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高壓儲(chǔ)氣瓶在煤化工企業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

作者:胡筱瑗 張?jiān)獦s 林萍 馬鴻敬  
評(píng)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(shí),粗苯加氫精制裝置使用的進(jìn)口催化劑價(jià)格昂貴,整套工藝裝置生產(chǎn)需要有計(jì)劃、有順序、連續(xù)、平穩(wěn)運(yùn)行。工藝流程是:來(lái)自甲醇生產(chǎn)車(chē)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(lái)自2km以外的甲醇生產(chǎn)車(chē)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(chē),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(dòng);另一方面,甲醇弛放氣由甲醇生產(chǎn)車(chē)間輸送至PSA制氫工藝裝置管輸距離較長(zhǎng),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?;谏鲜鰞煞矫娴脑?,本項(xiàng)目應(yīng)設(shè)置甲醇弛放氣儲(chǔ)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(jiàn)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(jì)工藝條件
管道來(lái)氣溫度:40℃。管道來(lái)氣壓力:正常:3.25MPa,最高:3.5MPa,最低:3.1MPa。
3 儲(chǔ)氣工藝裝置工藝流程的選擇
3.1 儲(chǔ)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(lèi)危險(xiǎn)氣體。工藝介質(zhì)設(shè)計(jì)按氫氣考慮較合理,工藝裝置按甲類(lèi)工藝裝置設(shè)計(jì)。
目前氫氣儲(chǔ)氣設(shè)施主要有兩類(lèi):一類(lèi)是高、中、低壓氫氣儲(chǔ)罐,儲(chǔ)罐的儲(chǔ)氫壓力、儲(chǔ)氫能力按制氫設(shè)備的壓力、氫氣用戶(hù)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(lèi)是金屬氫化物儲(chǔ)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?xún)?chǔ)存氫氣。截至目前,一些科研單位正研制儲(chǔ)氫性能優(yōu)良的儲(chǔ)氫材料和裝置,還不能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求。
根據(jù)GBl50--2011《壓力容器》,低壓容器設(shè)計(jì)壓力<1.6MPa,中壓容器設(shè)計(jì)壓力為1.6~10MPa(含1.6MPa),高壓容器的設(shè)計(jì)壓力為10~100MPa(含10MPa)。在高、中、低壓氫氣儲(chǔ)罐工藝裝置中,高壓氫氣儲(chǔ)罐(壓力大于15MPa)儲(chǔ)氣能力大,能滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需求。例如,在燃料電池汽車(chē)加氫站中,高壓氫氣儲(chǔ)罐壓力大于40.0MPa。低壓儲(chǔ)氫儲(chǔ)罐中,有儲(chǔ)氣壓力在1.0~1.3MPa的球形壓力儲(chǔ)罐和低壓(3~4kPa)濕式氫氣儲(chǔ)罐,儲(chǔ)氣能力大,能滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的儲(chǔ)氣要求。
針對(duì)本粗苯加氫精制項(xiàng)目,甲醇弛放氣操作壓力波動(dòng)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(chē)操作壓力≥3.1MPa。顯然采用低壓氫氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)氣工藝裝置不合理。原因?yàn)椋杭状汲诜艢庥?.1~3.5MPa減壓至低壓儲(chǔ)存,一旦PSA制氫工藝裝置甲醇弛放氣供氣中斷,需啟動(dòng)壓縮機(jī)抽取低壓儲(chǔ)存設(shè)施中的甲醇弛放氣加壓供氣。從得到指令開(kāi)始啟動(dòng)壓縮機(jī)至加壓后正常穩(wěn)定供氣,大約需要10~20min的時(shí)間,不滿(mǎn)足外供甲醇弛放氣供氣中斷應(yīng)立即實(shí)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(jì)采用高壓儲(chǔ)氣瓶?jī)?chǔ)氣工藝裝置。本項(xiàng)目共設(shè)置6臺(tái)地上固定式高壓儲(chǔ)氣瓶設(shè)備,每1臺(tái)儲(chǔ)氣瓶設(shè)備由8只高壓管束儲(chǔ)氣瓶組成。
3.2 甲醇弛放氣儲(chǔ)氣工藝流程
儲(chǔ)氣工藝流程見(jiàn)圖1。
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投產(chǎn)時(shí)和高壓儲(chǔ)氣瓶年檢后,來(lái)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(chǔ)氣瓶,使其儲(chǔ)氣壓力達(dá)到3.1~3.5MPa。然后關(guān)閉旁路,啟動(dòng)活塞式壓縮機(jī)(設(shè)2臺(tái),1用1備,單臺(tái)流量為500m3/h),把甲醇弛放氣由3.1~3.5MPa加壓至20.0MPa,儲(chǔ)存于高壓儲(chǔ)氣瓶。高壓儲(chǔ)氣瓶組的總儲(chǔ)氣量約為20000m3。至此,甲醇弛放氣高壓儲(chǔ)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(shí),來(lái)自甲醇生產(chǎn)工藝裝置的甲醇弛放氣(40℃,3.1~3.5MPa,1000~1300m3/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(chǔ)氣工藝裝置處于待命狀態(tài)。

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