余運(yùn)波，何 瓊，鄧沙寧

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，湖南長沙 410014)

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA)技術(shù)是近30多年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新型氣體分離與凈化技術(shù)。由于變壓吸附技術(shù)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、產(chǎn)品純度高、操作簡單、靈活、環(huán)境污染小、原料氣源適應(yīng)范圍寬，被廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金(焦化)、輕工及環(huán)保等領(lǐng)域，特別在國內(nèi)化工行業(yè)近十多年里得到了較快的發(fā)展，主要用于氣體分離，制氧、提取氫、提取CO2、提取CO等。

從高爐煤氣中提純CO工藝在理論上可行，并通過了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，但某企業(yè)將其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，這在國內(nèi)尚屬首次?，F(xiàn)就本次工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行安全性分析論證，并對(duì)生產(chǎn)過程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)提出相應(yīng)的控制補(bǔ)償措施。

1 工藝原理介紹

變壓吸附氣體分離工藝過程是吸附劑在物理吸附中所具有的兩個(gè)基本性質(zhì):一是對(duì)不同組分的吸附能力不同;二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體中某些組分的優(yōu)先吸附而使其它組分得以提純;利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸附，而在高溫、低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離氣體的目的。

2 生產(chǎn)裝置安全風(fēng)險(xiǎn)分析

變壓吸附(PSA)裝置的主要安全風(fēng)險(xiǎn)有煤氣火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性和煤氣中毒危害性，具體分析情況如下:

生產(chǎn)過程所涉及的主要物料煤氣是一種無色無臭的毒性氣體。如果煤氣擴(kuò)散到空氣中的CO含量達(dá)0.06%以上時(shí)，人就會(huì)感到頭暈、頭痛、惡心、嘔吐等;超過0.1%30 min，人就會(huì)陷入昏睡;達(dá)到4%時(shí)，就能致人死亡。一般所說的煤氣中毒，實(shí)際上是急性一氧化碳中毒。當(dāng)一氧化碳吸入人體后，與血液內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合成碳氧血紅蛋白，且不易解離，導(dǎo)致人體缺氧而發(fā)生中毒。輕度中毒病人意識(shí)尚清楚，表現(xiàn)為頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、心悸等癥狀;中度中毒者迸發(fā)有神志不清、皮膚粘膜呈櫻桃紅色改變;重者出現(xiàn)昏迷、休克和危及生命?！豆ぷ鲌鏊泻σ蛩芈殬I(yè)接觸限值第1部分:化學(xué)有害因素》規(guī)定，工作場所一氧化碳的時(shí)間加權(quán)平均允許濃度為20 mg/m3，短時(shí)間接觸容許濃度為30 mg/m3。《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》將煤氣列為Ⅱ級(jí)(高度危害)物質(zhì)。變壓吸附(PSA)高爐煤氣提純裝置若發(fā)生設(shè)備、管道泄漏，煤氣進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，可能導(dǎo)致煤氣中毒。

變壓吸附(PSA)高爐煤氣提純裝置中的高爐煤氣管道、煤氣加壓設(shè)備、預(yù)處理設(shè)備、煤氣提純?cè)O(shè)備等在局部空間內(nèi)煤氣與空氣混合積聚達(dá)到爆炸極限，遇外部火源可引起爆炸;煤氣加壓機(jī)、PSA－1工序吸附塔、吸附尾氣緩沖罐、置換氣緩沖罐、產(chǎn)品氣緩沖罐等超壓也可能引起爆炸。因此，火災(zāi)爆炸危害也是變壓吸附(PSA)高爐煤氣提純生產(chǎn)過程中存在的主要危險(xiǎn)因素。

3 安全生產(chǎn)條件風(fēng)險(xiǎn)分析

1.從高爐煤氣中提純CO工藝，從理論上可行，并通過了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，但將其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)在國內(nèi)尚屬首次，因而存在一定的不確定風(fēng)險(xiǎn)。

2.該裝置的關(guān)鍵工藝和設(shè)施中，吸附劑對(duì)原料氣的品質(zhì)要求較高，尤其是粉塵和硫的含量，若原料氣品質(zhì)達(dá)不到要求，將可能造成催化劑中毒，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，因而該項(xiàng)目必須保證原料氣品質(zhì)。

3.提純尾氣中含有少量CO，無法通過點(diǎn)火方式消除，須通過排氣筒高空排放，目前國家尚無這方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，存在一定的排放風(fēng)險(xiǎn)。

