变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用

关键词：

变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用（精选7篇）

篇1：变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用

变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用

摘要新疆中泰化学西山事业部从2008年投用变压吸附装置，并在2009年9月根据生产需要对装置进行了的改造。本文中对其改造后的运行情况及经济效益作一介绍。

关键词 聚氯乙烯 变压吸附 应用

变压吸附装置作为节能环保装置，在聚氯乙烯生产中已得到普遍应用。该装置能将排空废气中的原料气及产品通过变压吸附的原理回收利用，起到降低生产成本、环保排放的作用。

新疆中泰化学西山事业部是应用电石法生产聚氯乙烯树脂，现有氯乙烯生产装置为配套年产17.5万吨PVC，其中变压吸附装置为年产20万吨PVC配套装置，包括变压吸附、变压制氢装置，于2007年4月开工建设，于2008年5月开车全部投入正常使用。本文主要围绕变压吸附装置进行论述。

一、变压吸附在生产工艺中的应用

变压吸附装置是从氯乙烯精馏尾气中分离乙炔、氯乙烯并加以回收利用，净化后的气体再送入变压制氢装置，进行氢气的回收，其他气体排空。

变压吸附技术原理是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附组分的吸附量增加、减压下吸附量减小的特性，将原料气在一定压力下通过吸附剂床层，原料气中的高沸点组分乙炔、氯乙烯及二氧化碳等被吸附剂选择性吸附，低沸点组分氮气、氢气作为净化气送入后续变压制氢装置。然后在减压下解析被吸附的组分乙炔、氯乙烯及二氧化碳等，解析气（含有乙炔、氯乙烯）回收利用，同时使吸附剂获得再生，以利于下一次吸附分离。

二、变压吸附装置原有工艺流程及存在问题

1原有工艺流程。来自精馏岗位的氯乙烯精馏尾气在05 MPa~0.55MPa压力和低温下经总阀通过装置开停车连锁系统控制，原料气送入原料气预热器加热至25℃~60℃，经流量计计量后进入由四个吸附塔和中间罐组成的变压吸附系统中。原料气经进口阀进入吸附塔中正处于吸附步骤的吸附塔，在此，氯乙烯、乙炔被吸附，在吸附塔出口得到净化气。逆放步骤的解析气经管线送往二级混合脱水石墨冷处，逆放结束后，进入抽空及抽空冲洗步骤，该步骤得到的抽空气（解析气）经真空泵后冷却器冷却后送往碱洗塔，回收氯乙烯、乙炔。然后该吸附器进入压力均升、终充步骤，终充结束后，该吸附器进入下一次吸附。当解吸气分析含氧>3%时，打开现场排空阀，含氧合格时进入混合脱水或碱洗塔。

2.原有装置存在的问题。(1)逆放气对系统的影响。变压吸附逆放步骤的解析气，主要含量为乙炔。操作人员根据后台转化器出口检测样，调整配比值。而此部分解吸气不经过流量计，直接送入二级石墨冷却器，并且气体为间歇性送入，会对即时的后台转化器出口检测样造成影响，影响操作人员的判断，造成配比不当，对生产装置运行构成不利影响，并会增大后续精馏系统负荷，产生一系列的波动。另因二级混合脱水处压力较高，变压吸附真空泵负荷较大易出现电机超载情况，对装置平稳运行构成不利因素。(2)抽真空对系统的影响。由于抽真空中仍含有40%左右的乙炔气，其进入系统后未进行转化全部进入精馏和尾气回收系统，随着时间的推移该部分乙炔气会在精馏和尾气回收系统内不断进行叠加，造成精馏和尾气回收系统负荷不断增大，最终无法正常运行，因此将抽空气进行排空。

三、对变压吸附工艺装置的改造

1．回收管路改造。因考虑逆放气对系统的影响，将原来送入二级石墨冷却器处的逆放气和送入碱洗塔处的抽空气，均改至乙炔升压机进口处。将逆放气和抽空气改送入乙炔升压机处后，首先，以前不经过流量计的乙炔气，现在经过乙炔流量计，避免了对氯乙烯生产配比值的影响；其次，逆放气间歇性的压力波动不会对系统造成影响了，通过升压机后的压力平稳；再次，将原先排空的抽空气送入系统，减少了原料气的浪费，有效降低了生产成本。

因将逆放气和抽空气送入乙炔升压机处后，会影响原料气乙炔的纯度；同时，逆放气和抽空气中的二氧化碳，会增加清净中和塔的洗塔频次，造成30%液碱用量上升。

通过对改造前后乙炔气纯度的数据收集对比，原料气乙炔纯度变化不大，只是略有下降，对整个生产系统不会构成影响。

通过统计氯乙烯车间，2009年上半年30%碱耗为6.251kg/t.pve，而2010年上半年碱耗为6.394kg/t．pvc，碱耗并没有太大变化，因为原先送入混合脱水处的逆放气，其中二氧化碳进入了氯乙烯工序的碱洗塔，同样消耗30%液碱，因此，改造后的30%碱耗并未增加。2．对变压吸附装置填料污染后置换程序的改造。(1)将变压吸附装置按正常停车操作进行停车。(2)将尾冷排气口改至两位阀进行排空处理，并且关闭变压吸附装置原料气进口处现场球阀，即KV11阀前现场球阀。(3)将变压吸附装置、变压制氢装置进行泄压，变压吸附装置吸附塔及中间罐压力由P2218调节阀处进行泄压；变压制氢装置吸附塔压力由出口调节阀及KV8B阀进行泄压，泄压过程中要求缓慢泄压，同时微开排空管处充N2阀。(4)变压吸附装置吸附塔及中间罐压力泄完后，由KV11阀前导淋接N2气管置换4个吸附塔，同时需将预热器热水循环阀开至最大，用热N2气对变压吸附装置4个吸附塔逐台进行置换，每个塔充N2至0.25MPa时切至下一个吸附塔，并将充好压力的吸附塔由P2218调节阀泄至OMPa，将4个吸附塔轮流置换3遍后，吸附塔在置换最后1遍时将塔内压力泄至0.05 MPa，通知对4个吸附塔进行取样分析塔内乙炔、氯乙烯、氢气、氧气含量。(5)待分析结果出来后，选择1台吸附塔内乙炔、氯乙烯、氢气含量最低的塔作为置换变压制氢吸附塔的通道使用，同时需要求变压吸附塔内分析结果符合动火标准。

四、改造后的主要成本情况

在电石法聚氯乙烯生产中，主要原材料电石所占成本比重最高，因此电石单耗的水平直接决定着生产成本的控制。

通过数据统计分析，2010年上半年电石耗明显低于2009年上半年，降低约23kg/t．pvc，除去其他生产装置优化改造，变压吸附排空管路改造所带来的经济效益也是非常显著的。

变压吸附管路改造后，将原本进行排空的抽空气（主要组分为氯乙烯、乙炔）进行了回收利用。

根据数据统计，原料气流量为lO01m3／l1，而排出的净化气流量为288m3/h，即回收气体流量为713m3／l1，按照全年运行8000小时计算，可回收气体5704000m3，根据氯乙烯合成反应：

C2H2+HCl=C2H3 Cl 其中抽空气的体积约占25%，即855600m3氯乙烯，折合聚氯乙烯树脂约710吨，按照电石采购价格3000元／t计算，全年可节约资金213万元。

五、结束语

国内现有聚氯乙烯生产企业正利用地区资源优势，由内地沿海地区向西部转移。在新疆这一市场竞争日趋激烈的今日，如何能提高生产装置运行效率，降低生产成本成为了企业永远不变的追求，只有越来越精细的管理，对生产工艺的钻研，才能在市场中永远具有更强的竞争优势。

