［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(wàn) t /a PVC 計(jì)，回收氣體產(chǎn)生的效益為 268． 5 萬(wàn)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(guò)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(chēng)重皮帶機(jī)稱(chēng)重后，經(jīng)一道活門(mén)進(jìn)入上貯斗備料，再經(jīng)二道活門(mén)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(kāi)二道活門(mén)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(guò)程中，下貯斗內(nèi)的乙炔氣會(huì)通過(guò)二道活門(mén)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(kāi)一道活門(mén)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(guò)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(guò)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(guò)程系物理吸附，在整個(gè)過(guò)程中無(wú)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(wàn)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(guò)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(lái)，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(jiàn)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(xiě)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(xiàn)路故障等)導(dǎo)致程控閥不能正常開(kāi)關(guān)時(shí)，程序可手動(dòng)由5V切換為4塔工藝(以下簡(jiǎn)寫(xiě)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(jiàn)表1。

 

 

4.1.2運(yùn)行方式切換說(shuō)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(guò)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(mén)shou先處于關(guān)閉狀態(tài)，但可以進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)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(mǎn)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(guò)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(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了使整個(gè)工藝過(guò)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(guò)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(mén)PV－102開(kāi)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(wèn)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(guò)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(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)閥門(mén)PV－101的開(kāi)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(guò)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(xiàn)能完整地反映出5個(gè)塔的運(yùn)行情況，同時(shí)，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況也可以由壓力曲線(xiàn)中表征出來(lái)，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(xiàn)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(mén)KV－109，打開(kāi)程控閥門(mén)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(mén)KV－111，打開(kāi)程控閥門(mén)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(xiàn)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(mén)KV－110，打開(kāi)程控閥門(mén)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(mén)KV－112，打開(kāi)程控閥門(mén)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(wèn)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(lái)控制程序控制閥門(mén)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(wàn)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(wàn)元;裝置全年運(yùn)行動(dòng)力耗電量為56.5萬(wàn)kW·h，電價(jià)按0.54元/(kW·h)計(jì)算，則全年電費(fèi)為30.5萬(wàn)元;每年設(shè)備維護(hù)及維修費(fèi)用估算10萬(wàn)元。裝置每年運(yùn)行費(fèi)用:17.1+30.5+10=57.6(萬(wàn)元)。

(2)裝置收益。

30萬(wàn)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(wàn)元)，回收氮?dú)庑б鏋?68.54×8700×0.87=127.6(萬(wàn)元)。

裝置每年實(shí)際收益:198.5+127.6－57.6=268.5(萬(wàn)元)。

 

6結(jié)語(yǔ)

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(lái)，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。