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Die Luftzerlegungsanlage KDON-32000/19000 ist die zentrale öffentliche Infrastrukturanlage für das Ethylenglykolprojekt mit einer Kapazität von 200.000 t/a. Sie liefert hauptsächlich Rohwasserstoff für die Druckvergasungsanlage, die Ethylenglykolsyntheseanlage, die Schwefelrückgewinnung und die Abwasserbehandlung. Darüber hinaus stellt sie Stickstoff unter hohem und niedrigem Druck für die Anfahr- und Abdichtungsprozesse verschiedener Anlagenteile des Ethylenglykolprojekts bereit und liefert außerdem Betriebs- und Instrumentenluft.
A. Technischer Prozess
Die Luftzerlegungsanlage KDON32000/19000 wurde von Newdraft entwickelt und gefertigt. Sie arbeitet mit folgendem Prozessablauf: Molekulare Adsorptionsreinigung bei niedrigem Druck, Kühlung durch einen Luftbooster-Turbinenexpansionsmechanismus, interne Sauerstoffkompression des Produkts, externe Stickstoffkompression bei niedrigem Druck und Luftbooster-Zirkulation. Der untere Turm ist ein hocheffizienter Siebplattenturm, der obere Turm arbeitet mit strukturierter Packung und einem vollständigen Destillationsverfahren zur Gewinnung von wasserstofffreiem Argon.
Die Rohluft wird über den Einlass angesaugt und durch den selbstreinigenden Luftfilter von Staub und anderen mechanischen Verunreinigungen befreit. Die gefilterte Luft gelangt in den Zentrifugalkompressor, wird dort verdichtet und anschließend in den Luftkühlturm geleitet. Während der Kühlung werden auch wasserlösliche Verunreinigungen entfernt. Die aus dem Kühlturm austretende Luft durchläuft den Molekularsieb-Luftreiniger. Kohlendioxid, Acetylen und Luftfeuchtigkeit werden adsorbiert. Der Molekularsieb-Luftreiniger arbeitet in zwei Betriebsmodi: einem aktiven und einem regenerierenden. Der Betriebszyklus beträgt etwa 8 Stunden, wobei der Reiniger alle 4 Stunden umgeschaltet wird. Die automatische Umschaltung wird durch ein bearbeitbares Programm gesteuert.
Die Luft nach dem Molekularsiebadsorber wird in drei Ströme aufgeteilt: Ein Strom wird direkt als Instrumentenluft für die Luftzerlegungsanlage entnommen, ein weiterer gelangt in den Niederdruck-Plattenwärmetauscher, wird durch das mit Ammoniak verunreinigte Rücklaufgas gekühlt und tritt anschließend in den unteren Turm ein. Ein dritter Strom gelangt zum Luftverdichter und wird nach der ersten Verdichtungsstufe in zwei Ströme aufgeteilt. Ein Strom wird nach der Druckreduzierung direkt entnommen und als System- und Geräteluft verwendet, der andere wird im Verdichter weiter verdichtet und nach der zweiten Verdichtungsstufe erneut in zwei Ströme aufgeteilt. Ein Strom wird entnommen, auf Raumtemperatur abgekühlt und gelangt zur weiteren Verdichtung an den Verdichtungsanschluss des Turbinenexpanders. Anschließend wird er durch den Hochdruckwärmetauscher geleitet und tritt zur Expansion und Verdichtung in den Expander ein. Die expandierte, feuchte Luft gelangt in den Gas-Flüssigkeits-Abscheider, und die abgetrennte Luft tritt in den unteren Turm ein. Die aus dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeschiedene flüssige Luft gelangt als Rücklaufflüssigkeit in den unteren Turm. Der andere Strom wird im Booster weiter verdichtet und anschließend im Kühler auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach tritt er in den Hochdruck-Plattenwärmetauscher ein, wo er mit flüssigem Sauerstoff und dem verunreinigten Rücklaufstickstoff verdampft wird. Dieser Teil der Hochdruckluft wird verflüssigt. Nachdem