篇2：变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用

变压吸附提纯CO装置有吸附塔104台、程控阀1 457个，其关键技术为大规模顺序控制及工艺系统故障诊断与处理。如何调节顺放气的组分和压力，将顺放气作为再生用吹扫气对吸附剂进行再生;如何结合运行时间、运行时序和步长以及气体压力和流量等诸多参数对程控阀进行精确控制;如何实现在线运行时序的自动切换和步长的修改、操作参数的优化调节、吹扫气量的合理分配及调节阀的均匀控制等，是实现变压吸附提纯CO装置工艺流程自动控制的技术难点。笔者将详细介绍PCS7在该装置中的硬件选型和软件配置，SCL及FBD等组合编程实现控制方案组态的具体方法。

1 工艺简介

山东兖矿国泰化工有限公司变压吸附提纯CO装置工艺主要有3段工序:一段为粗脱碳，采用32-5-23时序，即32台吸附塔、5塔同时吸附、23次连续均压;二段是精脱碳，根据工艺调整所需，分别采用18-5-8或18-6-6时序，即18台吸附塔、5塔(或6塔)同时吸附、8次(或6次)连续均压;三段是提纯CO工序，根据工艺调整所需，分别采用20-4-12或20-3-15时序，即20台吸附塔、4塔(或3塔)同时吸附、12次(或15次)连续均压。此外，还有尾气硫浓缩段和干燥段，用于尾气的处理及回收。每段工序根据切塔数量可在线切换多种时序(表1)，其中一、二、三段工序允许切塔最大数量分别为5、3、3。

根据工艺要求，每段工序内所有塔的进、出口及塔与塔之间互通的管道上均装有专用程控阀，程控阀门为液压驱动，即通过现场电液换向站内电磁阀的开关控制油路驱动阀门的开关。同时，配套安装磁性阀位反馈开关，判断阀门的开关位置，并远传至控制室，参与工艺运行的控制。工序之间的公用部分用气动调节阀控制，根据每段工序出口气的压力、流量及有效组分等进行自动调节。

2 控制系统的选择

变压吸附提纯CO装置的I/O数字量3 066个、模拟量321个，除少量仅起指示作用的点外，大量点要参与工艺控制。此外，完成控制功能还有约6 000个内部变量，全部要在控制数据库中运行，因此要求其控制方案的组态方式必须灵活且支持即时修改，以满足前期调试和生产实时调节所需。而常见的组态方式使用的是已封装好、功能固定且类型单一的功能块或函数，如果处理数量庞大且相互引用复杂的变量，会使工作量增加、块引脚的引用也较为庞杂，而且组态的可读性、逻辑性和可修改性太差，无法适应控制要求。

SIMATIC PCS7以其通用的数据维护、通讯和设计功能，向用户提供开放的、面向未来的、性价比较高的自动化解决方案。PCS7的软件包括FBD、LAD、SCL、STL、CFC及SFC等编程语言和工具，支持多语言、组合式的控制方案组态，且互相嵌套调用方便;内置的WinCC支持使用C及VB等语言实施组态;控制数据库支持多种读取方式;数据采集归档、趋势显示、报警记录及显示等均可通过VB脚本实现;人机界面HMI组态可实施多样化[1]。因此，该装置选用SIMATIC PCS7作为其控制系统。

3 硬件组成

该装置控制系统的硬件部分由分布控制站、自动化控制站AS、操作站OS(含客户机与服务器)和通讯网络4个部分组成，系统结构如图1所示。

3.1 分布控制站

以ET200M为核心设备，两个IM153-2模块(DPV1,H)及其通过底板总线连接的各种类型的AI、AO、DI和DO模件，组成冗余分布式I/O处理站，通过两条Profibus-DP总线连接至AS中CPU的DP接口。分布控制站中PCS7所用的卡件列于表2。

3.2 自动化控制站AS

该装置使用了两套S7-417-4-2H预组装主控器AS01和AS02，每套AS包括两个容错CPU(CPU417-4H,16MByte RAM，用于存储控制方案组态)，两个电源模块PS407，一个安装机架UR2-H，两个通讯模块CP443-1,4个H同步子模块(IF1、IF2)和两根光缆。每套AS的两个CPU之间通过IF1和IF2与光缆组成的环形网络进行实时同步，支持热备，自动切换。

分布控制站和自动化控制站AS的硬件组态由HW Config完成。AS01的硬件组态如图2所示。

3.3 操作站OS

OS采用客户机/服务器(Client/Server)结构。本装置设置服务器两台，运行WinCC Server，用于实时数据交换、数据采集归档、趋势显示及报警等，两者互为冗余，自动切换;设客户机7台，运行WinCC Client，用于工艺操作人员实时监控连续过程。另外，单独设置一台工程师站ES，用于控制方案的组态、系统硬件及软件系统调试、HMI用户画面绘制及组态修改等。服务器和客户机的WinCC项目从ES上执行下载，除设置报警功能、冗余配置、时间同步、分辨率及系统显示等操作之外，OS上的WinCC项目不允许做其它修改，否则会导致该项目无法在线更新下载。

3.4 通讯网络

3.4.1 Profibus-DP现场总线

Profibus-DP是分布控制站与AS站之间通讯的专用现场总线，冗余总线型结构，冗余切换时间350ms，通讯速率1.5MByte、DP V1模式、地址2-126。AS站设为DP Master，其它分布控制站均设为DP Slave。

3.4.2 工业以太网System Bus

System Bus是AS与服务器、工程师站之间通讯的专用工业以太网，冗余环形网络，网络设备使用交换机OSM22和OSM62。AS01和AS02通过RJ-45双绞线分别连接至两个OSM22,OS Server和ES以同样的方式连接至两个OSM62。4个交换机之间通过光缆连接组成冗余环网，增加了系统的可靠性。

System Bus基于SIMATIC S7连接，通过ISO协议传输数据，AS侧的通讯设备为CP443-1,OS Server和ES侧的通讯设备为CP1613，只需配置每个设备的物理地址，即可进行通讯。

3.4.3 工业以太网络Terminal Bus

Terminal Bus基于TCP/IP协议，先由3台MOXA交换机通过光缆组成冗余环网，操作员站和服务器集成的以太网卡通过RJ-45双绞线依次连接到对应的交换机上。IP地址设置为128.128.0.1～8，子网掩码为255.255.255.0，设置不使用网关，不受物理地址限制。在SIMATIC Manager中，上述组态使用NetPro工具完成，通讯网络组态结构如图3所示。

4 软件组成及基本使用方法

4.1 软件组成

PCS7软件系统可分为工程组态软件ES和OS两类。

4.1.1 ES软件

ES软件主要有HW Config、NetPro、AS-OS-Engineering、Step 7(含STL、LAD、FBD)、CFC、SFC、SCL、Faceplates及Win CC等，PCS7把全部软件集中到了SIMATIC Manager平台上。

4.1.2 OS软件

OS软件又分Server和Client两类，但都只含Win CC软件。Win CC Server安装在服务器上，主要用于HMI与AS之间的实时数据交换、数据采集与归档、历史趋势记录与处理以及报警记录与处理等，部分系统内部变量也在此计算;WinCC Client安装于客户机，仅与服务器交换数据，主要用作工艺过程的监控。

4.2 使用方法

4.2.1 项目新建

在SIMATIC Manager平台下新建一个多项目工程Multi Project，然后根据系统配置插入两个SI-MATIC 400站，分别命名为AS01、AS02，再依次插入3个PC Station，分别作为服务器和工程师站，最后插入7个OS Client作为操作员站，分别自定义名称、修改属性并分配OS服务器。

硬件组态通过HW Config完成，如AS中的CPU模块、CP模块和各种类型卡件及其对应通道的组态。NetPro用于进行网络配置，完成Terminal Bus、System Bus和Profibus-DP总线的组态。如需进行仿真，再增加一条MPI总线组态，分别设置通讯协议、物理地址、IP地址及对应的传输速率等。全部硬件组态完成后建议进行一次完全下载。在调试过程中所进行的部分修改，一般采用“更新下载”的方式进行。组态下载前，首先要对所组态的内容进行一次编译，编译无误后方可继续，若出现编译错误要及时检查并更正。到AS的下载通过System Bus进行，到OS的下载则通过Terminal Bus进行。

