废料功能化项目低温甲醇洗工段液氮洗工艺技术研究

马涛 郑瑞康 崔倩倩 李江山

摘  要：来自低温甲醇洗工段净化气中有对氨合成化学反应不利的一氧化碳及微量的二氧化碳、水、甲醇等杂质。液氮洗工艺对净化气中微量的二氧化碳、甲醇的脱除使用分子筛技术。分子筛结构中有许多孔径均匀、排列有序的微孔，其直径与分子直径接近，能吸附直径比筛孔小的分子，而不让大的分子进入，有选择性地吸附，吸附饱和后进行切换再生，反复使用。

关键词：低温甲醇洗;液氮洗装置;吸附

中图分类号：T                                       文献标识码：A                                                 DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.083

一、工艺流程简述：

1.分子筛吸附器及再生

由低温甲醇洗工段T1001塔顶来的净化气，温度-61℃，压力5.45MPaG，流量113300m3/h（组分：H2：96.0399×10-2、 N2：0.4188×10-2、 CO：3.595×10-2、 Ar：0.1427×10-2、 CH4：0.0445×10-2、  CO2：×0.0010×10-2、CH3OH：0.0006×10-2），首先进入可切换的吸附器V-1101A，B中的一组，将微量的CH3OH、H2O、CO2脱除掉，以防它们在冷箱内冻结阻塞设备。分子筛吸附器的操作及再生处理由程控控制自动进行其切换，周期为24小时。

2.冷箱

设置冷箱的目的就是将由外部传入低温设备的热量降到最小。

①净化气的冷却及洗涤

出吸附器V1101A，B的净化气在1号进料气冷却器E1105和2号进料气冷却器E1106中被冷产品物流冷却到-188.1℃进入液氮洗涤塔T1101底部，其流量为113300m3/h.在T1101塔内，净化气中的Ar、CO、CH4被塔顶来的液氮洗掉，进入塔底尾液中，这股尾液同时溶解有少量氢气，含有部分氮气的净化气离开塔顶，其温度为-192.9℃。

②中压氮

从空分来的用以洗涤及保证合格H2：N2比的中压氮气压力为5.9MPaG，温度为40℃，流量为36700m3/h（N2纯度99.999×10-2），进入中压氮冷却器E1104.E1105中被冷产品物流（合成气、循环氢、尾气）冷却到-127.1℃，然后分成两路，其中一路经E1106被冷产品物流进一步冷却到-188.1℃，进入T1101塔顶作为洗涤Ar、CO、CH4的洗涤剂。另一路正好是保证合成气H2：N2=3：1的氮气量，配入出T1101塔经E1106复热了的净化氢气中。配好氢气的合成气在E1105被复热到-62.9℃又分成兩段，一股在低温甲醇洗工段被复热到30℃，另一股在E1104中被复热到30℃，然后又汇合在一起送往氨合成工段，其压力5.13MPaG，组成H2：74.9863×10-2、、N2：25.0126×10-2，最终的细配氮由在冷箱外直接连接在合成气管线上的中压氮完成，采用在线分析仪与串级调节进行。

③尾液

离开T1101塔底的尾液，温度-192.4℃，膨胀到1.03MPa（G），-190.9℃进入分离罐V1102闪蒸出富氢705.7m3/h（H2：86.75×10-2，CO：8.41×10-2， N2：4.56×10-2，Ar：0.258×10-2，CH4：0.0106×10-2）经E1106.E1105.E1104中复热，然后送往低温甲醇洗工段C1001压缩机以回收氢气。V1102底部的液体经节流膨胀到0.33MPa（G），-192.℃经E1106.E1105.E1104复热到31.℃作为燃料送出界区，其流量5229.88Nm3/h，压力0.33MPaG， 组成H2：3.9×10-2、 N2：20.94×10-二、 CO：71.65×10-2， Ar： 3.06×10-2， CH4：0.96×10-2。

3.中压蒸汽S40流程：

液氮洗分子筛再生使用3.82、MPa（G）、249℃饱和蒸汽，该蒸汽由过热S40（400℃）蒸汽在减温器内与锅炉水BW56混合，温度降至249℃后送至再生气体加热器E1101，加热再生氮。饱和蒸汽S40换热后变成冷凝液送出液氮洗界区。

二、再生氮气流程：

液氮洗分子筛运行以24小时为一个周期，其中分子筛预热，约需1小时用6500m3/h，用0.45MPa（G），20℃的氮气将分子筛从操作温度-61℃预热至常温;加热，约7.6小时氮气在E1101内被加热到220℃以后，再用此氮气将分子筛加热到200℃进行再生;预冷却，约需5.6小时用4500m3/h，20℃氮气将吸附器由200℃冷却至常温。氮气在加热、预冷却阶段须经循环水换热器E1102降温后作为气提氮的一部分送往低温甲醇洗岗位硫化氢浓缩塔。

1. 液氮洗冷火炬、冷凝液工艺流程：

液氮洗在开车、停车、正常生产过程中都会产生低温气体，多为可燃介质不能直接排往事故火炬处理。由于温度低，因此冷箱外部工艺管线、设备排出的低温气体直接进入火炬气体加热器E1103加热至130℃，排至事故火炬;冷箱内部导淋排出的工艺介质经缓冲槽V1103缓冲后进入E1103加热至130℃后排往事故火炬处理。在火炬气体加热器E1103内，低温气体被低压蒸汽S5.S15加热至130℃后排往事故火炬处理，产生的冷凝液送出液氮洗界区处理。

2. 其它辅助工艺流程：

液氮洗补液氮流程：本项目液氮洗装置设计液氮储罐，在系统冷量不足时可以通过液氮输送管线、阀门HV11001向液氮洗系统内补充冷量，此流程未设计液氮储槽。

三、结语

本工段的冷量来源于中压氮的类焦耳-汤姆逊效应和尾液的节流效应及低温甲醇洗岗位送至液氮洗的工艺气正常操作中无需任何外部冷源。根据H2.N2.CH4等组分沸点的不同将其分离。此过程是在低温精馏塔中进行。冷量的获得依靠净化气自身携带的一部分冷量;再者是中压氮类焦耳-汤姆逊节流效应以及尾液节流效应。

参考文献：

[1]辛少琳.低温甲醇洗工艺净化气硫含量超标的问题分析及解决措施[J].当代化工研究，2020（18）：152-153.

（1.山东华鲁恒升化工股份有限公司  山东德州  253000;2.华鲁恒升（荆州）有限公司  湖北荆州  434000）