die flüssige Luft am Boden des Wärmetauschers abgeschieden wurde, gelangt sie nach der Drosselung in den unteren Turm. Dort wird die Luft zunächst destilliert, wobei magere und sauerstoffreiche flüssige Luft, reiner flüssiger Stickstoff und hochreines Ammoniak gewonnen werden. Die magere und sauerstoffreiche flüssige Luft sowie der reine flüssige Stickstoff werden im Kühler unterkühlt und zur weiteren Destillation in den oberen Turm gedrosselt. Der am Boden des oberen Turms gewonnene flüssige Sauerstoff wird von der Sauerstoffpumpe verdichtet, im Hochdruck-Plattenwärmetauscher erneut erhitzt und anschließend in das Sauerstoffleitungsnetz eingespeist. Der am Kopf des unteren Turms gewonnene flüssige Stickstoff wird entnommen und in den Flüssigammoniak-Lagertank geleitet. Das am Kopf des unteren Turms gewonnene hochreine Ammoniak wird im Niederdruck-Wärmetauscher wiedererhitzt und in das Ammoniak-Leitungsnetz eingespeist. Der aus dem oberen Teil des oberen Turms gewonnene Niederdruckstickstoff wird im Niederdruck-Plattenwärmetauscher wiedererhitzt, verlässt anschließend die Kühlbox, wird im Stickstoffkompressor auf 0,45 MPa komprimiert und in das Ammoniak-Leitungsnetz eingespeist. Eine bestimmte Menge Argonfraktion wird aus der Mitte des oberen Turms entnommen und dem Rohxenon-Turm zugeführt. Die Xenonfraktion wird im Rohargon-Turm destilliert, um flüssiges Rohargon zu gewinnen, das dann in die Mitte des Reinstargon-Turms geleitet wird. Nach der Destillation im Reinstargon-Turm wird am Boden des Turms raffiniertes flüssiges Xenon gewonnen. Das verschmutzte Ammoniakgas wird aus dem oberen Teil des oberen Turms abgesaugt und nach der Wiedererwärmung durch den Kühler, den Niederdruck- und den Hochdruck-Plattenwärmetauscher sowie dem Austritt aus der Kaltbox in zwei Teile geteilt: Ein Teil gelangt als Molekularsieb-Regenerationsgas in den Dampferhitzer der Molekularsieb-Reinigungsanlage, der verbleibende verschmutzte Stickstoff wird zum Wasserkühlturm geleitet. Wird das Flüssigsauerstoff-Notstromsystem gestartet, wird der Flüssigsauerstoff aus dem Flüssigsauerstoffspeicher über das Regelventil in den Flüssigsauerstoffverdampfer geleitet und anschließend, nach der Verdichtung zu Niederdrucksauerstoff, in das Sauerstoffleitungsnetz eingespeist. Wird das Flüssigstickstoff-Notstromsystem gestartet, wird das flüssige Ammoniak aus dem Flüssigstickstoffspeicher über das Regelventil in den Flüssigsauerstoffverdampfer geleitet und anschließend vom Ammoniakkompressor zu Hochdruckstickstoff und Niederdruck-Ammoniak verdichtet. Diese Mischungen werden dann in das Stickstoffleitungsnetz eingespeist.
B. STEUERSYSTEM
Entsprechend der Größe und den Prozesscharakteristika der Luftzerlegungsanlage wird ein verteiltes Steuerungssystem (DCS) eingesetzt, das mit international fortschrittlichen DCS-Systemen, Online-Analysatoren für Regelventile und weiteren Mess- und Regelkomponenten kombiniert wird. Neben der vollständigen Prozesssteuerung der Luftzerlegungsanlage ermöglicht das System auch das Abschalten aller Regelventile in eine sichere Position und die Verriegelung der zugehörigen Pumpen, um die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten. Große Turbinenkompressoren nutzen ITCC-Steuerungssysteme (integrierte Turbinenkompressoren-Steuerungssysteme) zur Steuerung von Überdrehzahl, Notabschaltung und Druckstoßregelung. Diese Systeme senden Signale per Kabelverbindung und Kommunikationsschnittstelle an das DCS-Steuerungssystem.
