原料氣組成和壓力、解吸氣的氧含量及壓力、洗滌水流量計(jì)液位等可能存在一定的波動(dòng)，為了保證裝置正常、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，回收裝置設(shè)置以下過程控制、調(diào)節(jié)和參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)。

 

4.3.1原料氣、凈化氣流量計(jì)量系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于檢測(cè)、指示和記錄原料氣及凈化氣的流量，反映裝置的處理能力及生產(chǎn)效率，為經(jīng)濟(jì)核算提供依據(jù)。流量計(jì)量系統(tǒng)采用了壓力和溫度補(bǔ)償以提高計(jì)量的準(zhǔn)確性，壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償是將壓力遠(yuǎn)傳和溫度遠(yuǎn)傳的采樣信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)自行計(jì)算補(bǔ)償。

4.3.2洗滌水流量計(jì)量系統(tǒng)該系統(tǒng)用于檢測(cè)、指示和記錄洗滌水的流量，保證原料氣的洗滌效果。

4.3.3終充流量手操控制系統(tǒng)在終充時(shí)間內(nèi)，該回路能保證終充流量基本恒定，并保證在終充結(jié)束時(shí)凈化器壓力接近吸附壓力，以防止吸附壓力出現(xiàn)較大的波動(dòng)。

4.3.4沖洗流量手操控制系統(tǒng)在沖洗時(shí)間內(nèi)，該回路能保證沖洗流量基本恒定，以防止吸附壓力較大的波動(dòng)。

4.3.5凈化器工作壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)及報(bào)警系統(tǒng)為了保證凈化器吸附工作壓力的穩(wěn)定而設(shè)置了此調(diào)節(jié)回路。當(dāng)任一塔處于#終升壓步驟時(shí)，由于升壓使用的是凈化氣，此時(shí)如果凈化氣輸出量不變，就會(huì)造成處于吸附步驟的凈化器壓力下降而影響吸附效果。因此必須及時(shí)調(diào)整閥門PV－102開度，改變凈化氣輸出量，使處于吸附狀態(tài)的凈化器壓力穩(wěn)定在給定值上，以保證吸附壓力的穩(wěn)定。當(dāng)程控系統(tǒng)失控導(dǎo)致凈化器壓力低于給定值時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員注意并盡快找出問題所在。

4.3.6水洗塔液位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為保證液位平穩(wěn)而設(shè)置此調(diào)節(jié)回路，通過調(diào)節(jié)閥LV－101對(duì)新鮮水補(bǔ)充調(diào)節(jié)后，可以減小水洗塔液位波動(dòng)，保證水泵平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

4.3.7貯氣囊高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)該回路的設(shè)置能夠保證貯氣囊高度處于正常范圍內(nèi)，當(dāng)貯氣囊高度低于或者高于正常范圍時(shí)，通過及時(shí)調(diào)節(jié)閥門PV－101的開度，能夠保證貯氣囊高度處于合理范圍內(nèi)，保證裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3.8凈化器壓力指示記錄系統(tǒng)5臺(tái)凈化器的工作壓力分別通過壓力變送器將信號(hào)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行指示和記錄，壓力變化曲線能完整地反映出5個(gè)塔的運(yùn)行情況，同時(shí)，運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常情況也可以由壓力曲線中表征出來，從而為分析故障提供依據(jù)。

4.3.9原料氣安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)本回收裝置原料氣輸入管路上配置了一套氧含量在線分析和一套壓力檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)、監(jiān)控原料氣中氧氣含量和壓力，方便操作人員對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)檢測(cè)到原料氣中氧氣含量或壓力高于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并自動(dòng)關(guān)閉程控閥門KV－109，打開程控閥門KV－111，原料氣自動(dòng)放空;低于設(shè)定值時(shí)，則自動(dòng)關(guān)閉程控閥門KV－111，打開程控閥門KV－109，原料氣進(jìn)入回收系統(tǒng)。

4.3.10產(chǎn)品氣安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在回收裝置中，產(chǎn)品氣輸出管路上配置了一套氧含量在線分析和一套壓力檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)、監(jiān)控產(chǎn)品氣中氧氣含量和壓力，方便操作人員對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)檢測(cè)到產(chǎn)品氣中氧氣含量或壓力高于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并關(guān)閉程控閥門KV－110，打開程控閥門KV－112，產(chǎn)品氣自動(dòng)放空;低于設(shè)定值時(shí)，則自動(dòng)關(guān)閉程控閥門KV－112，打開程控閥門KV－110，產(chǎn)品氣回收利用。

4.3.11貯氣囊高度報(bào)警系統(tǒng)原料氣的緩沖氣囊高度設(shè)置了紅外監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)氣囊高度不在正常高度范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，并提示操作人員盡快找出問題所在。

4.3.12KS－101系統(tǒng)根據(jù)變壓吸附的特點(diǎn)，本裝置配置了一套程序切換自動(dòng)控制系統(tǒng)來控制程序控制閥門的動(dòng)作，該系統(tǒng)由一套PLC控制系統(tǒng)、一系列電磁閥、氣動(dòng)程控閥等組成。

 

5經(jīng)濟(jì)效益

(1)裝置運(yùn)行費(fèi)用。

全套回收裝置的固定資產(chǎn)投資費(fèi)用為270萬元，按固定資產(chǎn)的折舊時(shí)間15年、殘值率5%計(jì)算，則每年的折舊費(fèi)用為17.1萬元;裝置全年運(yùn)行動(dòng)力耗電量為56.5萬kW·h，電價(jià)按0.54元/(kW·h)計(jì)算，則全年電費(fèi)為30.5萬元;每年設(shè)備維護(hù)及維修費(fèi)用估算10萬元。裝置每年運(yùn)行費(fèi)用:17.1+30.5+10=57.6(萬元)。

(2)裝置收益。

30萬t/a乙炔裝置正常生產(chǎn)時(shí)，進(jìn)入吸附裝置的原料氣約為224.64m3/h，可回收乙炔氣量為56.1m3/h，回收的氮?dú)饬考s為168.54m3/h�；厥諝怏w中的乙炔平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，裝置全年運(yùn)行時(shí)間8700h，電石發(fā)氣量為295L/kg，電石單價(jià)3000元/t，氮?dú)鈫蝺r(jià)0.87元/m3，則每年回收乙炔氣效益為56.1×8700×40%÷295×3000=198.5(萬元)，回收氮?dú)庑б鏋?68.54×8700×0.87=127.6(萬元)。

裝置每年實(shí)際收益:198.5+127.6－57.6=268.5(萬元)。

 

6結(jié)語

貯斗置換氣體回收技術(shù)于2017年5月投入運(yùn)行，自投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司是河南省氯堿行業(yè)地衣家采用此生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，而氮?dú)獾幕厥绽�用為全�?guó)shou家。該技術(shù)在減少?gòu)U氣排放、降低電石消耗、穩(wěn)定系統(tǒng)安全等方面效益顯著，有利于促進(jìn)企業(yè)環(huán)保生產(chǎn)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為國(guó)內(nèi)lingxian技術(shù)，在同行業(yè)具有廣泛的推廣價(jià)值。