Análise do excesso de componente CO no N2 após lavagem com nitrogênio líquido

Thread Content

Esta postagem foi editada pela última vez por 1587328380 em 09/11/2016 às 13:20. Análise das causas do excesso de CO no N2 após o lavagem com nitrogênio líquido Resumo: O equipamento de lavagem a baixa temperatura com nitrogênio líquido utiliza o nitrogênio líquido para absorver o gás CO, que é prejudicial ao catalisador de síntese de amônia. Palavras-chave: Lavagem com nitrogênio líquido; Torre de destilação para separação de gases; Teor de CO. A nossa empresa é uma grande indústria de ureia que utiliza carvão como matéria-prima. Para a purificação dos gases, são utilizadas técnicas de lavagem com metanol a baixa temperatura e lavagem com nitrogênio líquido a baixa temperatura. O equipamento de lavagem com nitrogênio líquido recebe o gás purificado proveniente do processo de lavagem a baixa temperatura com metanol. Em seguida, a baixas temperaturas, o nitrogênio líquido é utilizado para remover do gás o CO, CH4, Ar, etc., resultando em um gás de síntese de hidrogênio e nitrogênio com proporção H2/N2 = 3:1. O gás de síntese de hidrogênio e nitrogênio é primeiro levado ao compressor de gás H2-N2, na etapa de síntese do amônia, onde é comprimido. Em seguida, na mesma etapa, é produzido o amônia líquida como produto final. I. Descrição do processo de lavagem com nitrogênio líquido A lavagem com nitrogênio líquido é realizada em uma torre de lavagem a uma temperatura de -188°C a -193°C e pressão manométrica de 5,27 MPa. O nitrogênio líquido entra pelo topo da torre, enquanto o gás bruto entra pela base da torre. Os dois fluxos entram em contato em sentido contrário, e a transferência de calor ocorre nos pratos da torre. Impurezas como CO, CH4 e Ar são removidas pelo nitrogênio líquido, resultando em um gás purificado. O hidrogênio purificado, que contém 8,9% de nitrogênio, sai do topo da torre. Após passar por gases inertes, obtém-se um gás puro com teor de CO inferior a 5×10-6. Quando o teor de óxidos no reator de síntese de amônia é superior a 20×10-6, isso pode causar a parada do processo de síntese de amônia. Portanto, é muito importante controlar o teor de CO no gás de síntese. II. Desenvolvimento dos acontecimentos Em 29 de agosto de 2014, às 19:00, o valor indicado pelo analisador online de CO na saída do lavador com nitrogênio líquido, AI17002, oscilava em torno de 0,7 ppm, sem ultrapassar os limites permitidos. Às 19:30, o valor atingiu um máximo de 1,5 ppm e depois caiu para zero. Por volta das 20:00, constatou-se que o valor do AI17002 voltou a subir para 1,5 ppm. Diante disso, o controle central intensificou a monitoração do AI17002. Às 20:10, o valor subiu para 2,0 ppm. Nesse momento, o despachante instruiu a equipe de controle de purificação a reduzir a vazão de N2 e N3. A equipe de controle central informou ao despachante que o valor do AI17002 apresentava tendência de aumento, sendo necessário elevar a vazão de N2; além disso, solicitou-se à equipe de análise que realizasse uma análise manual do AI17002. Posteriormente, foram feitos ajustes nas válvulas do tanque criogênico: na válvula de nitrogênio de lavagem FV17010, no regulador de temperatura do gás de processo TV17039 e na válvula de nitrogênio de mistura bruta FV17009. 