C. Hauptüberwachungspunkte der Luftzerlegungsanlage
Reinheitsanalyse des Produkt-Sauerstoffs und -Stickstoffs am Austritt des Niederdruck-Wärmetauschers, Reinheitsanalyse der Flüssigluft im unteren Turm, Analyse des reinen Flüssigstickstoffs im unteren Turm, Reinheitsanalyse des Gases am Austritt des oberen Turms, Reinheitsanalyse des Gases am Eintritt in den Unterkühler, Reinheitsanalyse des Flüssigsauerstoffs im oberen Turm, Temperatur nach dem Rücklaufventil der Flüssigluft im Rohkondensator, Druck- und Flüssigkeitsstandsanzeige des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders im Destillationsturm, Temperaturanzeige des verschmutzten Stickstoffs am Austritt des Hochdruck-Wärmetauschers, Reinheitsanalyse der Luft am Eintritt in den Niederdruck-Wärmetauscher, Lufttemperatur am Austritt des Hochdruck-Wärmetauschers, Temperatur und Temperaturdifferenz des verschmutzten Ammoniaks am Austritt des Wärmetauschers, Gasanalyse am Xenon-Fraktions-Extraktionsanschluss des oberen Turms: All dies dient der Datenerfassung während der Inbetriebnahme und des Normalbetriebs und ist hilfreich für die Anpassung der Betriebsbedingungen der Luftzerlegungsanlage und die Sicherstellung des ordnungsgemäßen Betriebs der Luftzerlegungsanlage. Analyse des Lachgas- und Acetylengehalts im Hauptkühlmittel sowie des Feuchtigkeitsgehalts in der Zusatzluft: Um zu verhindern, dass feuchte Luft in das Destillationssystem gelangt, dort zu Verfestigung und Verstopfung des Wärmetauscherkanals führt und somit die Wärmetauscherfläche und -effizienz beeinträchtigt, wird Acetylen bei Überschreitung eines bestimmten Wertes im Hauptkühlmittel explodiert. Weiterhin werden der Wellendichtungsgasstrom und der Druck der Flüssigsauerstoffpumpe, die Lagerheizungstemperatur der Flüssigsauerstoffpumpe, die Labyrinthdichtungsgastemperatur, die Flüssiglufttemperatur nach der Expansion, der Dichtungsgasdruck, der Durchfluss und die Differenzdruckanzeige des Expanders, der Schmieröldruck, der Öltankfüllstand und die Temperatur des Ölkühlers hinten, der Öleinlassdurchfluss am Expansionsende des Turbinenexpanders, die Lagertemperatur und die Vibrationsanzeige überwacht. All dies dient der Gewährleistung des sicheren und ordnungsgemäßen Betriebs des Turbinenexpanders und der Flüssigsauerstoffpumpe und letztendlich der ordnungsgemäßen Luftfraktionierung.
Hauptdruck der Molekularsiebheizung, Durchflussanalyse, Ein- und Auslasstemperaturen der Molekularsiebluft (verunreinigter Stickstoff), Druckanzeige, Temperatur und Durchfluss des Molekularsieb-Regenerationsgases, Widerstandsanzeige des Reinigungssystems, Druckdifferenzanzeige am Molekularsiebauslass, Dampfeintrittstemperatur, Druckanzeigealarm, Alarm bei H₂O-Analyse des Regenerationsgasauslassheizers, Kondensatauslasstemperaturalarm, CO₂-Analyse des Molekularsieb-Luftauslasses, Durchflussanzeige am unteren Lufteinlassturm und am Booster: Dies dient der Sicherstellung des ordnungsgemäßen Schaltbetriebs des Molekularsieb-Adsorptionssystems und eines niedrigen CO₂- und H₂O-Gehalts der in die Kältekammer einströmenden Luft. Instrumentenluftdruckanzeige: Dies gewährleistet, dass die Instrumentenluft für die Luftzerlegung und die dem Rohrleitungsnetz zugeführte Instrumentenluft 0,6 MPa (G) erreichen, um einen reibungslosen Produktionsablauf zu gewährleisten.
D. Eigenschaften der Luftzerlegungsanlage
1. Prozessmerkmale
Aufgrund des hohen Sauerstoffdrucks im Ethylenglykol-Projekt nutzt die Luftzerlegungsanlage KDON32000/19000 einen Luftverdichtungszyklus mit interner Flüssigsauerstoffkompression und externer Ammoniakkompression. Das heißt, ein Luftverdichter, eine Flüssigsauerstoffpumpe und ein Verdichterturbinenexpander werden in Kombination mit einer optimierten Anordnung des Wärmetauschersystems eingesetzt, um den externen Sauerstoffkompressor zu ersetzen. Dadurch werden die Sicherheitsrisiken, die durch den Einsatz von Sauerstoffkompressoren im externen Kompressionsprozess entstehen, reduziert. Gleichzeitig minimiert die große Menge an über die Hauptkühlung entnommenem Flüssigsauerstoff die Gefahr der Kohlenwasserstoffansammlung im Hauptkühlflüssigkeitssauerstoff und gewährleistet so den sicheren Betrieb der Luftzerlegungsanlage. Das interne Kompressionsverfahren zeichnet sich durch geringere Investitionskosten und eine optimierte Konfiguration aus.
