液氮洗1

液氮洗主要用于化肥装置里进行纯化和制备氨气合成气。一般是氨气合成上游的最后 一道纯化工艺。 液氮洗的主要功能是脱除粗氢中的一氧化碳、氩气以及甲烷等残留杂质，将氮氢化学计量比 例调整到1:3。二氧化碳会使氨气合成催化剂中毒，因此必须彻底脱除。氩气和甲烷则是氨 合成回路中富集的惰性组分。如果未脱除，则需要进行合成气净化或净化气体分离。 将粗氢和高压氮气输入液氮洗装置。以上两类气体被产品气冷却。将粗氢加入氮洗塔底部， 冷凝液氮输入顶部。微量组分将作为燃料气体脱除和分离。将高压氮气加入工艺物流，得到 需要的氢气氮气比例。
分子筛吸附
1. 分子筛吸附原理 吸附是一种把气态或液态物质（吸附质）固定在固体表面（吸附剂）上的物理现象，这种固 体（吸附剂）具有大量活性表面的微孔，吸附质的分子受到吸附剂表面引力作用，从而固定 在上面。 吸附引力的大小取决于： ●吸附剂表面的构造（微孔率） ； ●吸附质的分压 ； ●吸附时的温度。 ●与制作吸附剂的材料性质也有关。 吸附伴随着放热，是一种可逆的现象。类似于凝结： ●如果增加压力，吸附能力增加 ； ●如果降低温度，吸附能力增加。 因此，在吸附时，要使压力升到最高，温度降到最低。解吸时，则要使压力降到最低 ，温 度升到最高。
CH4、Ar 在合成回路中循环累积，减少动力消耗无疑作用巨大。
液氮洗涤是利用空分装置所得到的高纯氮气，在氮洗塔中吸收氮洗气中少量 CO 的分离过程。
液氮由塔顶加入，氮洗气由塔底通入，进行逆流操作。在洗涤过程中，由于 CO、CH4和 Ar
的冷凝温度都比氮高，因此，当这些组分气体与低温液氮接触，温度降低而被冷凝下来，溶
3.2氮洗气是多组份混合物，对于多组分混合物，其每一组分的冷凝温度同该组分的气体分
压相对应。这样，每一组分的冷凝温度既受气体总压影响，又受成分变化影响。将一定组成
的氮洗气逐渐冷却时，冷凝温度高的组分先冷凝，随着温度的继续降低，冷凝温度低的组分
也逐步冷凝，温度愈低，各组分冷凝为液体所占的比例愈大。对Байду номын сангаас多组分混合物，其冷凝特
在 E04303的下游，氮气被分成两股，一股在换热器 E04305中被冷物流进一步冷却后作为
洗涤介质送到氮洗塔 C04301塔顶。在混合器 SP04301中另一股氮气加入到从塔 C04301的
顶部出来的经过 E04305复热后的净化氢气中（在 SP04301下游的合成气的氢氮比仍高于
3:1）。
合成气在 E04304中复热后被分为两股，一股送到低温甲醇洗装置的 E04218和 E04202回收
3.4充压冷却过程 冷吹结束后，程序将阀门 KV43013和 KV43014关闭，1min 后充压阀 PV43027打开均压，大 概30min 后压力达到30.8bar，满足两床的压差条件时，充压结束，用冷合成气继续冷却， 程序控制关闭充压阀，打开 KV43012， KV43016打开5%，3.5h 后开至10 %，3h 后开至 50%，大概30min 后降温结束，关闭 KV43016备用。
2. 分子筛工艺流程的描述 流程图见 PFF11及 PFP4301/4302 本装置设置分子筛目的在于除去经低温甲醇洗后的合成气中微量的甲醇和 CO2 。离开低温 甲醇洗装置的净化合成气流经可切换的工艺气体吸附器 Z04301A 或 Z04301B，甲醇和 CO2 即被脱除到小于0.1ppm。此举是为了防止液氮洗装置结冰而堵塞管道。两个吸附器中，一 个进行吸附，另一个进行再生。吸附器用低压氮气加热来再生，再生后的氮气含有甲醇和 CO2 ，作为 H2S 富聚塔 C04203的汽提氮气，这样微量的甲醇就返回到甲醇回路。再生氮 气加热器使用中压蒸汽作为热源。为了防止热氮气在再生阶段进入低温甲醇洗，在将再生后 氮气送入低温甲醇洗装置作为汽提氮气之前，在 E04302中用循环水进行冷却。
的。这种制冷方式属林德公司所有并受专利保护。
通过膨胀和蒸发分离罐 D04301来的液体获得进一步的制冷
由于原料气压力相对较低，通过上述制冷效应还不能为低温分离供足够的冷量。因此，还必
须补充液氮，在 E04305的交叉流动段蒸发，产生的气相与液相分离，并在换热器 E04305、
E04304、E04303中复热。复热后的纯氮可排放到大气或用作冷箱连续置换气。
冷量，另一股通过 E04303复热。两股物流在被复热后合并离开装置，直接用高压氮气为冷
箱外面的汇合的合成气对 H2：N2比进行微调。
离开氮洗塔 C04301底部收集槽的液体膨胀到中压进入 H2分离罐 D04301。闪蒸气在
E04305、E04304和 E04303中被加热后通过低温甲醇洗装置的循环气压缩机 K04201压缩返
产品物流冷却，然后进入氮洗塔 C04301。