4.2.2 控制方案组态

控制方案组态在AS program中实施。本装置控制方案的组态使用自定义方式，不使用常规的调用库文件功能块组态的方法，而是以SCL语言编程生成特定的功能函数FC和FB为主，同时使用STL、FBD及LAD等进行编程，多种方法并用，相互辅助，有效地解决了本装置内部变量多且引用复杂及工艺操作时序多样等复杂问题。

具体设计思路是，首先在DB内进行变量定义，然后使用功能块LAD、FBD及FC等多种方式进行相关的组态编程，先做出单个简单工艺时序或过程的函数模型，然后依次向上嵌套引用。特定功能函数FC都是针对每段工序的特定流程编写，主要用作处理和计算每段工序的运行时序、每个吸附塔的过程状态和每个状态的运行步长，计算结果去控制阀门，使之根据预设的运行时序进行开关，从而实现对工艺过程的控制;功能块FB通过调用FC实现针对某个塔或工艺时序的特定控制;组织块OB调用所有FB和FC，在AS内按预设扫描周期运行，即可实现工艺装置的自动运行。值得注意的是，PCS7系统中OB块运行在过程映像中，针对每个不同的OB块可方便地设置其优先级、执行周期及扫描周期等。本装置变压吸附核心工艺程序是专利技术，此处略去。

5 PCS7在本装置中的典型应用

5.1 模拟量处理

模拟量处理分为两部分:一部分是模拟量输入(4～20mA)，包括来自现场的各类变送器和热电阻(使用隔离栅将RTD转换为4～20mA信号输入);另一部分是模拟量输出(4～20mA)。

首先用STL程序自定义数据类型UDT-BAS(表3)，然后在AS站程序中插入一个DB块，用于定义工程变量，即在此对每个通道所组态的变量名进行定义，其数据类型使用UDT-BAS，其数值类型设为32位浮点型，最后用LAD梯形图做出名称可自定义的量程函数FC20(图4)，内部调用PCS7内部函数FC105，定义为SACLE块，实现CPU内码到实际工程值的转换及上、下限报警输出功能。经编译和下载后，这些变量可直接被FB及FC等程序引用，也可直接在WinCC上位机画面中实时显示。

上述步骤完成的是单个模拟量所需的基本功能组态，若要完成本项目全部模拟量的处理，还需插入一个函数块FC160，使用梯形图编程，每一个实际工程变量在此组态，以实现具有实际意义的引用。模拟量输入部分调用FC20，模拟量输出部分直接调用内部函数FC106块(标识名为UN-SACLE)，将控制结果转换为0～100%范围内的4～20mA信号并输出到AO卡件的相应通道，进一步转换为直流信号送至现场，进行调节阀的控制。

5.2 流量处理

本装置流量的测量采用差压变送器，需要进行温压补偿，故需对流量进行单独组态，但其实际工程变量仍在DB107中定义。温压补偿的计算公式为:

式中k——差压变送器设计流量系数;

Δpn——经温压补偿计算后的差压值，k Pa;

Δp1——实际差压测量值，kPa;

TTn——实际绝对温度值，K;

pTn——实际绝对压力值，MPa;

T1——设计工作状态的绝对温度值，K;

p1——设计工作状态的绝对压力值,MPa。

现以FT_101为例,简要介绍流量处理的过程。首先在AS Program中插入一个SCL块,定义为FC32,作为流量处理的公共函数,块内使用SCL语言编程。主要代码为:

然后,插入OB33,在其中调用FC32即可(图5),其引脚与DB107中对应的实际工程变量连接,经函数Flux计算后,输出变量IFlux[1]、AFlux[1]的计算值(有实际工程意义变量)。此时,利用Win CC图形编辑器的宏功能,采用VB脚本编写代码,可把输出变量归档到WinCC实时数据库中。

最后,调用WinCC实时数据库中的数据变量,经过温压补偿后的FT_101即可在HMI监控画面上实时显示。

6 结束语

该装置建成投产后，PCS7控制系统运行稳定，其开放式的控制方式使操作人员可方便地调整工艺运行时序，提高了效率，基本实现了整套装置无人为干预自动运行。

参考文献

篇3：在线分析仪表在乙烯装置中的应用

【关键词】在线分析仪表；乙烯装置；应用

乙烯生产是化工生产的重要组成部分，对于国家经济及化工行业的发展都具有重要的意义。我国的乙烯工业兴起于上个世纪40年代末期，经过近半个世纪的发展，在生产规模和质量上都有了明显的提升。但在当今化工生产绿色化的要求下，乙烯生产的节能性和环保性还有待进一步加强。为了解决乙烯工业的能耗和污染问题，在线分析仪表应运而生。在线分析仪表能够对乙烯生产过程中产生的污染物质进行有效的监控，并促进了生产工艺的优化，减少了能源的消耗，是当前具有广阔应用前景的一种生存装置。

1.在线分析仪表在生产上的作用

在线分析仪表当前主要应用于生产数据的分析、记录，生产工艺的优化，污染物质的监控等方面，对于环境保护和企业经济效益的提升具有重要的作用。在线分析的目标是：检测出裂解原料转化为乙烯、丙烯产品的转化率，即计算出丙/乙比或甲/丙比的质量比值，最终实现裂解深度控制的目的，由于裂解气中含有大量的重油、水、粉尘等杂质，裂解气必须经有效的处理之后获得洁净的分析样气，才能进色谱进行连续分析。

传统的仪表设备对生产过程的记录和反馈属于间接监控，所能提供的监控数据也通常是设备内部的压强、温度、水位等间接性数据。在线分析仪表对设备内部的监控属于直接监控的方式，能够将生产原料的反映速率、反映程度、气体燃烧程度、转化率、合成率等有效的反馈到分析仪表上，监控人员只需读取仪表盘上相应的数据就能掌控设备内物料的状态，从而对生产过程实现实时、高效的掌握，避免生产事故的发生。

1.1保障安全，稳定运行

在线分析仪表的使用能够确保设备的安全、稳定运行，延长设备的使用寿命，确保企业的生产效率和经济效益。通过实际的应用经验和相关数据的分析可以发现，在线分析仪器在实际的生产过程中有良好的应用效果。应用了在线分析仪表的生产企业在设备的管理和应用效率上都得到了明显的提升，事故的发生率也明显降低了。此外，在线分析仪表还具有一定的事故预警作用，通过数据的动态变化可以及时发现生产过程中出现的问题。

1.2减少污染，保护环境

化工产业生产的最大问题之一就是污染问题，在生态环境状况日益严峻，能源储存量逐年减少的情况下，做好化工产业的节能减排问题具有更为重要的意义。在线分析仪表的应用能够实现对污染物的有效监控，并能减少有害物质的排放。

2.在线分析仪表的应用

在线分析仪表在乙烯生产中进行了有效的应用，实现了对乙烯生产工艺的优化作用，使得生产过程更符合绿色生产的要求。但在实际应用过程中，也存在一定的问题，例如在线分析仪表的结构较为复杂，操作性较差；稳定性较低，后续的维修费用较高等。这些问题有一部分是由于在线分析仪表自身生产设计中存在的问题造成的，有一部分是由于仪表使用不当而引起的。对于这些问题，在今后的发展过程中有待进一步研究和解决。本文着重介绍了在线分析仪表的一些成功应用实例。

2.1小屋通讯系统

为了确保分析仪表的检测效率和质量，仪表通常安装在生产现场。但现场环境的影响因素较多，容易对仪表测量的精确度和稳定性产生一定的影响，而在线分析仪表又属于精密度较高的设备，对环境的稳定性要求较高，环境中的温度、湿度、磁场等都会对仪表的精度产生不同程度的影响。为了减少外界环境因素对仪表度数产生影响，通常会在生产现场构建一个小屋用来专门放置在线分析仪表。仪表的接线从小屋中引出，与相应的设备相连接，产生的信号数据再通过接线传输回仪表，最终在表盘上显示出来。