2. Eigenschaften von Luftzerlegungsanlagen
Der selbstreinigende Luftfilter ist mit einem automatischen Steuerungssystem ausgestattet, das die Rückspülung zeitgesteuert durchführt und das Programm an den Luftwiderstand anpasst. Das Vorkühlsystem verwendet einen hocheffizienten Füllkörperkolonnenturm mit niedrigem Widerstand. Der Flüssigkeitsverteiler ist ein neuartiger, effizienter und fortschrittlicher Verteiler, der nicht nur den vollständigen Kontakt zwischen Wasser und Luft, sondern auch die Wärmeaustauschleistung gewährleistet. Ein Drahtgewebe-Demister am oberen Ende des Kühlturms verhindert, dass die austretende Luft kondensiert. Das Molekularsieb-Adsorptionssystem arbeitet mit einem langzyklischen Doppelschicht-Adsorptionssystem. Das Schaltsystem nutzt eine stoßfreie Schalttechnik. Ein spezieller Dampferhitzer verhindert, dass Heizdampf während der Regenerationsphase auf die Seite mit dem verschmutzten Stickstoff gelangt.
Der gesamte Prozess des Destillationsturmsystems wird mithilfe der international fortschrittlichen Software ASPEN und HYSYS simuliert und berechnet. Der untere Turm ist als hocheffizienter Siebbodenkolonnenkolonne ausgeführt, während der obere Turm als herkömmliche Füllkörperkolonne realisiert wird, um die Extraktionsrate der Anlage zu gewährleisten und den Energieverbrauch zu reduzieren.
E. Diskussion über den Prozess des Be- und Entladens von klimatisierten Fahrzeugen
1. Bedingungen, die vor Beginn der Luftzerlegung erfüllt sein müssen:
Vor Beginn der Arbeiten muss ein Anlaufplan erstellt und schriftlich festgehalten werden, der den Anlaufprozess, das Vorgehen bei Notfällen usw. umfasst. Alle Arbeiten während des Anlaufprozesses müssen vor Ort durchgeführt werden.
Die Reinigung, Spülung und der Probebetrieb des Schmierölsystems sind abgeschlossen. Vor Inbetriebnahme der Schmierölpumpe muss Dichtgas eingefüllt werden, um Ölleckagen zu verhindern. Zunächst wird die Selbstzirkulationsfiltration des Schmieröltanks durchgeführt. Sobald ein bestimmter Reinheitsgrad erreicht ist, wird die Ölleitung zum Spülen und Filtern angeschlossen. Vor dem Eintritt in Kompressor und Turbine wird Filterpapier eingelegt und regelmäßig ausgetauscht, um die Reinheit des in die Anlage einfließenden Öls zu gewährleisten. Die Spülung und Inbetriebnahme des Kühlwassersystems, des Wasserreinigungssystems und des Entwässerungssystems der Luftzerlegungsanlage sind abgeschlossen. Vor der Installation muss die sauerstoffangereicherte Leitung der Luftzerlegungsanlage entfettet, gebeizt und passiviert und anschließend mit Dichtgas befüllt werden. Die Rohrleitungen, Maschinen, elektrischen Anlagen und Instrumente (mit Ausnahme von Analyse- und Messgeräten) der Luftzerlegungsanlage wurden installiert und kalibriert und sind qualifiziert.
Alle in Betrieb befindlichen mechanischen Wasserpumpen, Flüssigsauerstoffpumpen, Luftkompressoren, Booster, Turbinenexpander usw. müssen die Startbedingungen erfüllen, und einige sollten zunächst an einer einzelnen Maschine getestet werden.
Das Molekularsieb-Schaltsystem erfüllt die Startbedingungen, und das Molekularsieb-Schaltprogramm funktioniert einwandfrei. Die Beheizung und Spülung der Hochdruckdampfleitung ist abgeschlossen. Das Reserve-Instrumentenluftsystem wurde in Betrieb genommen und hält den Instrumentenluftdruck über 0,6 MPa(G).
