Оптимизация технологии осушки воздуха в промышленных блоках УОВ-30, УОВ-100 с использованием природного цеолита

Н.И. Родина, И.М. Рябинина, Н.С. Шевцова, В.И. Юрьева

ОАО "Фосфорит", г. Кингисепп.

Изыскание новых нетрадиционных видов сырья с улучшенными эксплуатационными качествами – одна из важнейших задач, стоящих перед промышленностью минеральных удобрений.

Острой проблемой на ОАО "Фосфорит" долгое время являлось низкое качество осушки воздуха, используемого в системах пневмотранспорта сыпучих материалов и линиях контрольно-измерительных приборов и систем автоматики, проводимое в блоках осушки УОВ-30 и УОВ-100. Это приводило к нарушению ритмичности работы подразделений объединения из-за выхода из строя регулирующих и контролирующих приборов, залипания материалопроводов, замерзания влаги в воздушных линиях зимой.

Одной из причин значительного влагосодержания осушенного воздуха являлась высокая влажность атмосферного воздуха, обусловленная климатическими особенностями Ленинградской области, где в периоды межсезонья относительная влажность воздуха достигает 98-99%.

Главной же причиной неудовлетворительной работы, на наш взгляд, является уровень технологии получения сжатого воздуха, негативно сказывающийся на качестве и свойствах адсорбентов.

На ОАО "Фосфорит" типовые установки осушки воздуха УОВ-30 и УОВ-100 предназначены для осушки сжатого воздуха от влаги, очистки его от масел и пыли адсорбента перед подачей в пневмосистемы КИПиА завода и на системы пневмотранспорта и сырья готовой продукции.

В состав установки входит:

водомаслоотделитель;

блоки масляных фильтров;

блоки адсорбентов;

электроподогреватель воздуха;

система автоматического управления и контроля.

Принципиальная схема осушки воздуха и технологическая характеристика осушителей УОВ-30М1 и УОВ-100 приведены на рис.1 и в таб.1.

В качестве адсорбентов, в блоках осушки, применялись синтетические адсорбенты: гранулированный мелкозернистый силикагель КСМ по ГОСТ 3596-54 и алюмогель марки А-1 по ГОСТ 8136-56.

Однако использование в качестве адсорбентов алюмогеля и силикагеля не обеспечивало необходимого качества осушенного воздуха, в частности, самой важной его характеристики – значения точки росы – 40 ⁰С. Это происходило из-за негативного влияния на процесс осушки воздуха, таких как:

наличие масляных паров в воздухе, поскольку для его компрессии применяют поршневые масляные компрессоры (4-ВМ-10-100/8), а используемые масляные фильтры с коксовой загрузкой обеспечивают степень очистки воздуха от масла только на 50-70%;

повышенная температура воздуха на входе в осушители (до 50 ⁰С вместо нормируемых 25–30 ⁰С);

разрушение адсорбента под действием влаги воздуха, приводящее к снижению его влагоемкости на 40-45%, что согласуется с имеющимися сведениями /1/ о снижении адсорбционной емкости силикагеля по воде на 10-20% в присутствии углеводородов при обычных температурах, резкому снижению влагоемкости силикагеля при повышении температуры и, кроме того, избирательность адсорбции воды в присутствии других, хорошо сорбирующихся, компонентов при сорбции на синтетических адсорбентах выражены недостаточно резко, причем избирательность адсорбции также с повышением температуры уменьшается.

Рис.1. Принципиальная схема осушки воздуха на ОАО "Фосфорит":

1 – водомаслонагреватель;

2 – блоки масляных фильтров (адсорбент коксовый орешек);

3 – адсорбер;

4 – электроподогреватель воздуха;

5 – фильтр для очистки воздуха от пыли (паронитовый фильтрующий стакан);

6 – буферная емкость;

7 – клапан вертикальный;

А₁ адсорбер на стадии осушки;

А₂ адсорбер на стадии регенерации;

Технологические параметры работы УОВ-30М1 и УОВ-100 при использовании синтетических адсорбентов

Наименование параметров	УОВ-30М1			УОВ-100
Производительность, нм³/мин.	30			100
Рабочее давление, кг/см2	8			8
Температура входного воздуха, ⁰С.	25			25
Количество адсорбента в блоке, кг.	1050			2240
Количество воздуха для регенерации, нм3/мин.	5			14
Время работы башен в режиме осушки, час.	8			8
Время регенерации, час.	1,5			2,5
Время охлаждения башни после регенерации, час.	1			1
Мощность нагревателей, кВт.	30-34			37
Точка росы осушенного воздуха, ⁰С.	-40			-40
Напряжение, В	380			380
Нормы технологического режима
		Т, ⁰С	Р атм., точка росы
Воздух на входе в блок осушки		25-30
Осушенный воздух на выходе из блока осушки		30-35	7,5 –40
Сброс воздуха после подогревателя в стадии ее завершения		90
Воздух на выходе из подогревателя		170-190

Практически вышеперечисленные причины обуславливали срок службы алюмогеля и силикагеля всего в течение 0,5-1 года, их влагоемкость позволяла получать осушенный воздух с влагосодержанием, соответствующим минусовым температурам конденсации водяных паров, как правило, не ниже –15-20 ⁰С и только в течение первых 2-3 часов работы блока осушки после регенерации, после чего точка росы переходила в область плюсовых температур при регламентном межрегенерационном пробеге 8 часов.

