Установка выделения водорода из синтез-газа «Монсанто-1»
Синтез-газ поступает на установку двумя потоками из цехов производства аммиака третьей и четвертой очереди через регулирующие клапаны поз.FCV100_1M и поз.FCV100_5М соответственно. Расход, температура и давление контролируются приборами поз.F100_1M и F100_5M; T100_2M и T100_6M; P100_3M и P100_7M соответственно.
После смешения двух потоков синтез-газ проходит через фильтр для удаления механических примесей.
Процесс предварительной обработки синтез-газа проводится под давлением от 11,0 до
13,7 МПа (от 110 до 137 бар). Уменьшение давления от давления нагнетания компрессоров синтез-газа цехов аммиака-3 и аммиака-4 до рабочего давления стадии предварительной обработки проводится в две ступени. Первая ступень уменьшения давления – на клапанах поз.FСV100_1M и FСV100_5M. Здесь давление снижается до значения не более 17,5 МПа (175 бар) и эта величина поддерживается регулятором поз.PIC115_1M. Вторая ступень – на клапане поз.PСV115_1M от 11,0 до 13,7 МПа (от 110 до 137 бар). Это давление поддерживает регулятор поз.PIC106_4М, управляющий клапаном на выходе непроникающего потока из 1-ой ступени призменных сепараторов.
Защита оборудования, расположенного после клапана поз.PСV115-1M, от увеличения давления обеспечивается предохранительным клапаном с пропускной способностью, равной общей пропускной способности клапанов управления потоком (поз.FСV100_1M или FСV100_5M) в полностью открытом положении, в то время, как другой клапан управления потоком поз.FСV100_5M или FСV100_1M работает с нормальной пропускной способностью.
Для уменьшения массовой доли аммиака в питающем газе до значения не более 1 млн-1 поток газа поступает в скруббер поз.101, который имеет высокоэффективную структурированную насадку, что обеспечивает большую площадь поверхности и хороший контакт между проходящим газом, содержащим аммиак, и орошающей водой.
Синтез-газ поступает в нижнюю часть скруббера и проходит вверх, где орошается водой высокого давления. Вода подается в верхнюю часть скруббера и, проходя вниз, абсорбирует аммиак.
Газ в скруббере отмывается от аммиака и выводится из верхней части скруббера.
Аммиачная вода с массовой долей аммиака от 9 до 13 % из нижней части скруббера через автоматический регулятор уровня поз.LIC101_1M направляется в емкость поз.Е-1 УТГ.
Вода с расходом не более 4 000 кг/ч по прибору поз.F102_1MN подается в верхнюю часть скруббера насосами поз.102А или 102В. Давление воды всасе насосов поз.102А, В и поз.202А, В поддерживается клапаном поз.PCV102M от 0,5 до 0,7 МПа (от 5 до 7 бар). На всас данных насосов может быть подан как отпарной конденсат, так и глубокообессоленная вода. На линии всаса насосов установлены фильтр для удаления механических примесей в пусковой период и местные приборы для измерения давления и температуры. Для уменьшения колебаний давления, вызванных возвратно-поступательными движениями насоса, установлен стабилизатор всаса поз.121, наполняемый азотом.
На всасе каждого насоса установлены ручная задвижка и предохранительные клапаны поз.PSV102-14 и PSV102-18 с пропускной способностью, равной количеству газа, способного пройти через рециркуляционный клапан насоса, если насос остановлен.
На нагнетании каждого насоса установлены предохранительный клапан поз.PSV102-5 и поз.PSV102-9, манометр, демпфер, обратный клапан и вентиль нагнетания.
Расход воды в скруббер измеряется расходомером поз.F102_1MN и регулируется изменением оборотов насоса поз.102А, В. Предусмотрена сигнализация минимального расхода воды (менее
1 900 кг/ч). Если расход продолжает уменьшаться, прибор поз.F102_1MN включит защитную блокировку №1, описанную в разделе 3.19.2. «Блокировки».
Газ из верхней части скруббера с температурой не более 51 °С поступает в кожухотрубный теплообменник поз.103, где охлаждается до температуры не более 39 °С, измерение которой осуществляется на ЦПУ прибором поз.T103_1М. В качестве хладагента используется оборотная вода из ВОЦ-11.
Затем газ поступает в брызгоуловитель поз.104, где установлена брызгоулавливающая насадка, рассчитанная на отделение брызг сконденсированной влаги в питающем газе.
Жидкость, накапливаемая в нижней части брызгоуловителя, содержит аммиак и направляется в емкость поз.Е-1 через клапан поз.ХV 104-1, периодически открываемый регулятором уровня в брызгоуловителе поз.LS104-1M.
При уровне в брызгоуловителе поз.104 25 % и 75 % сигнализаторы минимального и максимального уровня поз.L104_4М и L104_3М вызывают срабатывание схемы блокировки, описанной в разделе «Блокировки».