4 安全補(bǔ)償措施

4.1 防火、防爆措施

1.在平面布置中，各生產(chǎn)區(qū)域、裝置及建筑物間考慮足夠的防火安全間距，并布置相應(yīng)的消防通道。

2.煤氣設(shè)施設(shè)低壓報(bào)警及安全聯(lián)鎖裝置。

3.煤氣區(qū)附近避免設(shè)置常有人工作的地溝，如必須設(shè)置，應(yīng)使溝內(nèi)空氣流通，防止積存煤氣。

4.下列位置安設(shè)吹掃煤氣放散管，放散管口應(yīng)采取防雨、防堵塞措施:(1)煤氣設(shè)備和管道的最高處;(2)煤氣管道以及臥式設(shè)備的末端;(3)煤氣設(shè)備和管道隔斷裝置前，管道網(wǎng)隔斷裝置前后支管閘閥在煤氣總管旁0.5 m內(nèi)，可不設(shè)放散管，但超過0.5 m時(shí)，設(shè)放氣頭。

For all statistical analyses, the results were conside-red signi fi cant when two-tailed P-values were ＜ 0.05.The distributions of demographic information and bas-eline comorbidity were compared between both groups.

5.吹掃放散管口高出煤氣管道、設(shè)備和走臺(tái)4 m，離地面不小于10 m。

6.為防止煤氣串入氮?dú)夤軆?nèi)，只有在通氮?dú)鈺r(shí)，才把氮?dú)夤芘c煤氣管道連通，停用時(shí)斷開或堵盲板。

7.廠區(qū)主要煤氣管道標(biāo)有明顯的煤氣流向和種類的標(biāo)志。

8.所有可能泄漏煤氣的地方均掛有提醒人們注意的警示標(biāo)志。

9.煤氣加壓機(jī)與空氣鼓風(fēng)機(jī)宜分別布置在單獨(dú)的房間內(nèi)，如布置在同一房間，均應(yīng)采用防爆型電氣設(shè)備。煤氣加壓站、抽氣機(jī)室的管理室裝設(shè)二次檢測儀表及調(diào)節(jié)裝置。一次儀表不應(yīng)引入管理室內(nèi)。一次儀表室應(yīng)設(shè)強(qiáng)制通風(fēng)裝置。

10.煤氣設(shè)備檢修和動(dòng)火，應(yīng)按規(guī)定事先用氮?dú)獯祪艄艿纼?nèi)殘余煤氣或空氣，并經(jīng)檢測合格，方可進(jìn)行。

11.一氧化碳含量較高的煤氣管道不應(yīng)埋地敷設(shè)。煤氣管道應(yīng)采取消除靜電和防雷的措施。

12.帶煤氣作業(yè)或在煤氣設(shè)備上動(dòng)火，應(yīng)有作業(yè)方案和安全措施，并應(yīng)取得煤氣防護(hù)站或安全主管部門的書面批準(zhǔn)。

4.2 防中毒措施

2.應(yīng)設(shè)專職或兼職的技術(shù)人員負(fù)責(zé)單位的煤氣安全管理工作。

3.煤氣危險(xiǎn)區(qū)(如地下室、加壓站、熱風(fēng)爐及各種煤氣發(fā)生設(shè)施附近)的一氧化碳濃度應(yīng)定期測定，在關(guān)鍵部位應(yīng)設(shè)置一氧化碳監(jiān)測裝置。作業(yè)環(huán)境一氧化碳最高允許濃度為30 mg/m3(24μL/L)。當(dāng)CO濃度≥20μL/L時(shí)報(bào)警或自動(dòng)開啟事故通風(fēng)裝置。

4.煤氣的生產(chǎn)、回收及凈化區(qū)域內(nèi)，不應(yīng)設(shè)置與本裝置無關(guān)的設(shè)施及建筑物。

5.煤氣設(shè)施的人孔、閥門、儀表等經(jīng)常有人操作的部位，均應(yīng)設(shè)置固定平臺(tái)。

6.煤氣排放時(shí)均引至安全處，高出附近操作平臺(tái)4.5 m以上并離地10 m。廠房內(nèi)或距廠房20 m以內(nèi)的煤氣管道和設(shè)備上的放散管，管口應(yīng)高出房頂4 m。廠房很高，放散管又不經(jīng)常使用，其管口高度可適當(dāng)減低，但應(yīng)高出煤氣管道、設(shè)備和走臺(tái)4 m。不應(yīng)在廠房內(nèi)或向廠房內(nèi)放散煤氣。