在仪表接线的选择上一般使用硬接线，但硬接线存在成本高，稳定性差的缺陷，当前相关企业和研究人员正在研发新型的接线材料来代替传统的硬接线，以控制生产的成本及系统的稳定性。目前研发出的一种解决方式是硬接线与光纤的结合使用。光纤的传输效率较高且稳定性较好，十分符合小屋通訊的条件，有效减少的生产成本的投入，缩减了生产工期，简化了设备维护的流程。

2.2气象色谱预处理系统

在乙烯的生产过程中，控制裂解是最重要的生产环节。对裂解过程的控制主要通过对生产压强和生产温度的控制来实现。但这种控制方式属于间接控制，在灵活性和有效性上都难以保证，尤其是材料中存在多色谱气体时，填充剂对于气体的吸收程度不同，反映在图表上的数据和曲线也有所差异，导致最终的分析结果出现偏差。气象色谱的预处理则采用了对气体进行先分离、后检测的处理方式，并且在乙烯反应的各个环节装置中都设置的采样点，对反应的过程进行了全面的分析。

但在气象色谱预处理中，还有一些问题没有得到有效的解决，例如样品的传输效率较差，导致数据传输滞后；裂解过程的温度控制效果差，造成产品中存在较多杂质；产品的提纯、除油效果较差，影响色谱分析结果；存在多条传输管道时，不同管道之间容易相互影响。针对样品传输效率低的问题，可以采用快速回流的方式进行改进，并减少导管的转弯；针对裂解温度控制不佳的问题，可以通过调整压强的方式来解决；针对不同导管间交叉污染的问题，可以采用双通双堵的方式来解决。

2.3微量水分析仪

在乙烯的生产过程中，必须确保裂解气中的含水量为零，否则在后续的生产、反应过程中将会发生严重的生产事故，给操作人员和设备的安全造成极大的隐患。此外，微量水的存在会对生产中使用的催化剂产生腐蚀作用，导致催化剂失效。因此，在乙烯的生产过程中必须对微量水进行有效的监控，对生产原料进行及时的干燥处理。当裂解气中存在微量水时，可以采取三种方式去除微量水。当微量水含量较低时，可以用采样试管进行电伴热加热的方式。当微量水含量较高时，则应当在高于270摄氏度的高温下进行加热，使微量水进行充分的蒸发。此外，还可以通过定期顺控的方式来去除裂解气中的微量水。

2.4热值仪

乙烯的裂解需要使用各种燃料，不同燃料的燃烧性质和程度都不同，热值仪的控制成为了决定裂解效果的关键性因素。热值仪样品和助燃剂必须在充足的空气中进行充分的燃烧，在燃烧的过程中需要不断的补充助燃气体。在燃烧的过程中尽量确保气体的温度保持不变。热值仪能够对燃烧的过程进行实时的反馈，并优化燃烧流程。

3.结束语

随着技术和设备的发展，乙烯生产正在向着规模化、集成化的方向发展，与此同时，乙烯生产过程中产生的污染物也必然有所增加。为了提高乙烯生产的环保性和高效性，应当有效利用在线分析仪表的功能，对生产过程中产生的气体、污染物及能源消耗量进行有效的监控，从而达到优化生产的目的。提高对在线分析仪表的重视程度，培养高水平、有经验的在线分析仪表人员，加强交流与学习，进一步提高在线分析仪表的应用水平，必将使其在乙烯生产方面发挥更大的效能。

参考文献

[1]钱耀红，李亚楠.在线分析小屋系统在EO装置中的应用[J].化工自动化及仪表，2013（07）：39-41.

篇4：变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用

关键词：高聚合度聚氯乙烯树脂,生产,应用

高聚合度聚氯乙烯(HPVC)树脂是指平均聚合度一般在1700以上或其分子间具有轻微交联结构的PVC树脂,其中以平均聚合度为2500的HPVC最为常见。与普通PVC相比,HPVC由于其分子质量高,分子链长且卷曲性大,分子链间的缠结点增多,结晶度也较通用型PVC树脂高,从而使HPVC分子链间的作用力增强,分子链间的滑移困难;同时,又由于HPVC能吸收较多的增塑剂,故其软制品不仅强度高、耐热性好,而且回弹性好、压缩永久形变也小,耐磨、耐寒性优异,具有热塑性弹性体的特点。适合用于汽车配件、密封材料、电线电缆和耐热、耐压软管等方面。因此,HPVC树脂在世界发达国家及国内均得到了发展[1,2]。

HPVC树脂的合成方法以悬浮聚合为主,其中又可分为低温法和添加扩链剂的方法,还有为了获得改性而加入内增塑单体共聚的方法等。不同合成方法所得到的HPVC,其性能还各有其长。

1 国内外生产现状

HPVC的生产技术最早是由日本开发的,1961年日本吴羽化学公司首先报道了一个生产HPVC的配方。日本三菱则采用HPVC制备了聚氯乙烯热塑性弹性体。孟山都化学公司最早实现了工业化生产,1967年该公司首先开发并销售了这类产品,主要用于取代丁腈橡胶(NBR)和氯丁橡胶(CR),由于初期的HPVC生产及加工技术不成熟,一度影响了HPVC的推广应用。20世纪80年代,随着人们对HPVC的了解和对成型工艺的掌握,以及合成方法和机械设备的改进,许多厂商对HPVC的开发越来越重视,相继投入大量精力进行研究和开发,如日本电气化学、日产化学。

信越化学、住友化学、窒素等公司以及美国Exxon Chemical和Occidendel Chemical等公司陆续推出了超高聚合度或超高分子质量的PVC树脂。20世纪80年代中期,HPVC在西欧得到了发展,1988年美国和加拿大的两家公司又开发了该树脂,并实现了工业化生产。20世纪80年代后期,日本的HPVC得到了充分发展,成为世界上最大的生产和销售国。表1是日本信越公司TK-2500系列产品的基本性能[3]。

我国HPVC的开发起步较晚,20世纪80年代后期开始研制。1987年北京化二股份有限公司开始探索开发HPVC,1990年5月通过北京市技术鉴定,并开始商品化生产;之后,武汉葛店化工厂、哈尔滨化工厂研究所与哈尔滨华尔化工有限公司合作开发HPVC获得成功,成为国内最早生产HPVC的厂家。目前,我国已有许多厂家开始生产HPVC,如锦化化工(集团)有限责任公司、天津渤海化工(集团)公司天津化工厂、齐鲁石化股份有限公司氯碱厂等。开发的品种主要有平均聚合度1700、2500、3000、3500、4000等。有资料称哈尔滨化工厂研究所可提供平均聚合度8000以下、凝胶率60%以下的各类不同聚合度PVC树脂。我国HPVC的生产情况见表2。

2 HPVC的加工应用市场情况

目前,HPVC用途分配比例大致为:车辆占45%,建筑材料占23%,电线电缆及电器占14%,软管及管路占12%,其他用途占6%;其成型技术与普通PVC无大的区别,同样可使用挤出、注塑、中空、压延等工艺成型,目前所占比例为:挤出70%、注塑21%、中空7%、压延2%[4]。

2.1 HPVC在电线电缆行业中的应用

虽然普通PVC电缆料性能可满足105 ℃以下一般电线电缆的要求,但其耐寒性、耐油性、低温柔软性、耐磨性、耐热性均较差,且老化后表面光洁度明显变差,不能满足高性能电线电缆的要求,采用HPVC生产的105 ℃电缆料性能完全符合GB/T8815-88《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》标准要求,而且老化前后的强度及伸长率变化小,产品性能好。如北京电线总厂使用北京化二股份有限公司生产的平均聚合度为2500的PVC树脂研制的105 ℃电缆料,性能完全满足要求;无锡塑料造粒厂开发的105 ℃ PVC辐射弹性体电缆料耐寒性、耐油性、低温柔软性优越;黄绪棚等用NBR改性HPVC研制成了综合性能优异的水冷型电缆料,拉伸强度为35 MPa,断裂伸长率为500%,大大超过了标准要求[5,6]。

