高壓儲氣瓶在煤化工企業(yè)的設(shè)計應(yīng)用
作者:胡筱瑗 張元榮 林萍 馬鴻敬
評論: 更新日期:2016年09月05日
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1 概述
山東棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司柴里煤礦15×104t/a粗苯加氫精制裝置及變壓吸附(PSA)制氫工藝裝置生產(chǎn)時,粗苯加氫精制裝置使用的進(jìn)口催化劑價格昂貴,整套工藝裝置生產(chǎn)需要有計劃、有順序、連續(xù)、平穩(wěn)運(yùn)行。工藝流程是:來自甲醇生產(chǎn)車間的甲醇弛放氣首先進(jìn)入PSA制氫工藝裝置制取氫氣,然后再把氫氣送入粗苯加氫精制裝置生產(chǎn)精苯。PSA制氫工藝裝置原料氣甲醇弛放氣來自2km以外的甲醇生產(chǎn)車間,一旦甲醇弛放氣供氣中斷,即意味著氫氣供應(yīng)中斷,粗苯加氫精制工藝裝置突然停車,將造成催化劑失效,損失嚴(yán)重。一方面,甲醇生產(chǎn)工藝裝置生產(chǎn)不太穩(wěn)定,甲醇弛放氣的壓力和流量在一定范圍內(nèi)波動;另一方面,甲醇弛放氣由甲醇生產(chǎn)車間輸送至PSA制氫工藝裝置管輸距離較長,存在人為因素和不可抗拒的外部因素造成供氣中斷的可能性。基于上述兩方面的原因,本項目應(yīng)設(shè)置甲醇弛放氣儲氣工藝裝置,保證粗苯加氫精制工藝裝置及PSA制氫工藝裝置正常生產(chǎn)。
2 甲醇弛放氣工藝參數(shù)
2.1 甲醇弛放氣組成
建設(shè)單位提供的甲醇弛放氣組成見表1。
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2.2 甲醇弛
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度:0.3592kg/m3。
爆炸極限(體積分?jǐn)?shù)):上限:66.59%,下限:4.89%。
2.3 工程設(shè)計工藝條件
管道來氣溫度:40℃。管道來氣壓力:正常:3.25MPa,最高:3.5MPa,最低:3.1MPa。
3 儲氣工藝裝置工藝流程的選擇
3.1 儲氣工藝裝置選擇
甲醇弛放氣的主要組分為氫氣,其爆炸下限為4.89%,為甲類危險氣體。工藝介質(zhì)設(shè)計按氫氣考慮較合理,工藝裝置按甲類工藝裝置設(shè)計。
目前氫氣儲氣設(shè)施主要有兩類:一類是高、中、低壓氫氣儲罐,儲罐的儲氫壓力、儲氫能力按制氫設(shè)備的壓力、氫氣用戶的用氫壓力、用氫量及其負(fù)荷變化狀況等因素確定。另一類是金屬氫化物儲氫材料,它是依據(jù)金屬氫化物在不同壓力、不同溫度下的吸氫、放氫特性儲存氫氣。截至目前,一些科研單位正研制儲氫性能優(yōu)良的儲氫材料和裝置,還不能滿足實際應(yīng)用的要求。
根據(jù)GBl50--2011《壓力容器》,低壓容器設(shè)計壓力<1.6MPa,中壓容器設(shè)計壓力為1.6~10MPa(含1.6MPa),高壓容器的設(shè)計壓力為10~100MPa(含10MPa)。在高、中、低壓氫氣儲罐工藝裝置中,高壓氫氣儲罐(壓力大于15MPa)儲氣能力大,能滿足各類用戶的需求。例如,在燃料電池汽車加氫站中,高壓氫氣儲罐壓力大于40.0MPa。低壓儲氫儲罐中,有儲氣壓力在1.0~1.3MPa的球形壓力儲罐和低壓(3~4kPa)濕式氫氣儲罐,儲氣能力大,能滿足各類用戶的儲氣要求。
針對本粗苯加氫精制項目,甲醇弛放氣操作壓力波動在3.1~3.5MP范圍,PSA制氫工藝裝置正常穩(wěn)定運(yùn)行或停車操作壓力≥3.1MPa。顯然采用低壓氫氣儲罐儲氣工藝裝置不合理。原因為:甲醇弛放氣由3.1~3.5MPa減壓至低壓儲存,一旦PSA制氫工藝裝置甲醇弛放氣供氣中斷,需啟動壓縮機(jī)抽取低壓儲存設(shè)施中的甲醇弛放氣加壓供氣。從得到指令開始啟動壓縮機(jī)至加壓后正常穩(wěn)定供氣,大約需要10~20min的時間,不滿足外供甲醇弛放氣供氣中斷應(yīng)立即實現(xiàn)不間斷連續(xù)供氣的要求。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選后,本設(shè)計采用高壓儲氣瓶儲氣工藝裝置。本項目共設(shè)置6臺地上固定式高壓儲氣瓶設(shè)備,每1臺儲氣瓶設(shè)備由8只高壓管束儲氣瓶組成。
3.2 甲醇弛放氣儲氣工藝流程
儲氣工藝流程見圖1。
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投產(chǎn)時和高壓儲氣瓶年檢后,來自甲醇生產(chǎn)工藝裝置的副產(chǎn)品甲醇弛放氣經(jīng)干燥后首先經(jīng)旁路直充高壓儲氣瓶,使其儲氣壓力達(dá)到3.1~3.5MPa。然后關(guān)閉旁路,啟動活塞式壓縮機(jī)(設(shè)2臺,1用1備,單臺流量為500m3/h),把甲醇弛放氣由3.1~3.5MPa加壓至20.0MPa,儲存于高壓儲氣瓶。高壓儲氣瓶組的總儲氣量約為20000m3。至此,甲醇弛放氣高壓儲氣工藝裝置作為應(yīng)急氣源處于待命狀態(tài)。
正常生產(chǎn)時,來自甲醇生產(chǎn)工藝裝置的甲醇弛放氣(40℃,3.1~3.5MPa,1000~1300m
3/h)直接進(jìn)入PSA制氫工藝裝置生產(chǎn)氫氣。甲醇弛放氣高壓儲氣工藝裝置處于待命狀態(tài)。