Для повышения эффективности осушки воздуха нами было предложено использовать в качестве адсорбента вместо синтетических алюмо- и силикагеля природный цеолит – клиноптилолит. Проведенные промышленные испытания и опыт трехгодичной эксплуатации установок осушки воздуха на природном цеолите убедили нас в правильности принятого технического решения.

Применяемый нами природный цеолит – клиноптилолит имеет следующие физико-химические свойства (таблица 2).

Таблица 2

Физико-химические характеристики природного цеолита.

Гранулометрический состав
Размер фракции, мм	Содержание, %
10	7,8
10-2,5	60,5
2,5-1,5	30,6
1,25	1,3
Насыпная плотность, г/см²	0,905
Химический состав	Содержание, %
Нерастворимый остаток	65,27
SiO2	64,07
MgO	1,88
CaO	6,11
SO₂	2,27
Fe₂O₃	2,98
Al₂O₃	10,26
P₂O₅	0,06
Na₂O	2,2
К₂O	1,7
Фазовый состав CaO, Al₂O₃, 7SiO₂, 6H₂O
Содержание клиноптилолита	50-60%
Влагоемкость статическая, %
при t = 180 ⁰С	16
при t = 280 ⁰С	18
при t = 350 ⁰С	20,4

Приведенные значения влагоемкости не являются абсолютной характеристикой цеолита, а определяются условиями выполнения замеров: насыщение навески цеолита производили при атмосферном давлении водяным паром, получаемым в парогенераторе, и служит для оценки сорбционной способности различных образцов адсорбентов. Для сравнения алюмо - и силикагель по приведенной методике имеют статическую влагоемкость соответственно 10,4; 18,2%.

При переводе систем осушки на природный цеолит существующие технологические схемы не потребовали аппаратурно-коммуникационного изменения. Разработанные нами технологические параметры режима приведены в таблице 3 и отличаются от таковых при работе на синтетических адсорбентах (таблица 1) большей стабильностью качественных и количественных показателей осушенного воздуха.

Таблица 3.

Технологические параметры работы УОВ при использовании
природного цеолита.

Параметры	Ед. изм.	Пределы
Температура на входе в осушитель при регенерации	^0С	200-220
Температура на выходе из осушителя при регенерации	^0С	100-110
Давление воздуха при регенерации	кгс/см2	0,9-1,1
Межрегенерационный цикл	час	11
Время регенерации, в том числе:
время прогрева	час	2-2,5
время продувки	час	1-1,5
Температура воздуха на входе в осушители	^0С	не нормируется

Отмеченные ранее недостатки синтетических адсорбентов алюмо- и силикагеля устраняются при применении в качестве адсорбента природного цеолита, поскольку природный цеолит отличается повышенной прочностью и устойчивостью к капельной влаге, что, естественно, увеличивает срок его службы.

Так, при использовании природного цеолита с октября 1983 г. до настоящего времени во время остановки на планово-предупредительные ремонты производили только загрузку слоя, компенсируя некоторое его уменьшение в процессе эксплуатации за счет истирания и отдува мелких фракций (таким образом, за 3 года обновлено, примерно, 25% от всей загрузки). Влагоемкость цеолита за период эксплуатации не изменилась.

Вероятно, более высокая сорбционная емкость цеолита в динамических условиях и меньшее влияние на нее присутствия остаточных концентраций паров углеводородов позволяет получать глубоко осушенный воздух с минусовой точкой росы в течение всего межрегенерационного цикла, который, в свою очередь, мы увеличили с 8 до 11 часов. Глубина осушки воздуха обеспечивает достижение температуры точки росы не выше –40 ⁰С.

Доступность природного цеолита и сравнительно невысокая его стоимость позволили произвести замену адсорбента на всех осушителях компрессорных отделений ОАО "Фосфорит", производящих осушку как киповского, так и технологического воздуха в объеме 360 000 тыс. м³/год и исключит случаи остановки основных цехов производства вследствие низкого качества осушенного воздуха, как это было при работе с синтетическими адсорбентами.