2.2 HPVC在密封材料中的应用

门窗密封条要求材料具有较高的回弹性,小的压缩永久变形,一定的机械强度,较好的耐老化性及尺寸稳定性,用成本较高的橡胶材料可制备性能良好的密封条,如三元乙丙橡胶,但也存在制品不耐老化、不耐油、不易着色等缺点,且在加工过程中需要硫化,给加工带来一定困难。HPVC具有良好的回弹性,小的压缩永久变形,具有一定的耐磨性和耐屈挠性,耐寒性优异。经过改性的HPVC热塑性弹性体性能与EPDM接近,用其制得的橡胶密封条可满足标准要求,产品易着色、耐老化,生产工艺简单且成本较低,废料可重复加工利用,所以是近年来广泛应用的材料[7]。

2.3 HPVC在制鞋行业的应用

我国制鞋业大多采用传统原料—硫化橡胶、PVC鞋料,其性能已不能满足要求,也有用SBS、PU和改性PVC,但价格较高。HPVC耐寒性好、有弹性、弯曲疲劳强度大、摩擦系数较大,HPVC在制鞋业中主要用于制造注塑鞋、运动鞋和皮鞋底,用它作原料制成的鞋料性能好,有弹性。北京化二股份有限公司用平均聚合度为2500 的PVC树脂生产的鞋底料流动性较好,满足注射鞋加工工艺条件,制成的皮鞋或中、高档旅游鞋已出口到欧洲。另外,北京塑料研究所等几家单位都已开发了这种鞋底料,效果较好。HPVC防滑性好,比橡胶改性PVC耐磨,并克服了SBS鞋底遇热易翘曲的缺点[8]。

2.4 其他方面的应用

HPVC可用于制造耐油管或与丁腈橡胶共混,生产低压缩永久变形的油封材料;可制成人造革制品;与普通PVC共混制成薄膜以及生产各种软管,用于输送热水、油类介质和船用软管等。

3 HPVC生产的工艺路线

HPVC树脂的合成方法以悬浮聚合为主,悬浮法HPVC树脂的生产工艺流程主要包括单体聚合单元和树脂干燥单元,采用通用型PVC树脂工艺流程,如图1所示。其中又可分为低温合成法和扩链剂合成法。其中聚合度在2500 以下的用低温合成法较合适,聚合度在2500 以上的用扩链剂合成法较合适[9]。

3.1 低温合成法

众所周知,氯乙烯悬浮聚合的主要特点之一是链终止形成大分子的方式以活性链向单体链转移为主,原因是氯乙烯单体的链转移常数很大,比一般乙烯基单体的链转移常数要大一个数量级,而且,其链转移常数随温度的改变而有较大变化,故一般情况下,PVC分子质量的大小,仅决定于聚合温度,与其他条件关系不大。当聚合温度高时,链转移速度快,产物的聚合度低;反之,聚合温度低,链转移速度慢,产物聚合度高。所以可以采用降低聚合温度的方法来获得高聚合度的PVC树脂。表3为聚合温度与产物聚合度的对应关系。

虽然通过控制聚合反应的温度,就可获得期望聚合度的PVC,但是,随着聚合温度降低,聚合反应速率大大降低,因此,低温悬浮聚合必须解决两个关键技术:(1)为了缩短反应时间,提高单釜利用率,必须选用适当的高效引发剂体系。引发剂的活性与反应温度直接相关,温度越低活性越差,导致引发速率降低;(2)必须及时导出聚合反应热。氯乙烯单体聚合反应放出大量的热量,聚合反应热的导出,一般采用向聚合釜夹套或内冷管通冷却水的方法,利用冷却水与釜内反应物料的温差导热来实现。聚合温度低时,传热温差减小,为保证釜内外温差以确保传热,需要较高的传热系数、温度更低的冷却水,甚至要求应用冷冻水。对于聚合度2500 的HPVC,聚合温度在35～40 ℃,一般要求冷却水温在25 ℃以下。

3.2 扩链剂合成法

在氯乙烯悬浮聚合中,除加入常用的悬浮剂、引发剂等各种助剂外,再添加少量的扩链剂,则可在相对于低温法略高一些的聚合温度下生产HPVC,即为扩链剂合成法。扩链剂是指其分子内有2个(非共轭)或2个以上反应活性官能团的物质,这些物质与氯乙烯具有反应活性,它可以是单体型,也可以是低聚物。由于扩链剂的加入,能将反应中的2个大分子PVC链自由基联接起来,形成更大的PVC分子链,即扩链作用。因此,能在较高的聚合温度下得到聚合度高的PVC树脂。

与通用型树脂相比,扩链剂生产HPVC的关键技术在以下2点:

(1)选择合适的扩链剂品种和用量,在尽量不形成凝胶条件下,获得高聚合度的PVC树脂;

(2)严格控制聚合温度和转化率等工艺条件。

扩链剂合成法的工艺路线与通用型PVC树脂的工艺路线一样,但是投料方式不一样,扩链剂合成高聚合度PVC树脂的投料方式与通用型PVC树脂的投料方式是相反的。具体的工艺路线见图2所示。

采用低温法和扩链法均可制得符合用户要求的HPVC,但各有利弊,主要表现在以下几点:

(1)采用低温法时,由于聚合温度低、聚合时间长,这样既会增加动力和设备的费用,又会给引发剂的选择带来不便。采用扩链法虽可提高聚合温度、缩短聚合时间、节约成本,但要达到一定的聚合度除了要调控扩链剂用量外,还必须相应控制一定的聚合转化率。

(2)低温法树脂的质量及其制品的力学性能较好,而扩链法树脂细,其加工流变性能较好。

(3)采用低温法和扩链法各有其长处,选择合成方法时应根据生产实际和市场需要作相应的选择。

4 结 论

作为一种性能优良的原材料,HPVC显示出类似橡胶的优异性能,由于加工工艺简单,制品性能优良,价格低廉,可用于制备综合性能优良的PVC软制品或橡胶替代品,并在某些领域得到应用。随着对HPVC配合技术的深入研究,通过与普通PVC、各种弹性体及助剂进行配合改性,HPVC的应用领域将进一步扩大,其应用将更加广阔。开发HPVC软、硬制品具有重大的经济及社会效益。

参考文献

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[3]西根芳树,等.プラスチツチス1,979,30(3):42.

[4]刘方,张军.高聚合度聚氯乙烯弹性体的性能及其应用[J].特种橡胶制品,2000(3):11-14.

[5]沈志刚.汽车用环保PVC电缆料的研制之一—PVC聚合度的选择[C].第32届全国聚氯乙烯行业技术年会暨第2届“佳华杯”论文交流会[A],2010.

[6]黄绪棚,解孝林,曾繁涤,等.高聚合度聚氯乙烯共混改性电缆料的研究[J].湖北化工,2002(1):29-30.

[7]任金华.高聚合度PVC树脂在门窗密封条中的应用[J].聚氯乙烯,1997(6):26-27.

[8]张军.橡胶制鞋材料[M].北京:中国轻工业出版社,1999:156-170.

