Analyse der Überschreitung des CO-Gehalts in flüssigem Stickstoff bei der Reinigung mit N2

Thread Content

Letzte Bearbeitung dieses Beitrags durch 1587328380 am 9.11.2016 um 13:20. Zusammenfassung der Analyse der Ursachen für das Überschreiten des CO-Gehalts bei der Reinigung mit flüssigem Stickstoff: Die Anlage zur Reinigung mit flüssigem Stickstoff nutzt flüssigen Stickstoff, um das für Katalysatoren bei der Ammoniaksynthese schädliche CO-Gas aufzunehmen. Schlüsselwörter: Flüssigsauerstoff-Reinigung, Lufttrennkolonne, CO-Gehalt. Unser Unternehmen ist ein großes Urea-Unternehmen, das Kohle als Rohstoff verwendet. Für die Gasreinigungsanlagen werden Technologien der Kältemethanol-Reinigung sowie der Reinigung mit Flüssigsauerstoff eingesetzt. Die Anlage zur Reinigung mit flüssigem Stickstoff nimmt das gereinigte Gas aus dem vorangegangenen Prozess der Reinigung mit tiefkühltem Methanol auf und entfernt anschließend bei niedriger Temperatur mit flüssigem Stickstoff Stoffe wie CO, CH4, Ar usw. aus diesem Gas. Dadurch entsteht ein Wasserstoff-Stickstoff-Gasgemisch mit einem Verhältnis von H2/N2 = 3:1. Das Wasserstoff-Stickstoff-Synthesegas wird zunächst im H2-N2-Gaskompressor der Ammoniaksyntheseanlage komprimiert, um anschließend in dieser Anlage das Endprodukt, flüssiges Ammoniak, herzustellen. I. Beschreibung des Prozesses der Reinigung mit flüssigem Stickstoff: Die Reinigung mit flüssigem Stickstoff findet in einer Reinigungsanlage bei einer Temperatur von -188 °C bis -193 °C und bei einem Oberdruck von 5,27 Mpa statt. Flüssiger Stickstoff tritt von oben in den Turm ein, das Rohgas von unten. Beide treffen sich gegen den Strich und es findet eine Wärmeübertragung auf den Trägerplatten statt. Verunreinigungen wie CO, CH4, Ar usw. werden durch den flüssigen Stickstoff entfernt, wodurch ein gereinigtes Gas entsteht. Reinigtes Wasserstoffgas mit 8,9 % Stickstoff verlässt die Spitze des Turms und wird durch Inertgase geführt, um ein reines Gas mit einem CO-Gehalt von <5×10-6 zu erzeugen. Wenn der Oxidgehalt im Ammoniaksyntheseturm über 20×10-6 liegt, kommt es zum Stillstand des Ammoniaksyntheseprozesses. Daher ist die Kontrolle des CO-Gehalts im Synthesegas von großer Bedeutung. II. Ablauf der Ereignisse
Am 29. August 2014, um 19:00 Uhr, lag der Wert von AI17002, dem Online-Analysegerät für den Ausgangspunkt der Flüssigstickstoffreinigung, bei etwa 0,7 ppm – dieser Wert lag somit noch unter dem zulässigen Limit. Um 19:30 Uhr stieg der Wert auf 1,5 ppm an, bevor er wieder auf 0 sank. Um 20:00 Uhr wurde festgestellt, dass der Wert von AI17002 erneut auf 1,5 ppm angestiegen war. Daraufhin verstärkte die Zentrale Überwachung die Beobachtung von AI17002. Um 20:10 Uhr stieg der Wert auf 2,0 ppm an. Zu diesem Zeitpunkt wies die Leitstelle die Mitarbeiter der Reinigungsabteilung an, die Menge an N2 und N3 zu reduzieren. Die Mitarbeiter der Zentrale Überwachung teilten der Leitstelle mit, dass der Wert von AI17002 weiter ansteige und daher eine erhöhte Menge an N2 erforderlich sei. Zudem wurde angeordnet, eine manuelle Analyse von AI17002 durchzuführen. Anschließend wurden die Ventile zur Reinigung mit Flüssigstickstoff FV17010 sowie der Temperaturregler für das Prozessgas TV17039 sowie der Ventil zur Zufuhr von Rohstickstoff FV17009 justiert. 21:02 AI17002 stieg auf 6,4 ppm und steigt weiter an. In diesem Moment informierte das Leitpersonal die Dispo darüber, die Menge zu reduzieren, und wies die Analyseabteilung an, eine zweite Zusammensetzungsanalyse von A17002 durchzuführen. Das Analyseergebnis betrug 11 ppm. Das Einströmlvolumen des flüssigen Stickstoffs wurde von ursprünglich 94384 Nm3/h auf 83872 Nm3/h reduziert. 