21:02 AI17002 subiu para 6,4 ppm e continuou a subir. Nesse momento, o operador do centro de controle solicitou que se reduzisse a quantidade utilizada, e também pediu que fosse realizada uma segunda análise da composição do A17002. O resultado da análise foi de 11 ppm. O volume de gás de entrada no purificador por nitrogênio líquido diminuiu de 94.384 Nm³/h para 83.872 Nm³/h. 21:21 AI17002 atingiu o valor máximo de 9,5 ppm; a análise manual indicou 15 ppm. Nesse momento, a quantidade de nitrogênio utilizado na lavagem chegou ao valor máximo de 13.023 kg/h. 21:50 O AI17002 diminuiu para o indicador de 5 ppm. 22:04, caiu para 2 ppm; a análise manual indicou 3 ppm. Desde 29 de agosto, o teor de CO no gás sintético tem se mantido instável, apresentando uma tendência de aumento. Nesses casos, o sistema de lavagem com nitrogênio líquido é acionado para reduzir a quantidade de CO no gás. O processo de síntese teve que ser interrompido duas vezes devido ao excesso de CO, e o sistema foi utilizado para reduzir a concentração de CO em 29 ocasiões. Em seguida, foi realizada uma análise específica sobre a lavagem com nitrogênio líquido ； Causas da presença de CO no gás sintético e métodos de tratamento ； (1) A quantidade de nitrogênio utilizada para a lavagem com nitrogênio líquido é insuficiente ； (2) A temperatura de lavagem com nitrogênio líquido é excessivamente alta ； (3) Pressão de operação muito baixa ； (4) Falha na linha de partida da lavagem com metanol ； (5) Causas relacionadas às placas de torre ； Solução ； (1) Aumentar a quantidade de nitrogênio de lavagem (2) Reduzir a temperatura de operação do purificador por nitrogênio líquido TI17039 para abaixo de -185°C ； (3) Aumentar a pressão do sistema para acima da pressão de operação normal, ou seja, 5,0 MPa ； (4) Verifique o estado real de abertura/fechamento do conjunto de válvulas HV16003A/B/C/D na linha de partida da lavagem com metanol, confirmando que estão na posição normal ； (5) Parada para manutenção. Depois de confirmarmos que não havia falhas nos trocadores de calor, nas placas de coluna e nas válvulas, voltamos a focar na análise da pureza do nitrogênio. Em 11 de setembro, com a colaboração do departamento de produção e do centro de controle de qualidade (quando houve flutuações no teor de CO no gás sintético, foi realizada uma análise manual do teor de N2). Após três dias de coleta de amostras e análises comparativas, foi determinado, em 13 de setembro, que o problema se devia ao teor excessivo de CO no nitrogênio. III. Consequências dos níveis acima do permitido
1. Houve duas paradas na síntese de amônia, o que afetou o sistema de síntese de amônia.
2. Houve reduções frequentes no uso de nitrogênio líquido para a limpeza, o que impactou a produção de amônia e ureia.

IV. Análise das causas
(1) Comparação da composição dos gases ； Em condições padrão, o monóxido de carbono (carbono mono*xido, CO) puro é um gás incolor, inodoro e não irritante. A massa molecular relativa é de 28,01; a densidade é de 1,25 g/l. O ponto de congelamento é de -205,1°C, e o ponto de ebulição é de -191,5°C. Sua solubilidade em água é muito baixa; é extremamente difícil de se dissolver em água. O nitrogênio, em condições normais, é um gás incolor, inodoro e insípido, sendo geralmente atóxico. O nitrogênio representa 78,12% da composição total da atmosfera (em fração volumétrica). Em condições padrão, a densidade do gás é de 1,25 g/L. O nitrogênio é pouco solúvel em água; sob condições normais de temperatura e pressão, aproximadamente 0,02 volumes de nitrogênio se dissolvem em 1 volume de água. Ponto de fusão: -210°C; ponto de ebulição: -195,8°C; peso molecular relativo: 28. Em termos de composição gasosa, o CO e o N2 têm pontos de ebulição e massa molecular semelhantes, ambos em torno de 28. Além disso, a nossa empresa fica a apenas uma parede de distância dos filtros de entrada dos compressores de ar utilizados nas plantas siderúrgicas. Devido à altura insuficiente das chamas dessas plantas, quando o vento sopra em outra direção e as chamas não conseguem acender, o CO acaba entrando nos compressores de ar, seguindo a direção do vento. Destilação fracionada a vácuo: processo que utiliza as diferentes temperaturas de ebulição das substâncias para realizar, repetidamente, a condensação parcial dos vapores mistos e a evaporação