篇5：变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用

关键词：膜分离；乙烯；氩气；回收

中图分类号：X701；TQ02818 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0169-03

1 概 述

乙二醇装置在乙烯与氧气反应合成环氧乙烷的过程中，乙烯的单程转化率约为8.3%，氧气的单程转化约为21.4%，未反应的乙烯和氧气经循环气压缩机返回到反应进料系统，进一步参与反应。在此循环过程中，随氧气进入循环气系统的氩气会不断累积，累积到一定浓度会对乙烯环氧化反应器的运行安全造成威胁。因此，乙二醇装置通过在循环气压缩机上游排放部分循环气至蒸汽过热炉中作为燃料进行燃烧，以控制循环气中氩气和氮气的浓度之和小于12%，然而在这股排放气中仍含有23%左右的乙烯，直接排放造成了乙烯资源的大量损失。扬子石化乙二醇装置采用美国SD公司专利技术，于1987年建成投产，经过1999年的扩能改造和2013年新增18万t/a环氧乙烷改造项目的实施，目前扬子石化乙二醇装置共有2套氧化系统，每小时循环气的排放量共约200 Nm3/h，回收這部分循环气中排放的乙烯具有较好的经济效益。因此，扬子石化乙二醇装置在2014年11月增设膜分离回收乙烯单元，对2套氧化系统循环气排放气进行回收，运行状况良好。

2 膜分离回收乙烯单元原理

气体膜分离过程是一种溶解扩散机理，混合气体首先溶解于高分子膜的一侧表面，然后沿着高分子膜中的浓度梯度扩散至高分子膜的另一侧，最后在高分子膜的另一侧表面解吸。渗透系数P用来描述气体在高分子膜的渗透性能，渗透系数P为扩散系数D和溶解系数S的乘积。分离系数α用来衡量高分子膜对于混合气体中不同组分的分离性能，分离系数α是两种气体在高分子膜内渗透系数P1和P2的比值，即：

α1/α2= P1/P2= [D1/D2]×[S1/ S2]

不同气体组分在高分子膜中的扩散系数D随着气体分子尺寸的增大而减少，不同气体组分在高分子膜中的溶解系数S随着气体分子的可凝性增加而增加，即分子尺寸大的气体溶解系数S大。气体组分在高分子膜中的渗透能力主要是由扩散系数决定的，分子尺寸越小，其渗透系数P 越大。

扬子石化乙二醇装置的膜分离回收乙烯单元采用具有“反向”选择性的高分子复合膜，在一定的渗透推动力作用下，根据循环气中不同组分在膜中溶解扩散性能的差异，可凝性有机蒸汽（如乙烯、丙烯、重烃等）与惰性气体（如氢气、氮气、氩气、甲烷等）相比，被优先吸附渗透，从而达到分离的目的。

3 膜分离回收乙烯单元的优点

①工艺流程简单，容易实施；

②设备简单，易于操作；

③能耗低，只有少量电量消耗，主要是靠膜两侧工艺气体压差来实现气体的分离；

④采用的膜组件具有耐有机溶剂、耐高压、分离性能高等优点。

4 工艺流程

膜分离回收乙烯单元的工艺流程主要分为原料气预处理部分及膜分离部分。2套氧化系统的循环排放气经膜分离界区外的调节阀进入膜分离单元，称为膜分离单元的原料气。原料气先经聚结过滤器，脱除气体中含有的固体杂质和微小液滴。经过滤预处理后的原料气进入膜分离部分。膜分离部分由9台并联的膜分离器组成，原料气在一定的压差推动下，在渗透侧得到富集乙烯组分的渗透气进入尾气回收压缩机入口，未渗透气体（即尾气）经控制阀PV-8101，去乙二醇装置原放空系统，作为蒸汽过热炉的燃料进行燃烧。工艺流程，如图1所示。

5 膜分离回收乙烯单元运行状况的影响因素分析

5.1 膜分离回收乙烯单元指标

5.1.1 乙烯回收率

增设膜分离回收乙烯单元的目的就是要回收循环气排放气中的乙烯，降低乙烯损失，乙烯回收率是衡量膜分离回收乙烯单元运行状况的重要指标。

5.1.2 氩气脱除量

由于循环气进行适当排放的主要目的是脱除氩气等惰性气体，因此，膜回收分离乙烯单元的氩气脱除量是衡量其运行状况的另一个重要指标。乙二醇装置分析中心只能分析出氧气和氩气的浓度和，不能单独分析氩气的浓度，因此在实际操作中，用循环气系统在线质谱仪显示的循环气中氩气浓度来衡量氩气的脱除量是否满足工艺要求，只要保持循环气中氩气浓度稳定即可。

5.2 膜分离回收乙烯单元运行状况的影响因素分析

5.2.1 每组膜组件处理的原料气量

乙二醇装置膜分离回收乙烯单元共有9组膜组件，可以根据需要进行增减。每组膜组件处理的原料气量增大，乙烯回收率减小，氩气脱除量增大，但是膜组件处理的原料气量不能无限制增大，为了不因处理气量过大而损坏膜组件，原料气膜前压力和尾气侧压力差不能超过50 kPa。

为了保持装置循环气系统氩气浓度稳定，且膜分离回收乙烯单元的乙烯回收率达到80%以上，在只回收1#氧化系统循环气排放气的情况下，对每组膜组件处理的原料气量进行了摸索，结果见表1。

表1结果表明，在每组膜组件处理原料气量为130 Nm3/h左右，投用3组膜组件时，装置循环气中氩气浓度可以维持稳定，满足工艺要求，且乙烯回收率达到82.43%左右，此时原料气膜前压力和尾气侧压力差在7 kPa左右， 不影响膜组件的安全运行。

5.2.2 膜前压力

膜分离回收乙烯单元主要是靠膜两侧的压差来实现循环气排放气中各组分的分离，而渗透侧压力保持在23.5 kPa左右（尾气回收压缩机入口压力基本稳定），因此，原料气膜前压力是影响膜分离回收乙烯单元运行状况的重要因素。膜分离回收乙烯单元在投用3组膜组件，原料气进料量在390 Nm3/h时，其乙烯回收率与膜前压力的关系见表2，可以看出原料气膜前压力升高，乙烯回收率随之提高，在膜前压力升高至1 100 kPa时，膜分离回收乙烯单元乙烯回收率提高至80.72%，达到其设计的80%的乙烯回收率。膜分离回收乙烯单元满负荷设计膜前压力为1 200 kPa，由于受到膜组件自身条件的限制，原料气膜前压力尽量不要超过1 200 kPa运行，因此，原料气膜前压力控制在1 100 ～1 200 kPa为宜。

5.2.3 总原料气流量

膜分离回收乙烯单元设计总原料气处理量为820 Nm3/h（100%负荷），总原料气流量越大，可以投用的膜组件数越多，可以提高乙烯回收率和氩气脱除量。由于膜分离回收乙烯单元尾气要进入蒸汽过热炉进行燃烧，受限于蒸汽过热炉的设计热负荷，当尾气流量达到200 Nm3/h时，蒸汽过热炉自身燃料气调节阀开度会很小（6%以内），一旦装置出现波动，尾气流量突然中断，有可能会造成蒸汽过热炉熄灭，进而造成乙二醇装置全线紧急停车，这是比较危险的，而按照每组膜组件处理原料气量为130 Nm3/h，原料气流量为820 Nm3/h时，需要投用6或者7组膜组件才能保证循环气中氩气的浓度平稳，但是此时尾气流量会超过200 Nm3/h，因此，膜分离回收乙烯单元原料气量达不到820 Nm3/h，只能投用5组膜组件。投用5组膜组件时，一般原料气流量在600～650 Nm3/h时，2套氧化系统循环中氩气浓度能够保持相对稳定，膜分离回收乙烯单元的尾气量在152 Nm3/h左右，蒸汽过热炉自身燃料气调节阀开度在20%左右，自身燃料气流量相对处于比较安全的范围，尾气流量中断也不会造成蒸汽过热炉熄灭。

5.2.4 膜前温度

在一定温度范围内，原料气膜前温度越高，原料气各组分对膜的渗透性能越好，可以处理的气体流量增大，但是膜分离回收乙烯单元在膜前温度达到45 ℃时高报警，膜前温度达到50 ℃联锁停车，因此，受限于膜组件的设计要求，原料气膜前温度控制在30 ℃左右为宜。

