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QHS-800氫氣凈化系統(tǒng)在氫還原工藝的應(yīng)用

2011-08-15 00:46:01孟慶偉
中國有色冶金 2011年4期
關(guān)鍵詞:干燥器露點(diǎn)加熱器

孟慶偉

(吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司,吉林 磐石 132311)

0 前言

吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司第三精煉廠以氫氣還原氧化鎳作為生產(chǎn)羰基鎳粉的原料,還原過程產(chǎn)出的尾氣經(jīng)過簡單水洗除塵后配以純氫重新進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)使用。然而,經(jīng)過簡單處理后的尾氣由于水分含量高,不能滿足生產(chǎn)要求。公司經(jīng)分析論證,決定與有關(guān)單位合作,采用氫氣凈化裝置對(duì)還原后氣體進(jìn)行處理,處理后的氫氣再循環(huán)使用。該裝置于2009年7月投入使用,滿足了生產(chǎn)要求。

1 氫氣凈化系統(tǒng)的工作原理和工藝流程

1.1 工作原理

用氫設(shè)備排出的含有固體和氣體雜質(zhì)的氫氣經(jīng)布袋過濾除去大部分固體雜質(zhì)后,進(jìn)入淋洗塔用水除去微塵,同時(shí)氫氣溫度降至室溫左右,部分水被除去,之后再進(jìn)入冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步冷卻除去大部分水,回收凈化后的氫氣與補(bǔ)充氫氣合并后進(jìn)入干燥塔,經(jīng)分子篩吸附,達(dá)到所需要的露點(diǎn),再送入用氫設(shè)備循環(huán)使用。

1.2 工藝流程

還原爐出來的高溫廢氫氣經(jīng)過淋洗塔水洗,其中攜帶的粉塵及微小顆粒雜質(zhì)被洗去,然后進(jìn)入緩沖罐,經(jīng)過冷凝,氣液分離,廢氫氣中的大部分水被除去,氣體的露點(diǎn)可達(dá)到5~10℃,然后進(jìn)入循環(huán)壓縮風(fēng)機(jī)(羅茨風(fēng)機(jī))進(jìn)行增壓;經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后的廢氫氣進(jìn)入除油罐,除去系統(tǒng)前級(jí)帶來的油等雜質(zhì),進(jìn)入氫氣凈化裝置,使得氣體的氧含量及露點(diǎn)達(dá)到要求值;凈化后的氫氣進(jìn)入純氣緩沖罐,作為原料氣供給還原爐使用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主要參數(shù)

主要設(shè)計(jì)參數(shù):最大處理量(標(biāo))≥800m3/h,產(chǎn)品氫氣壓力≥0.01MPa(可調(diào)),產(chǎn)品氫氣露點(diǎn)≤-60℃。

2.2 系統(tǒng)組成

整個(gè)裝置由降溫淋洗、增壓除油、凈化干燥、壓力調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制五部分組成。

2.2.1 降溫淋洗

淋洗(水洗)主要是洗去廢氫氣中攜帶的粉塵及微小顆粒雜質(zhì)。淋洗塔內(nèi)用篩板隔成3層,每層鋪100 mm左右厚的瓷球,以使氣液充分接觸,有效地除去廢氫氣中的粉塵及微小顆粒雜質(zhì)。在淋洗塔的頂部封頭內(nèi)裝有瓷球,可過濾氣體攜帶的水。

淋洗塔配有兩臺(tái)增壓水泵(一開一備),用于淋洗塔內(nèi)水循環(huán)噴淋。運(yùn)行過程中,觀察水箱的液位,液位的高度不小于水箱的80%,同時(shí)觀察水質(zhì),若明顯變臟,則對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行置換??梢圆扇⊥瑫r(shí)排水和補(bǔ)水的方式進(jìn)行置換,這樣即不影響系統(tǒng)正常工作,也利于控制水箱內(nèi)的水質(zhì),具體操作依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。

2.2.2 增壓除油

降溫淋洗后的廢氫氣進(jìn)行增壓除油,具體工藝步驟如下:

(1)淋洗處理后的廢氫氣先進(jìn)入10 m3緩沖罐,部分水分析出,緩沖罐底部設(shè)有排污口,由程序控制自動(dòng)排污,排污時(shí)間依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。隨后進(jìn)行冷凝和氣水分離,除去氣體中的大部分水,氣體的露點(diǎn)可達(dá)到5~10℃。

(2)廢氫氣(壓力約為200 Pa左右)進(jìn)入羅茨風(fēng)機(jī),將壓力提升到0.035~0.05 MPa,但不高于0.05 MPa。系統(tǒng)共兩臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī),羅茨風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)熱,溫度一般在50~60℃,可用冷卻水噴淋降溫。運(yùn)行使用過程中要定期檢查風(fēng)機(jī)的油位,油位不得低于窺視孔。

(3)增壓后的廢氫氣進(jìn)入除油罐,除油罐內(nèi)裝有專用除油劑,廢氫氣從除油罐的底部進(jìn)入頂部排出,其中的油污在通過除油罐時(shí)被吸附,以免油被后級(jí)的催化劑或分子篩吸附,影響分子篩的性能。