Индикатор перепада давления поз.DP104_5М контролирует состояние элемента внутри камеры.
Чтобы обеспечить стабильную и оптимальную работу призменных сепараторов и не допустить конденсацию воды из газа на поверхности сепараторов, что создает сопротивление потоку газа, газ подогревается в вертикальном двухтрубном теплообменнике поз.105 до температуры не более
42 °С. Пар 7 поступает в подогреватель из цехового коллектора. Конденсат из подогревателя отводится в линию конденсата. Температура газа после подогревателя поз.105 поддерживается регулятором поз.TIC105_1M, изменяющим расход пара в подогреватель.
При увеличении температуры газа более 43 °С предусмотрена сигнализация, при увеличении температуры более 46 °С по прибору поз.Т105_3M срабатывает противоаварийная защита по блокировке №1, описанная в разделе 3.19.2. «Блокировки».
Процесс выделения водорода из газовой смеси основан на принципе селективного (избирательного) проникновения водорода через полимерные мембраны из полого волокна в призменных сепараторах.
Призменный сепаратор – вертикально установленный аппарат с тремя штуцерами:
- сбоку, в нижней части, для ввода свежей газовой смеси;
- снизу, для отвода газов, прошедших через стенки волокон;
- сверху – для отвода газов,обедненных водородом (непрошедшего потока).
Находящиеся внутри волокна собраны в пучок таким образом, что открытые концы волокон соединяются с нижним штуцером. Таким образом, весь аппарат разделен на две зоны: разделяемая смесь непрерывно поступает в зону «А», часть потока проникает в зону «Б» и постоянно отводится (прошедший газ). Непрошедший газ постоянно отводится из зоны «А».
Выделение водорода основано на различии газопроницаемости компонентов газовой смеси.
Для выделения водорода с объемной долей от 95,5 % до 99,8 % по прибору поз.А107_1М синтез-газ проходит две ступени очистки в призменных сепараторах.
Газовая смесь из подогревателя поз.105 расходом не более 32 000 м3/ч по прибору поз.F115_6M поступает на первую ступень сепарации поз.106, состоящую из 11 призменных сепараторов, через отсекатель поз.DV106-1А, который автоматически закрывается при срабатывании блокировки № 1. Он имеет байпас с ограничительной шайбой RD105-1 для набора давления в сепараторах в пусковой период.
В период пусковых операций и при нарушении условий работы сепараторов предусмотрена байпасная линия всего блока первой ступени сепараторов с отсекателем поз.DV106-1С, который открывается при изменении одного из параметров блокировки № 1, описанной в разделе 3.19.2.»Блокировки».
Газ, проникающий сквозь стенки полых фибров призменных сепараторов, собирается в трубном коллекторе под давлением не более 5,5 МПа (55 бар) по прибору поз.Р107_3М и направляется на вторую ступень очистки поз.107, состоящую из 12 призменных сепараторов.
Непрошедший газ с частично уменьшенной концентрацией водорода направляется на рециркуляцию синтез-газа. На выходе непрошедшего потока установлен отсекатель поз.DV106-1В, который автоматически закрывается при срабатывании блокировки №1.
Расход непрошедшего потока измеряется на ЦПУ прибором поз.F106_10М. Давление предварительной обработки и в призменных сепараторах первой ступени поддерживается регулятором давления поз.PIC106_4М, расположенным на линии непрошедшего газа.
Давление в коллекторе после первой ступени и на входе во вторую ступень призменных сепараторов поддерживается регулятором поз.PIC107_9М, расположенным на линии непрошедшего газа со второй ступени очистки, поток которого направляется на рециркуляцию синтез-газа.
Расход газа, направляющегося на вторую ступень призменных сепараторов, измеряется расходомером поз.F106_7М и регулируется (в пусковой период) клапаном поз.HCV107М. Ручная байпасная линия с ограничительным отверстием, проложенная в обход клапана, используется для предварительного набора давления в пусковой период.
Чтобы избежать резкого увеличения давления и высокой скорости газа, направляющегося в сепараторы, давление в сепараторах набирается с помощью байпасной линии не менее 4,8 МПа
(48 бар), что равно установочной точке переключателя давления поз.P107_3М, после чего включается в работу регулирующий клапан поз.HСV107М.
Блок призменных сепараторов второй ступени защищен от увеличения давления предохранительными клапанами, которые открываются при давлении 7,75 МПа (77,5 бар).
Водород высокой чистоты расходом не более 16 200 м3/ч по прибору поз.F107_5М и давлением не более 3,1 МПа (31 бар) через регулирующий клапан поз.PСV107_5M направляется потребителю: в цех ГАС, гидрирования бензола на кабину осушки № 1 цеха метанола.