parcial dos líquidos mistos, com o objetivo de alcançar a separação. Componentes importantes do ar: Nome, símbolo químico, porcentagem de volume, ponto de ebulição em °C (101,325 KPa). Nitrogênio: N2 – 78,09%; ponto de ebulição: -195,8 °C. Monóxido de carbono: CO – ponto de ebulição: -191,5 °C. Argônio: Ar – 0,932%; ponto de ebulição: -185,7 °C. Oxigênio: O2 – 20,95%; ponto de ebulição: -183 °C. Como se pode ver na tabela acima, o ponto de ebulição do CO é muito próximo ao do N2. O monóxido de carbono emitido pelas usinas siderúrgicas entra, junto com o ar, na torre de destilação. (2) O processo de destilação por separação por pressão está descrito abaixo. No primeiro estágio, o ar é inicialmente separado em nitrogênio e ar líquido rico em oxigênio. O nitrogênio gasoso presente na parte superior é liquefeito no condensador-evaporador principal, enquanto o oxigênio líquido, que se encontra no lado de baixa pressão do condensador-evaporador principal, é vaporizado. A grande maioria do nitrogênio líquido retorna à torre inferior como líquido de refluxo; o restante do nitrogênio líquido, após ser subresfriado e throttled por um resfriador, é enviado para o topo da torre superior, juntamente com nitrogênio gasoso puro e nitrogênio gasoso impuro. O nitrogênio líquido contaminado extraído da parte superior da torre inferior, após ser subresfriado no resfriador, é então enviado, por meio de um estrangulamento, para a parte superior da torre superior. O ar líquido rico em oxigênio extraído da parte inferior da torre inferior é subresfriado no subresfriador e, após a expansão, é enviado para a parte média da torre superior como líquido de refluxo. O nitrogênio impuro é extraído da parte superior da torre. Após ser reaquecido no subresfriador e nos trocadores de calor principais de alta e baixa pressão, é enviado para fora da torre de destilação; parte dele serve como gás de regeneração para o purificador de peneira molecular, enquanto o restante entra na torre de resfriamento a água. O nitrogênio puro é extraído do topo da torre superior. Após ser reaquecido no resfriador e no trocador de calor principal de baixa pressão, ele é enviado para a câmara de resfriamento, onde é utilizado como fonte de resfriamento para esfriar a água externa na torre de resfriamento a água. O CO é extraído juntamente com o nitrogênio do topo da torre inferior; após ser reaquecido no trocador de calor principal de baixa pressão, sai do câmara fria. Em seguida, é comprimido pelo grupo compressor de nitrogênio até 6,0 MPa, enviado ao equipamento de lavagem com nitrogênio líquido para mistura com nitrogênio, e por fim direcionado à síntese. Análise das causas ； (1) O design da tocha da usina siderúrgica não é adequado; a emissão de CO para o sistema de separação de gases foi a principal causa do acidente. (2) Há uma compreensão insuficiente sobre o CO; ele entra na torre de destilação juntamente com o ar comprimido, chegando assim ao tubo principal de N2. (3) Os operadores no local perceberam que o alarme de CO estava ativado, mas não relataram isso a tempo, o que atrasou o tratamento do problema. IV. Medidas preventivas: (1) É necessário informar à usina siderúrgica que não se deve permitir que a tocha se apague. (2) É preciso que os funcionários responsáveis pela inspeção no local identifiquem quaisquer sinais de CO e informem imediatamente aos responsáveis pelo controle geral. (3) Em parceria com a equipe responsável pelo processo de separação do ar, devem ser realizadas amostragens periódicas do CO presente no N2, para fins de análise. Referências: [1] Lu Xiaofeng, Manual de Operações do Processo de Purificação com Nitrogênio, Global Design. [2] Li Yongkang, Shen Weileng, “Tecnologia de Refrigeração a Baixas Temperaturas”, revista científica chinesa de alto nível, 1961