空分装置中有害气体的危害与控制--中国期刊网

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空分装置中有害气体的危害与控制

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张军平

[导读] 摘要：空分装置是我国制造行业中一种主要的装置设备，空分装置和我国的化工企业的发展是相辅相成的。

        新疆庆华能源集团有限公司新疆伊犁 835000
        摘要：空分装置是我国制造行业中一种主要的装置设备，空分装置和我国的化工企业的发展是相辅相成的。随着空分装置对工业气体需求的不断增加，在大型的、高压等方面有了非常重要的进展。但是因为空分装置的发展逐渐加快，其规模和数量都在不断的发展，所以空分装置的安装需求也在不断的增加。空分装置的主要生产原料是空气，空气主要是由氧气、氮气、氩气以及部分稀有气体组成，除了空气中这些主要组分外，还有许多微量有害的物质以及伴随着工业发展排放的微量污染物组成。这些有害物质在生产过程中影响空分设备的正常运行，积累到一定程度以后还会危害到设备的安全运行，引起整个工厂装置设备和人员的安全。因此本文主要就空分装置中有害气体的危害与控制进行分析，并提出一些个人观点，以供参考。
        关键词：空分装置；有害气体；危害控制
        近年来空分装置发生的最重大安全事故之一便是由于微量有害物质的积累引起的主冷的爆炸和带氪氙粗制装置引起的爆炸。但是空气中的微量污染物随着整个国家工业的发展的大环境以及空分装置周边小环境的变化都会发生变化，这种空气中有害物质的源头是不可控的，那么为了保障空分装置的运行安全，我们必须清楚地了解这些有害物质危害的原因以及如何有效控制。
        1、空气中主要有害物质
        空气中主要存在的有害物质有CH4、C2H2等碳氢化合物，CO2、N2O、SO2、H2S等酸性物质和H2O。通常空气中有害组分对装置引起的危害主要是三个方面：（1）引起板式或者主冷堵塞。（2）易燃易爆物质积聚引起爆炸。（3）引起设备腐蚀或者分子筛中毒。此类气体对空分装置的长期运行和安全操作都存在着重大风险，尽量去除这些有害物质，将无法完全去除的组分控制在安全合理范围之内，是我们重点关注的方面。
        2、空分装置在各种气化装置设备中的应用
        2.1固定床间歇气化技术中的应用
        固定床间歇气化技术一般情况下，其气化率是非常低的，并且单炉的产气量是非常少的，此外对环境的污染比较大，因此此项工艺技术正在逐渐的被淘汰，但是我国现在还有一些合成氨气厂在使用固定床间歇气化技术装置。
        2.2流化床技术中的应用
        流化床技术研发的时间相对比较长，但是在一些化工行业企业中，此项装置的使用率并不高，并且越来越少，其主要的原因是因为流化床技术中的放大技术并没有达到相应的标准。
        2.3气流床技术中的应用
        流气床技术的种类比较多，其中包括了壳牌气化技术、德士古水浆气化技术、航天路粉加压化技术以及华东理工大学多喷嘴水浆加压气化技术和第二代清华炉水浆加压技术、鲁奇碎加压连续气化技术等，其中壳牌气化技术主要是对氧气进行蒸汽气化，之后以干粉为进料，把温度提升到1400~1500℃之间，这样就会让碳实现99%的转化，一氧化碳和氢气实现90%的转化率。
        3、针对三类有害物质的具体分析
        3.1第一类有害物质
        目前我们主流的空分装置普遍都是采用的预冷纯化精馏系统。在这种流程中，空气在预冷系统
        的空冷塔中直接与水接触，进行热质交换。预冷系统主要作用是洗涤空气中的有害酸性物质和降低空气进纯化系统的温度以提高分子筛的吸附性能，大部分的酸性物质比如HCL、NH3、SO2等都在空冷塔中被水洗涤下来，只有少量或者微量的会进入到后面纯化系统。这部分酸性物质会与分子筛起反应而使分子筛的晶格发生变化，这种变化是不可逆的，降低了分子筛的吸附能力。其结果是随着时间的延长，分子筛的吸附性能下降，运行周期缩短。分子筛主要的作用就是吸附空气中的水分、CO2及有害杂质。这是空分装置安全运行中最重要的一个保障。分子筛的的使用寿命一般可达7~8年。但在氧化氮及硫化氢等酸性物质含量多的环境下，分子筛的使用寿命只有5年左右，或者更短。我们建议对于运行时间过长的分子筛系统应进行全面评估，并将失效分子筛及时更换，这是保障空分装置安全运行的最基本要求。GB/T36227-2018及欧洲工业气体协会明确对主冷液氧中N2O的含量作出了控制要求，目前空分中常用规格的分子筛（比如13X）不能对N2O完全吸附，目前几大分子筛厂家都有针对吸附N2O的特殊分子筛。如果周边环境比较恶劣或者是后续考虑上稀有气体的空分装置，可以考虑在现有分子筛床层上添加一层针对N2O的特殊分子筛。如果分子筛失效后更换，可以考虑将13X型分子筛更换成新型节能型，能够有效延长分子筛切换周期（4h变6h），更安全，节能效果显著。
        3.2第二类有害物质
        分子筛对有害物质的吸附具有选择性如表1。

        分子筛对一部分有害杂质是完全吸附；有一部分杂质是部分吸附；还有一些物质是完全不吸附。这些完全不吸附的物质以及部分吸附的物质会随着空气进入到后面的精馏系统。
        3.3第三类有害物质
        空气污染物进入精馏系统的有害物质液化点都比较高，会随着精馏过程从下塔液空进入上塔，最后浓缩积聚到主冷。爆炸三要素：（1）助燃介质（氧气）。（2）燃点（主要由固体物析出后，与主冷板式摩擦产生静电引起）。（3）可燃物（碳氢化合物的浓缩积聚）。内压缩由于大量液氧抽出主冷，有害危险杂质积聚的可能性比外压缩大大降低，所以内压缩主冷的安全性远高于外压缩。对于外压缩流程，主冷中液氧不低于1%的安全排放量以及主冷全浸式操作等常规操作规程必须严格遵守。
        4、结语
        液氧贮槽由于大量液氧贮存，随着氧气的排放，这部分液氧中的有害危险杂质也会浓缩，也需要对有害物质进行定期监测。带氩系统的粗氩冷凝器液空中含氧量达到60%左右，其工作环境也与主冷非常相似，但是一般设计都未有碳氢化合物分析。如果空分装置进行改造时，可增加一路分析，定期对其有害成分进行分析。对于主冷及粗氩冷凝器的液位计下阀等部位，增加液位计伴热，防止碳氢化合物等在这些地方积聚，并且在每次空分装置停车大加温的时候，这些位置都应该是加温复热的重点检查部位。如果空分装置建设完成后，周围增加化工或者有害杂质排放的工厂，还应邀请专业厂家对周边空气进行质量检查评估。以分析判断空分装置运行的周边空气质量与当初空分装置设计基础是否偏离过大，是否需要针对目前的具体情况进行调整。
        参考文献：
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        [2]空分装置外挂氩系统试运行总结[J].周小龙，杨妍，张敏.冶金动力.2020（03）
        [3]探究空分装置工艺的特征及其设计准则[J].陈智慧.化工管理.2019（07）
        [4]化工专用空分装置的安全运行管理探讨[J].刘晶.化工设计通讯.2019（05）
        [5]空分装置在石油化工中的应用分析[J].化国，崔仁鲜，巫小元.通用机械.2016（12）