2.2.3 凈化干燥

采用一種特殊處理過的分子篩干燥氫氣。分子篩的孔徑為4埃,可吸附小于4埃的任何分子。氫氣流經(jīng)干燥器時(shí),大多數(shù)水分子和雜質(zhì)等被4埃分子篩吸附,氫分子則穿透分子篩床層流出干燥器。分子篩使用一段時(shí)間后,上面的水分子和雜質(zhì)將達(dá)到飽和,需進(jìn)行再生處理。分子篩的再生是通過加熱吹掃完成的,高溫時(shí),所吸附的水分子和雜質(zhì)蒸發(fā),然后通過吹掃氣進(jìn)行傳熱和引流。當(dāng)分子篩達(dá)到一定溫度后,上面的所有水分子和雜質(zhì)被脫附,并在吹掃氣的作用下被排空。為了連續(xù)供氣,在一個(gè)干燥器為生產(chǎn)狀態(tài)時(shí),另一個(gè)干燥器處于再生狀態(tài)。系統(tǒng)的最佳操作壓力為不大于0.05 MPa。

干燥過程通過PLC控制氣動(dòng)碟閥,實(shí)現(xiàn)各組干燥器的吸附與再生。除水干燥部分的再生流量控制在200~450 m3/h,用來給予再生干燥器一定量的再生氣以幫助再生干燥器的解吸,此流量第一次開機(jī)調(diào)試好后基本不再調(diào)節(jié),保持當(dāng)初的開度即可。

干燥器再生使用外加熱器,再生時(shí)將電控箱面板上的“加熱器電源開關(guān)”打開,調(diào)節(jié)溫控儀(第一次調(diào)節(jié)好后,以后無需再調(diào)節(jié)),開始加熱再生。再生溫度高有利于再生完全,但溫度過高使吸附劑使用壽命縮短,甚至燒壞,而且也會(huì)降低電加熱棒的使用壽命。加熱器的加熱溫度由加熱器頂部及側(cè)面熱電偶控制(即“加熱器溫控”和“加熱器監(jiān)控”),設(shè)定在330℃左右,不得超過350℃。

當(dāng)再生干燥器下端溫度計(jì)顯示為120~150℃時(shí),表示干燥器再生結(jié)束,此時(shí)可關(guān)閉“加熱器電源開關(guān)”。從開始加溫至再生加熱結(jié)束一般要經(jīng)過6 h左右,可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。

干燥后的回收氣再經(jīng)過過濾器,除去干燥時(shí)帶入的微量粉塵。過濾器用剛玉管作過濾組件,使用一段時(shí)間后,若出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象(可通過過濾器前后的壓差來判斷),將濾芯拆卸下來用水清洗,吹掃干凈后恢復(fù)原狀可重復(fù)使用。

2.2.4 壓力調(diào)節(jié)

經(jīng)過純化的回收氣進(jìn)入10 m3儲(chǔ)氣罐,依據(jù)還原爐的使用要求,壓力控制在0~0.05 MPa,故在純氣管路上安裝一套自立式調(diào)節(jié)閥,用以穩(wěn)定系統(tǒng)的出口壓力,從而達(dá)到穩(wěn)定還原爐工作壓力的目的。

為了維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定,在系統(tǒng)的高壓端進(jìn)行補(bǔ)氫,自立式壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)試完畢后,不可隨意調(diào)節(jié),以免造成壓力波動(dòng)。

2.2.5 自動(dòng)控制

控制系統(tǒng)由德國西門子CPU224型程序邏輯控制器(PLC)、露點(diǎn)儀、氫分儀、控氧儀、溫控儀、流量計(jì)及輔助線路等構(gòu)成。

控制系統(tǒng)按一定的時(shí)序發(fā)出信號(hào),控制各氣動(dòng)閥門的開閉。

控溫儀連續(xù)監(jiān)控再生干燥器及除氧器的監(jiān)控溫度和溫控溫度,在規(guī)定的加熱時(shí)間內(nèi),若溫度高于設(shè)定值,控制系統(tǒng)會(huì)切斷電源停止加熱,若溫度低于設(shè)定值,則會(huì)接通電源繼續(xù)加熱。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 實(shí)際運(yùn)行

QHS-800氫氣凈化裝置2008年末開始建造,2009年5月進(jìn)行安裝調(diào)試,7月正式投入生產(chǎn),經(jīng)過試車和性能考核,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求:最大處理量(標(biāo))≥800 m3/h,產(chǎn)品氫氣壓力≥0.01 MPa(可調(diào)),產(chǎn)品氫氣露點(diǎn)≤-60℃,滿足氧化鎳還原窯的用氫需求。

3.2 存在的問題

雖然本裝置工藝和設(shè)備運(yùn)行良好,然而受手動(dòng)蝶閥密封效果不好和人為操作等因素的影響,系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后有少量氫氣泄漏,導(dǎo)致氫氣回收率降低。

4 結(jié)束語

QHS-800氫氣凈化裝置工藝簡單,自動(dòng)化程度高,操作簡便,運(yùn)行安全可靠,能耗低,經(jīng)過試車和性能考核,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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