21:21 AI17002 stieg auf den Höchstwert von 9,5 ppm an, die manuelle Analyse ergab 15 ppm; zu diesem Zeitpunkt erreichte die Menge des gewaschenen Stickstoffs einen Maximalwert von 13.023 kg/h. 21:50 AI17002 fällt auf 5 ppm. Um 22:04 sank der Wert auf 2 PPM; die manuelle Analyse ergab 3 ppm. Seit dem 29. August schwankt der CO-Gehalt im Synthesegas ständig; wenn ein Anstieg des Gehalts zu verzeichnen ist, führt das Stickstoffreinigungssystem eine Reduzierungsmaßnahme durch. Aufgrund von zu hohem CO-Gehalt musste das Synthesesystem zweimal stillgelegt werden, und das System führte insgesamt 29 Mal Reduzierungsmaßnahmen durch. Anschließend folgt eine spezielle Analyse der Flüssigstickstoff-Reinigung ； Ursachen für den CO-Gehalt in Synthesegas und Behandlungsmethoden ； (1) Die Menge an Waschnitrogen für die Flüssigstickstoff-Wäsche ist unzureichend ； (2) Die Temperatur bei der Reinigung mit flüssigem Stickstoff ist zu hoch ； (3) Die Betriebsdruck ist zu niedrig ； (4) Störung in der Methanol-Reinigungsanlage beim Starten ； (5) Ursachen für die Trennplatten- Probleme ； Lösung ； (1) Erhöhung der Menge an Stickstoff zum Waschen (2) Senkung der Betriebstemperatur bei der Reinigung mit flüssigem Stickstoff TI17039 auf unter -185 °C ； (3) Erhöhen des Systemdrucks auf einen Wert von über 5,0 MPa, dem normalen Betriebsdruck ； (4) Überprüfen Sie den tatsächlichen Schaltzustand der Ventilgruppen HV16003A/B/C/D der Startleitung für die Methanolwäsche und vergewissern Sie sich, dass sie in der normalen Position sind ； (5) Parken zur Wartung. Nachdem festgestellt werden konnte, dass es keine Störungen bei den Wärmetauschern, Treibstoffplatten und Ventilen gab, konzentrierten wir uns erneut auf die Analyse der Reinheit des Stickstoffs. Am 11. September führten wir in Zusammenarbeit mit der Produktionsabteilung sowie dem Qualitätskontrollzentrum – nach Schwankungen des CO-Gehalts im Synthesegas – manuelle Analysen des N2-Gehalts durch. Nach drei Tagen voller Probenentnahmen und Vergleichen konnten wir am 13. September feststellen, dass das CO-Gehalt im Stickstoff zu hoch war. III. Auswirkungen der Überschreitung der Grenzwerte
1. Es kam zweimal zu Stillständen bei der Ammoniaksynthese, was das Ammoniaksynthesesystem beeinträchtigte.
2. Die Menge an flüssigem Stickstoff wurde mehrfach reduziert, was die Produktion von Ammoniak und Harnstoff beeinflusste.

IV. Ursachenanalyse
(1) Vergleich der Gaszusammensetzung ； Kohlenmonoxid ist unter Standardbedingungen ein reines Gas, das farblos, geruchlos und nicht reizend ist. Die relative Molekülmasse beträgt 28,01, die Dichte 1,25 g/l. Der Gefrierpunkt liegt bei -205,1 °C, der Siedepunkt bei -191,5 °C. Die Löslichkeit in Wasser ist sehr gering – es ist äußerst schwierig, es in Wasser zu lösen. Stickstoff ist unter Normalbedingungen ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas, das in der Regel nicht giftig ist. Stickstoff macht 78,12 % des Gesamtvolumens der Atmosphäre aus (Volumenanteil). Unter Standardbedingungen beträgt die Dichte des Gases 1,25 g/L. Stickstoff ist nur schwer löslich in Wasser – bei Normaltemperatur und -druck löst sich in 1 Volumen Wasser etwa nur 0,02 Volumen an Stickstoff. Schmelzpunkt -210 °C, Siedepunkt -195,8 °C, relative Molekülmasse 28. Was die Gaskomponenten angeht, so weisen CO und N2 einen ähnlichen Siedepunkt sowie eine Molekülmasse von 28 auf. Zudem liegt unser Unternehmen nur eine Wand entfernt vom Auslass der Schmelzöfen in den Stahlwerken sowie vom Eingangsfilter der Luftkompressoren. Aufgrund der geringen Höhe der Auslassanlagen in den Stahlwerken kann es vorkommen, dass bei Windverhältnissen, die dazu führen, dass die Auslassanlagen nicht funktionieren, CO gemäß der Windrichtung in die Eingänge der Luftkompressoren gelangt. Luftdestillation: Dabei werden aufgrund der unterschiedlichen Siedepunkte der Stoffe mehrfach Prozesse der teilweisen Kondensation der gemischten Dämpfe sowie der teilweisen Verdampfung der gemischten Flüssigkeiten durchgeführt, um eine Trennung zu erreichen. Wichtige Bestandteile der Luft – Name, chemisches Symbol, Volumenprozent, Siedepunkt in °C (101,325 KPa): Stickstoff N2: 78,09 %, Siedepunkt: –195,8 °C; Kohlenmonoxid CO: 2,09 %, Siedepunkt: –191,5 °C; Argon Ar: 0,932 %, Siedepunkt: –185,7 °C; Sauerstoff O2: 20,95 %, Siedepunkt: –183 °C. Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass der Siedepunkt von CO und N2 sehr nahe beieinander liegt. Das aus den Stahlwerken freigesetzte CO gelangt zusammen mit der Luft in die Destillationsanlagen zur Trennung der Gase. (2) Der Prozessablauf der Lufttrennkolonne wird im unteren Teil der Kolonne beschrieben: Die Luft wird zunächst in Stickstoff und sauerstoffreiche flüssige Luft aufgeteilt. Der Stickstoff aus dem oberen Bereich wird im Hauptkondensations- und Verdampfergerät verflüssigt, während der Sauerstoff auf der Niedrigdruckseite des Hauptkondensations- und Verdampfergeräts gasförmig wird. Der überwiegende Teil des flüssigen Stickstoffs fließt als Rückflussflüssigkeit in den unteren Turm zurück. Der verbleibende flüssige Stickstoff wird durch Kühler auf kältere Temperaturen herabgekühlt; anschließend wird er nach dem Drosseln in die Oberseite des oberen Turms geleitet. Die aus dem oberen Teil des Unterturms entnommene verunreinigte Flüssigstickstoff wird nach der Unterkühlung im Kühler durch eine Drossel in den oberen Teil des Oberturms geleitet. Die sauerstoffreiche Flüssigkeit, die aus der Unterseite des unteren Turms entnommen wird, wird im Überkühler überkühlt und anschließend durch Strömungskontrolle in den mittleren Bereich des oberen Turms geleitet, wo sie als Rückflussflüssigkeit verwendet wird. Verunreinigtes Stickstoffgas wird aus der oberen Hälfte des Oberbehälters abgeleitet. Nach der Wärmerückgewinnung im Überkühler sowie im Hochdruck- und Niedrigdruck-Wärmetauscher wird das Gas nach außerhalb des Destillationsbehälters geleitet. Ein Teil dient als Regenerierungsgas für den Molekularsieb-Reiniger, der Rest gelangt in den Wasserkühlturm. Reiner Stickstoff wird von der Oberseite des oberen Turms abgeleitet, in einem Überkühler sowie im Hauptwärmeaustauscher bei niedrigem Druck wieder aufgewärmt und anschließend in den Kühlturm geleitet, um dort als Kältemittel das äußere Wasser zu kühlen. CO wird zusammen mit Stickstoff vom oberen Ende des Unterturms abgeleitet, in dem Hauptwärmetauscher bei niedrigem Druck wieder aufgewärmt und anschließend aus dem Kühlfach herausgeführt. Danach wird es durch die Stickstoffkompressoranlage auf 6,0 MPa komprimiert und in das Anlagensystem zur Reinigung mit flüssigem Stickstoff geleitet, bevor es für die Synthese verwendet wird. Ursachenanalyse ； (1) Das Design der Flamme im Stahlwerk ist unangemessen; die Freisetzung von CO in das Lufttrennsystem ist die Hauptursache für diesen Unfall.
(2) Es besteht ein mangelndes Verständnis bezüglich CO: CO gelangt zusammen mit der Druckluft in den Destillationskolonne und anschließend in das Hauptrohr für Stickstoff.
(3) Die vor Ort arbeitenden Bedienpersonen bemerkten die Alarmmeldungen des CO-Warngeräts, meldeten dies jedoch nicht rechtzeitig – wodurch die Behebung des Überschreitens der Grenzwerte verzögert wurde.

IV. Präventive Maßnahmen
(1) Das Stahlwerk ist darüber zu informieren, dass es nicht zu einem Erlöschen der Flamme kommen darf.
(2) Die vor Ort tätigen Inspektionspersonal sind anzuweisen, bei Alarmmeldungen bezüglich CO diese umgehend an das zentrale Kontrollpersonal zu melden. (3) In Zusammenarbeit mit dem Personal für die Lufttrennung werden regelmäßig Proben von CO in N2 entnommen und analysiert. Referenzen: [1] Lu Xiaofeng, Handbuch zur Bedienung des Stickstoffreinigungsverfahrens, Global Design. [2] Li Yongkang, Shen Weileng, „Tieftemperaturtechnologie“, eine führende wissenschaftliche Zeitschrift in China, 1961