5.3 最佳工艺条件及运行效果

经过上述分析，膜分离回收乙烯单元的最佳工艺条件为：膜前压力控制在1 100～1 200 kPa，膜前温度控制在30 ℃左右，原料气流量控制在600～650 Nm3/h，每组膜组件处理原料气量为130 Nm3/h（即投用5组膜组件），尾气量在152 Nm3/h左右，此时乙烯回收率在86%左右，循环气中氩气浓度维持稳定，膜前压力和尾气压力差在7 KPa左右，满足工艺要求和膜组件操作要求。膜分离回收乙烯单元在最佳工艺条件下运行时各股气體组成，见表3。

6 经济效益核算

根据上述条件，投用膜分离回收乙烯单元后，乙二醇装置排放的乙烯量为152*0.1201=18.2 Nm3/h，投用膜分离回收乙烯单元前，乙二醇装置排放的乙烯量为200*0.2349=46.98 Nm3/h，年乙烯回收量为（46.98-18.2）*28/22.4*8 000=287.8 t/h。

按目前乙烯价格计算，膜分离回收乙烯单元每年节省乙烯原料成本253万元。

7 结 语

乙二醇装置循环气排放气直接排放至蒸汽过热炉燃烧，造成了乙烯原料的浪费，扬子石化乙二醇装置通过增设膜分离回收乙烯单元对循环气排放气中的乙烯进行回收，运行比较稳定。

7.1 最佳工艺条件

膜前压力控制在1 100～1 200 kPa，膜前温度控制在30 ℃左右，原料气流量控制在600～650 Nm3/h，每组膜组件处理原料气量为130 Nm3/h（即投用5组膜组件）。

7.2 回收率高浓度稳定

膜分离回收乙烯单元在最佳工艺条件下乙烯回收率为86%左右，氩气脱除量能够满足乙二醇装置氧化系统工艺要求，循环气中氩气浓度稳定。

7.3 经济效益

每年可节省乙烯原料287.8 t，减少乙烯原料成本253万元，经济效益显著。

参考文献：

[1] 孙继卫.乙烯水合乙醇反应工艺的工程改进研究[D].北京：北京化工大 学，2000.

篇6：制氢装置变压吸附单元改造

1工业装置

1.1工艺流程

由图1可知,混合原料(压力2.2MPa,温度40℃)经分液罐后由吸附塔底部进入,在复合吸附床(由多种吸附剂组成)中进行选择吸附, 除去杂质,获得纯度大于99.9%的氢气,稳压后送出界区。此外,PSA单元还产生逆放气和冲洗气。

1.2存在的问题及分析

制氢装置自2007年投产以来,PSA单元运行不稳定,在此期间,对PSA单元程控阀进行了多次检修。2010年后,在装置平稳运行过程中,出现了产氢量不足现象,最高产氢量仅为32000m3/h。同时,针对吸附剂失活问题,进行了热氮气提操作,对部分吸附剂进行再生,此后最高产氢量也只有35000m3/h。另外,装置还存在其他问题:(1)当PSA进料量达到48000m3/h时,产氢量约为35000m3/h,继续提高进料量,为满足产品纯度要求,只能缩短吸附时间,致使尾气量由12000m3/h增加到20000m3/h;(2)当吸附时间由78 s延长至81 s时,尾气中CO与CO2体积分数出现超标现象;(3)装置实际氢气回收率仅为77.32%,低于设计值(88.00%),尾气中含氢体积分数为40.27%,高于设计值(27.00%)。

究其原因,主要是:(1)吸附剂性能差,或者吸附剂的配比不合理[4],造成装置处理能力降低,产能不足;(2)吸附剂被加氢低分气中的重烃组分污染,从而降低了吸附效果;(3)吸附剂再生频繁,造成氢气损失量增加,氢气回收率降低;(4)均压管线直径设计不合理,导致均压气速过高,致使吸附剂粉化且由气流带出,装置处理能力降低。此外,均压气速过高,对程控阀亦产生影响,再加上粉化后的吸附剂易堵塞程控阀的主密封件,缩短了装置运行周期。

2装置改造

2.1工艺流程

在吸附塔底增设程控阀(DN 300)作为冲洗气出口阀,将逆放和冲洗过程分开,这样不仅可以避免高压逆放过程对冲洗再生的影响,而且还可实现吸附塔的自动切换功能,提高装置的检修灵活性和可靠性。另外,分别将逆放气和冲洗气改进尾气缓冲罐和混合罐。

2.2分液罐

PSA吸附剂极易吸水,而且脱附困难,导致吸附能力降低[5]。改造后,在分液罐上部装填5t吸附剂(牌号为HXBC-30 D),装填容积为10m3。增加预处理吸附剂后,可以吸附加氢低分气中重烃组分及进料中的水,以保护PSA吸附剂,确保吸附剂使用寿命。

2.3吸附剂

由表1可知,装置改造后,减少了活性炭的用量,分子筛的用量有所提高。此外,在吸附塔顶部新增NA-CO吸附剂,它是以活性炭为载体的金属络合吸附剂,对CO的络合吸附能力强,可有效降低产物中CO体积分数。

注:改造前吸附剂由四川天一科技股份有限责任公司生产,改造后吸附剂由成都华西化工科技股份有限公司生产。

2.4程控阀

将程控阀更换为金属转矩密封三偏心蝶阀(由成都华科阀门制造有限公司生产),阀芯密封圈与阀座间无摩擦,阀门密封性能优良[6]。该阀密封等级达到ANSI Ⅵ级,平均无故障运行时间大于3 a。

2.5吸附塔的塔顶出口收集器

改造前,检修发现吸附塔顶端的收集器法兰损坏,过滤网挤压变形。这是由于过滤筒与塔壁间隙小,气体经收集器时阻力大,在装置运行过程中,分布器随压差变动出现震动,导致分布器损坏,吸附剂粉化严重。

改造后,将收集器长度增加到787mm,过滤网的环隙比也有所增加,这样可以降低气体阻力,减弱对收集器的冲击,同时又降低了现场噪音。此外,收集器与吸附塔连接方式由法兰压紧式固定改为焊接固定,改善了吸附剂跑损情况。

3改造效果评价

2012年3月改造后的制氢装置开车成功,经过初期参数调整后,PSA单元运行状况良好。

3.1产品氢纯度

经在线分析和手动取样分析可知,产品的纯度大于99.9%,尾气中CO平均体积分数由改造前的57.05×10-6降为改造后的6.30×10-6,低于设计值(10.00×10-6)。

3.2产氢量

由表2可知,当原料中含有3000～3400m3/h的低分气时,PSA单元的产氢量为50000～51000m3/h,装置运行平稳,产氢量较改造前有大幅度提高。

3.3氢气回收率

由表3可知,通过原料气、产品氢纯度分析值和在线流量值测算,氢气回收率大于88.00%,尾气中平均含氢气体积分数为22.99%,二者均达到设计要求。

4结论

装置改造后,当进料中含有3000～3400m3/h的加氢低分气时,产氢量为50000～51000m3/h,产品纯度大于99.9%,尾气中CO平均体积分数由改造前的57.05×10-6降为改造后的6.30×10-6,氢气回收率大于88.00%,尾气中平均含氢气体积分数为22.99%。上述各指标均达到设计要求,改造后装置运行平稳。

参考文献

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[5]王辉,常永胜.干气制氢装置低负荷运行时的操作优化[J].石化技术与应用,2012,30(2):156-159.

