高压储气瓶在煤化工企业的设计应用

作者:胡筱瑗 张元荣 林萍 马鸿敬 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年09月05日

         

1 概述
山东枣庄矿业(集团)有限责任公司柴里煤矿15×104t/a粗苯加氢精制装置及变压吸附(PSA)制氢工艺装置生产时,粗苯加氢精制装置使用的进口催化剂价格昂贵,整套工艺装置生产需要有计划、有顺序、连续、平稳运行。工艺流程是:来自甲醇生产车间的甲醇弛放气首先进入PSA制氢工艺装置制取氢气,然后再把氢气送入粗苯加氢精制装置生产精苯。PSA制氢工艺装置原料气甲醇弛放气来自2km以外的甲醇生产车间,一旦甲醇弛放气供气中断,即意味着氢气供应中断,粗苯加氢精制工艺装置突然停车,将造成催化剂失效,损失严重。一方面,甲醇生产工艺装置生产不太稳定,甲醇弛放气的压力和流量在一定范围内波动;另一方面,甲醇弛放气由甲醇生产车间输送至PSA制氢工艺装置管输距离较长,存在人为因素和不可抗拒的外部因素造成供气中断的可能性。基于上述两方面的原因,本项目应设置甲醇弛放气储气工艺装置,保证粗苯加氢精制工艺装置及PSA制氢工艺装置正常生产。
2 甲醇弛放气工艺参数
2.1 甲醇弛放气组成
建设单位提供的甲醇弛放气组成见表1。
 
2.2 甲醇弛
标准状态下气体密度:0.3592kg/m3
爆炸极限(体积分数):上限:66.59%,下限:4.89%。
2.3 工程设计工艺条件
管道来气温度:40℃。管道来气压力:正常:3.25MPa,最高:3.5MPa,最低:3.1MPa。
3 储气工艺装置工艺流程的选择
3.1 储气工艺装置选择
甲醇弛放气的主要组分为氢气,其爆炸下限为4.89%,为甲类危险气体。工艺介质设计按氢气考虑较合理,工艺装置按甲类工艺装置设计。
目前氢气储气设施主要有两类:一类是高、中、低压氢气储罐,储罐的储氢压力、储氢能力按制氢设备的压力、氢气用户的用氢压力、用氢量及其负荷变化状况等因素确定。另一类是金属氢化物储氢材料,它是依据金属氢化物在不同压力、不同温度下的吸氢、放氢特性储存氢气。截至目前,一些科研单位正研制储氢性能优良的储氢材料和装置,还不能满足实际应用的要求。
根据GBl50--2011《压力容器》,低压容器设计压力<1.6MPa,中压容器设计压力为1.6~10MPa(含1.6MPa),高压容器的设计压力为10~100MPa(含10MPa)。在高、中、低压氢气储罐工艺装置中,高压氢气储罐(压力大于15MPa)储气能力大,能满足各类用户的需求。例如,在燃料电池汽车加氢站中,高压氢气储罐压力大于40.0MPa。低压储氢储罐中,有储气压力在1.0~1.3MPa的球形压力储罐和低压(3~4kPa)湿式氢气储罐,储气能力大,能满足各类用户的储气要求。
针对本粗苯加氢精制项目,甲醇弛放气操作压力波动在3.1~3.5MP范围,PSA制氢工艺装置正常稳定运行或停车操作压力≥3.1MPa。显然采用低压氢气储罐储气工艺装置不合理。原因为:甲醇弛放气由3.1~3.5MPa减压至低压储存,一旦PSA制氢工艺装置甲醇弛放气供气中断,需启动压缩机抽取低压储存设施中的甲醇弛放气加压供气。从得到指令开始启动压缩机至加压后正常稳定供气,大约需要10~20min的时间,不满足外供甲醇弛放气供气中断应立即实现不间断连续供气的要求。经技术、经济比选后,本设计采用高压储气瓶储气工艺装置。本项目共设置6台地上固定式高压储气瓶设备,每1台储气瓶设备由8只高压管束储气瓶组成。
3.2 甲醇弛放气储气工艺流程
储气工艺流程见图1。
 
投产时和高压储气瓶年检后,来自甲醇生产工艺装置的副产品甲醇弛放气经干燥后首先经旁路直充高压储气瓶,使其储气压力达到3.1~3.5MPa。然后关闭旁路,启动活塞式压缩机(设2台,1用1备,单台流量为500m3/h),把甲醇弛放气由3.1~3.5MPa加压至20.0MPa,储存于高压储气瓶。高压储气瓶组的总储气量约为20000m3。至此,甲醇弛放气高压储气工艺装置作为应急气源处于待命状态。
正常生产时,来自甲醇生产工艺装置的甲醇弛放气(40℃,3.1~3.5MPa,1000~1300m3/h)直接进入PSA制氢工艺装置生产氢气。甲醇弛放气高压储气工艺装置处于待命状态。

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