2. Spülung der Rohrleitungen der Luftzerlegungsanlage
Schalten Sie das Schmierölsystem und das Dichtungsgassystem der Dampfturbine, des Luftkompressors und der Kühlwasserpumpe ein. Öffnen Sie vor dem Starten des Luftkompressors dessen Entlüftungsventil und verschließen Sie den Lufteinlass des Kühlturms mit einer Blindplatte. Nachdem die Auslassleitung des Luftkompressors gespült wurde, der Abgasdruck den Nennabgasdruck erreicht hat und die Spülung der Rohrleitung erfolgreich abgeschlossen ist, wird die Einlassleitung des Luftkühlturms angeschlossen und das Luftvorkühlsystem gestartet (vor der Spülung darf die Füllkörperanlage des Luftkühlturms nicht befüllt sein; der Einlassflansch des Molekularsieb-Adsorbers muss getrennt sein). Nach Erreichen des Zielwerts wird das Molekularsieb-Reinigungssystem gestartet (vor der Spülung darf der Molekularsieb-Adsorber nicht befüllt sein; der Einlassflansch des Lufteinlass-Kühlkastens muss getrennt sein). Der Luftkompressor wird gestoppt, bis der Zielwert erreicht ist. Anschließend werden die Füllkörperanlage des Luftkühlturms und der Molekularsieb-Adsorber befüllt. Nach der Befüllung werden Filter, Dampfturbine, Luftkompressor, Luftvorkühlsystem und Molekularsieb-Adsorptionssystem wieder in Betrieb genommen. Nach Regeneration, Kühlung, Druckanstieg, Adsorption und Druckabfall dauert es mindestens zwei Wochen, bis die Luftleitungen des Systems nach dem Molekularsieb-Adsorber und die internen Leitungen des Fraktionierturms entleert sind. Dies umfasst Hochdruck- und Niederdruck-Wärmetauscher, Luftverdichter, Turbinenexpander und Turmkomponenten der Luftzerlegung. Achten Sie auf die Kontrolle des Luftstroms im Molekularsieb-Reinigungssystem, um einen zu hohen Widerstand des Molekularsiebs und damit eine Beschädigung der Bettschicht zu vermeiden. Vor dem Einblasen des Fraktionierturms müssen alle Luftleitungen, die in den Kältekasten des Fraktionierturms führen, mit temporären Filtern ausgestattet werden, um zu verhindern, dass Staub, Schweißschlacke und andere Verunreinigungen in den Wärmetauscher gelangen und die Wärmeaustauschleistung beeinträchtigen. Starten Sie das Schmieröl- und Dichtungsgassystem, bevor Sie den Turbinenexpander und die Flüssigsauerstoffpumpe einblasen. Alle Gasdichtungsstellen der Luftzerlegungsanlage, einschließlich der Düse des Turbinenexpanders, müssen geschlossen sein.
3. Kühlung ohne Kühlfunktion und endgültige Inbetriebnahme der Luftzerlegungsanlage
Alle Rohrleitungen außerhalb der Kältebox werden abgeblasen, und alle Rohrleitungen und Geräte innerhalb der Kältebox werden erhitzt und abgeblasen, um die Kühlbedingungen zu erfüllen und den Test der reinen Kühlung vorzubereiten.
Beim Kühlen des Destillationsturms kann die vom Kompressor geförderte Luft nicht vollständig in den Turm gelangen. Überschüssige Druckluft wird über das Entlüftungsventil in die Atmosphäre abgeleitet, wodurch der Kompressordruck konstant bleibt. Mit sinkender Temperatur in den einzelnen Bereichen des Destillationsturms steigt die angesaugte Luftmenge. Dabei wird ein Teil des Rücklaufgases in den Wasserkühlturm geleitet. Der Kühlprozess muss langsam und gleichmäßig mit einer durchschnittlichen Kühlrate von 1–2 °C/h erfolgen, um eine homogene Temperaturverteilung zu gewährleisten. Während des Kühlprozesses muss die Kühlleistung des Gasexpanders maximal sein. Sobald die Luft am kalten Ende des Hauptwärmetauschers die Verflüssigungstemperatur erreicht hat, ist die Kühlphase abgeschlossen.
Die Kühlphase der Kühlbox wird für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten, um Leckagen und andere Mängel zu überprüfen und zu beheben. Anschließend wird die Maschine schrittweise angehalten, Perlsand in die Kühlbox gefüllt und die Luftzerlegungsanlage nach der Befüllung schrittweise in Betrieb genommen. Danach wird die Kühlphase erneut eingeleitet. Zu beachten ist, dass beim Start der Luftzerlegungsanlage das Regenerationsgas des Molekularsiebs mit der durch das Molekularsieb gereinigten Luft betrieben wird. Sobald die Luftzerlegungsanlage in Betrieb ist und ausreichend Regenerationsgas vorhanden ist, wird der Ammoniak-Zulaufweg genutzt. Während des Kühlprozesses sinkt die Temperatur in der Kühlbox allmählich. Um einen Unterdruck in der Kühlbox zu vermeiden, muss das Ammoniak-Füllsystem der Kühlbox rechtzeitig geöffnet werden. Anschließend kühlt die Anlage in der Kühlbox weiter ab, die Luft beginnt zu verflüssigen, Flüssigkeit tritt im unteren Turm aus und der Destillationsprozess in den oberen und unteren Türmen beginnt. Die Ventile werden dann nacheinander langsam justiert, um einen reibungslosen Betrieb der Luftzerlegung zu gewährleisten.
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Veröffentlichungsdatum: 24. April 2025