篇7：变压吸附装置在聚氯乙烯树脂生产中的应用

关键词：变压器；油中溶解气体；在线监测

中图分类号：TM406文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0030-02

随着我国经济的快速发展，电网容量逐渐增大，电压等级也随之提高，设备故障所产生的影响也相应增大。作为变压器是在电力系统中最重要、最昂贵的设备之一，其运行状态的安全与否直接关系到整个电力系统的安全性和经济性。因此，随时检测变压器绝缘油中的气体，及时发现变压器内部故障的第一手资料，是保障供电可靠性的重要手段之一。

常规的油色谱分析法是基于实验室的分析技术，通过现场采取油样后在实验室定期进行分析。其缺点是在取油样周期间隔中，无法对变压器油中气体进行实时有效的监测，对某些发展比较快的突发故障就成了漏网之鱼，造成不必要地损失。而且在取样试验过程中环节比较多，存在较大的人为误差，影响其数据的准确性。变压器油中溶解气体在线监测装置的使用有效地解决试验室油样分析的限制，既可及时发现变压器内部潜伏性故障，又可以监控变压器运行中油色谱数据的变化规律，大大提高了变压器的运行可靠性和安全性。

1油色谱在线监测装置的工作原理

1.1系统功能分类

①单组分监测系统。仅对油中溶解的单组分气体或某几种气体成分总量作检测。我局采用的有中能电力科技开发有限公司生产的 Hydran201i型，深圳奥特迅传感技术有限公司生产的TransPro KG2100A、2100B。

②多组分监测系统。对油中溶解的多个气体成分作定量检测。我局采用的有河南省中分科技有限公司生产中分3000型变压器油中气体在线监测装置。

1.2系统组成

油色谱在线监测系统一般由油气分离单元、气体检测单元、数据分析单元和数据传输单元。

①油气分离单元。由于气体检测器一般不能和变压器油直接接触。当前各种在线监测系统的油气分离方法主要有：机械震荡分离法、真空脱气分离法、透气膜分离法。前两种多与实验室采用的方法一致，主要用于多组分油在线监测装置，如河南省中分科技有限公司生产中分3000型。后一种多用于单组分的油在线监测装置，如：中能电力科技开发有限公司的Hydran201i型和深圳奥特迅传感技术有限公司生产的TransProKG2100A、2100B。

②气体检测单元。将油气分离单元脱出的油中溶解气体在气体检测单元完成转换。检测单元通过直通管与气体分离单元相连，油中渗透出来的混合气体经色谱柱分离后，再经传感器，则得到各种气体的含量：氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）和二氧化碳（CO2）。单组分的油在线监测装置常采用燃料电池等方案。

2各类在线监测装置的运行情况（截止2010年底）

①河南省中分科技有限公司生产的中分3 000型变压器油中气体在线监测装置。

该设备可分别检测七种主要故障特征气体的浓度，采用传统的色谱柱在线监测，相当于实验室的微型版，测试数据与离线试验数据接近，能直接反应变压器油内部的真实情况。但由于它是离线实验室的微型版，采用的辅助设备较多，需载气和一些消耗品，因此一般情况要求每两年更换一次载气，再者它在室外，环境较现实的实验室恶劣，因此对各种零件的损坏比较大，要多采用耐高温，抵寒冷的材料。虽然如此，随着仪器的运行时间推移，其暴露问题也逐渐增多，仅2010年河南中分3 000就出现了15次故障，故障率为35.7%。故障主要有二个，其一为设备软件问题，如出现3次客户端软件数据不更新，需现场重启仪器后方能恢复正常，还出现软件参数设置问题，需修正软件参数后才可正常。其二为设备硬件故障，主要为仪器无线模块、主板、电路板或电源板烧坏（出现5次），另一个为设备油路回油阀、电磁阀漏油，需更换或维修。

②中能电力科技开发有限公司生产的Hydran201i型变压器油中气体在线监测装置。

该设备由于是通过一种具有选择性的渗透膜进入电化学气体监测器内，再经过电化学反应，产生一个与反映量成比例的电信号，可检测主要故障特征气体的复合浓度—氢气（H2）、一氧化碳（CO）、乙炔（C2H2）和乙烯（C2H4），反应出变压器内部油的变化趋势。它所需辅助设备少，因此日常的维护工作较少。但由于它是一种复合气体，要经进系数（渗透膜的渗透系数）的转换，才能算出各种气体的具体数值，因此它与实验室离线色谱数据有一定的差距。同时，它要求渗透膜的技术含量很高，一要渗透性强，要求传递过来的气体能充分反应变压器油中气体的含量。二是要求隔离性强，保证变压器的油不会因此泄漏、污染。该设备目前出现的问题是：稳定性较差，故障类型的多样性，有传感器损坏，误报警、通讯故障等，2010年中能公司的在线监测装置共发生误报警、故障3台次，故障率为20%。主要为500 kV横沥站出现通讯故障，调整通讯装置后恢复正常，还有一宗为传感器渗透膜损坏需更换，另一宗为设备数据处理模块I/O损坏。

③深圳奥特迅传感技术有限公司生产的TransPro KG2100A、2100B、KG3100A型油中气体在线监测装置。

它也是采用透气膜分离法，利用气体渗透膜透气性和气体在燃料电池电极上发生电化学反应，再把化学信号变换为电信号。在安装使用前期，也出现设备升级，元件损坏情况，到后来逐渐稳定。在2010年内未出现故障情况。其缺点是，该设备的测量数据也为复合浓度，未能达到试验数据直观的目的。故障分析能力一般，对故障类型无法直接判断。

④实例应用，主要通过以下实例应用前的问题以及应用的效果加以说明。

其一，220 kV立新变电站#2主变为奥地利VA TECH伊林电气公司生产，2000年4月投入运行，该主变自投运以来运行状况良好，在油色谱分析中未见异常。在2007年10月9日，实验室油色谱分析发现总烃含量增速加快，含量达到94.85μL/L。于是加强对＃2主变的运行监控，缩短了试验周期，由原来的每半年一次预试，改为每月跟踪试验。在2008年4月，在#2主变安装了河南中分3000色谱在线监测系统，对其进行实时监控。经对比，两者数据基本一致。这时，为了更好地实时掌握油色谱试验情况，我们采用在线监测装置代替离线油色谱跟踪试验。到2009年6月22日，我们从在线监测装置看到，总烃含量突增为238μL/L；到6月26日，短短的四天时间，总烃又增到301μL/L。经现场多方面调查，我们初步考虑为变压器过热性故障，建议变电站降低负荷一半，并随时留意数据变化。同时，将＃2变油在线监测装置试验周期改为每日三次。由于故障分析准确，采取地措施得当，在迎峰度夏期间，#2主变油色谱总烃数值稳定在300μL/L左右。2010年1月，为避免220 kV立新站#2主变潜在的安全运行风险，我们将#2主变更换并返厂吊心检查，发现：＃2主变变高A、B相出线处的导线没有接直，形成弯曲搭接现象，导致弯曲搭接部分形成了分流，而搭接部分又严重接触不好，长期发热，导致出线断股现象。所以在变压器负荷增大时，过热性故障更明显。实践表明，变压器油中溶解气体在线监测系统检测的数据是可靠的，由此进行的故障性质及故障发展趋势的判断是准确、及时的。

其二，500 kV东莞站#1主变A相在2006年5月第一次在实验室检测出含有微量乙炔0.2μL/L，后加装中能电力科技开发有限公司生产的Hydran201i型变压器油中气体在线监测装置进行跟踪监测，以减少离线油色谱跟踪试验次数，现数据趋于平稳。

其三，目前，我局在所有500 kV变电站加装油在线监测装置。在2010年我局生技部明确，对已安装油在线监测装置的变压器，且在在线监测装置正常的情况下，可取消迎峰度夏期间，对500 kV主变每月取油样进行实验室分析的预试计划，按正常油预试周期（每三个月一次）进行。这极大地减轻了我们试验人员工作量。

3油在线监测装置的发展前景

在当今“以人为本”的社会中，在线监测技术是未来发展的方向。变压器油中溶解气体在线监测技术弥补了实验室对绝缘油进行定期取样和分析的不足，它可以对设备实现连续监测，其检验周期可以达到数分钟一次，利于发现变压器内部早期故障的发生和演变过程，让潜伏性故障无所遁形。这样，既可以减少人工测量所需的工作量，又可减少故障漏报的风险和损失。目前在线监测技术虽然与实验室油中溶解气体分析技术相比仍有一些差距，设备缺陷故障维护方面动用的人力较多，但我们相信，在不久的将来，在线监测技术的不断成熟，它将取代人工定期取样化验分析，逐渐实现以在线监测为基础的状态检修，大大降低人力、物力。

参考文献：