7.在有煤氣危險(xiǎn)的區(qū)域作業(yè)，應(yīng)兩人以上進(jìn)行，并攜帶便攜式一氧化碳檢測報(bào)警儀。

8.在煤氣相關(guān)崗位配備防毒面具。

9.對(duì)可能泄漏氮?dú)庠斐扇梭w窒息的地方設(shè)機(jī)械通風(fēng)換氣設(shè)施。配備氧氣面罩，防窒息。

10.凡經(jīng)常檢修的部位應(yīng)設(shè)可靠的隔斷裝置。

11.帶煤氣作業(yè)如帶煤氣抽堵盲板、帶煤氣接管、操作插板等危險(xiǎn)工作，不應(yīng)在雷雨天進(jìn)行，不宜在夜間進(jìn)行;作業(yè)時(shí)，應(yīng)有煤氣防護(hù)站人員在場監(jiān)護(hù);操作人員應(yīng)佩戴呼吸器或通風(fēng)式防毒面具。

4.3 原料氣品質(zhì)保證措施

1.系統(tǒng)設(shè)置PSA－1工序。系統(tǒng)設(shè)置PSA－1工序以達(dá)到分離原料氣中的無機(jī)硫和水等雜質(zhì)。具體措施為:增壓的原料氣從吸附塔底部進(jìn)入PSA－1工序的吸附塔中，在預(yù)定的吸附壓力下，混合氣中的有害雜質(zhì)被專用吸附劑吸附下來，CO、N2、CH4等未被吸附的組分作為吸附尾氣從吸附塔頂流出吸附塔，送到后工序。當(dāng)吸附塔中的雜質(zhì)吸附前沿到達(dá)吸附塔的預(yù)定位置后，關(guān)閉吸附塔的原料氣進(jìn)口閥門和吸附尾氣出口閥門，吸附塔停止吸附步驟，開始轉(zhuǎn)入沖洗再生過程。

2.沖洗再生。結(jié)束吸附步驟后，將PSA－CO的尾氣從吸附塔的塔頂送入吸附塔對(duì)吸附劑進(jìn)行沖洗再生，再生過程中吸附塔壓力保持不變。

至此，吸附塔完成了一個(gè)完整的吸附－再生循環(huán)過程，并為下一個(gè)循環(huán)過程做好了準(zhǔn)備。裝置中9臺(tái)吸附塔交替進(jìn)行以上各個(gè)步驟的操作，從而得到滿足產(chǎn)品規(guī)格要求的半成品氣。

5 結(jié)論

高爐煤氣變壓吸附(PSA)提純技術(shù)存在的主要風(fēng)險(xiǎn)，可以通過采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施得到有效控制，達(dá)到減少安全事故的發(fā)生或消除事故隱患、減輕職業(yè)病危害的目的。該企業(yè)的高爐煤氣變壓吸附(PSA)提純技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用有效地控制了低燃值高爐煤氣大量放散所帶來的能源浪費(fèi)、環(huán)境污染和安全隱患，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 湖南省冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)院.湖南衡鋼百達(dá)先鋒能源科技有限公司提純低燃值高爐煤氣綜合利用工程可行性研究報(bào)告［R］.長沙:湖南省冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2011.

［2］ 湖南衡鋼百達(dá)先鋒能源科技有限公司.提純低燃值高爐煤氣綜合利用工程安全條件論證報(bào)告［R］.衡陽:湖南衡鋼百達(dá)先鋒能源科技有限公司，2011.

［3］ 湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院.湖南衡鋼百達(dá)先鋒能源科技有限公司提純低燃值高爐煤氣綜合利用工程安全預(yù)評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.長沙:湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，2012.

［4］ 陳健，古共偉.變壓吸附分離一氧化碳技術(shù)的應(yīng)用［J］.低溫與特氣，1996，(2):70 －74.

［5］ 管英富，鄧祖向，宋長江.變壓吸附技術(shù)制取高純度一氧化碳［J］. 天然氣化工(C1化工與化學(xué))，2010，(6):49－52.

［6］ 湯嬌娣，孫艷.一氧化碳分離提純技術(shù)進(jìn)展［J］.天然氣化工(C1化工與化學(xué))，2012，(5):62－67.