在 C04301中，杂质如 Ar、CO 和 CH4被液氮洗去。这些杂质同小部分 H2溶解在塔底部的物
流中，约含15%N2的净化气体从塔顶部离开。
洗涤工艺和校正氨合成气中氢氮比所需的氮，以常温进入氮洗装置，在高压氮气冷却器
E04303和 E04304中与冷物流换热后冷却下来。
解在液氮中，在塔顶得到纯净的氢氮气。
3. 液氮洗的特点
3.1氮洗气各组分的冷凝温度与气体的压力有关
根据这个表的数据可以看出：压力提高，冷凝温度也升高，即可在较高温度下冷凝，但冷凝
温度的提高，并不与压力的增高成正比。此外，还应该注意到，会使设备结构复杂，并且氢
在冷凝液中的溶解损失增加。因此，一般操作压力采用中压法。
由于合成触媒要求 CO+CO2等含氧化合物当量氧＜10PPm，故气体在入合成塔之前，必须 将 CO 等含氧化合物清除，脱除净化原料气中 CO 的方法主要有化学法和物理法两种。化学 法常用的是铜洗法和甲烷化法；物理法常用的是液氮洗涤法。 1. 氮洗气的组成及其性质 来自低温甲醇洗工序的净化气，被分子筛处理过，吸除了微量的甲醇和 CO2 故又称为氮洗 气，其组成和各组分的冷凝温度见下表： 分析上表组分可知，氮洗气中的氢氮气可作为合成氨的原料气，一氧化碳是氨合成催化剂的 毒物，是必须清除的物质，而甲烷、氩虽对合成触媒无毒害作用，但因其在合成回路中循环 会降低合成氨的合成率及增加能耗，应加以清除。 2. 液氮洗原理 众所周知，物质均具有气、液、固三种聚集状态，氮洗气中各组份也不例外。在常温常压下， 它们呈气态，在101.3kpa 下，氢被冷却到20.3K（-252.73℃），氮被冷却到77.4K（-195.65℃）， CO 被冷却到81K（-192.00℃），甲烷被冷却到111.6K（-161.4℃），Ar 被冷却到87.3K （-185.7℃）时它们分别都变成液态，当用液氮来洗涤净化气时，其中的 H2冷凝温度很低， 仍呈气态存在，从而达到分离的目的，这就是氮洗除去 CO、CH4、Ar 的理论基础。进一步 分析，液氮洗涤在除去 CO 的同时，亦将 CH4、Ar 予以清除，这对提高氨的合成率和避免
分子筛吸附器在使用和再生过程中，通常需要对其压力、进口和出口温度以及出口过滤器前 后压差加以监控。在吸附过程中，由原料气进出吸附器温度变化所形成的两条曲线被称为“吸 附温度曲线”；在再生过程中，有再生氮气进出吸附器温度变化所形成的两条曲线被称为“再 生温度曲线”。分子筛吸附器运行的好坏，都会在其温度曲线上有所体现。因而，在分子筛 吸附器的工作过程中，加强现场巡回检查，认真检查和分析压力、温度曲线等参数变化，准 确判断分子筛的运行情况，并根据判断结果及时采取预防和应对处理措施，便能避免造成更 大损失，具有很重要的现实意义 四、液氮洗 低温甲醇洗工序送出净化气其组成为：
3. 分子筛系统的操作 分子筛由控制单元 KY43200程序自动控制，分为切除泄压、预热、加热、预冷、均压、冷 却备用几个步骤。程序中设置了许多压力、温度和时间的连锁，条件不满足时程序将保持， 此时可以通过手动干预，排除故障后投入自动运行。
吸附周期约为24小时，加热和冷却时间各约6小时。对于分子筛再生的氮气，要加热到约 220℃，水冷后送到 RWU 作气提氮气（最大约9,000Nm3/h）用，在加热时蒸汽最大消耗量 为1,400kg/h。再生后的氮气和 RWU 汽提氮气混合去 C04023。吸附器减压的弛放气直接送 到冷火炬，一般此股气体不作为燃料气回收，因为每24小时仅有20分钟的峰值。 3.1切除泄压过程 分子筛吸附末期就需要再生，再生前需要先将系统的压力降到接近再生氮气的压力，约 6.5bar。以再生 Z04301A 为例，先打开 KV43021，KV43022将 Z04301B 并入系统，Z04301B 投用正常后，程序关闭 KV43011（简称 KV11）和 KV43012（简称 KV12），将 Z04301A 隔 离，泄压通过阀门 PV43018（简称 PV18）控制，气体送去冷火炬，达到条件时阀门自动关 闭，泄压过程约30min。 3.2预热加热再生过程 泄压结束后程序自动打开 KV43014（KV14），约1min 后 KV13打开，同时来自空分的常温氮 气（约40℃）通过 TIC43002B（旁路），直接预热分子筛，再生后气由 TIC43003控制，低 于水温时旁通水冷器，一定时间后再生气被加热通过分子筛，此时时要通过水冷器 E04302 降温，然后被送去 C04203气提。当分子筛出口气达到200℃时，再生步骤结束，此过程需 要大概时，再生步骤结束，此过程需要大概6h。 3.3预冷过程 加热再生步骤结束程序自动将阀门 TIC-43002A 关闭，B 阀打开，其它阀门保持，用常温氮 气冷却，又称为冷吹，当出口温度达到设定值时，冷吹结束，此过程大概需要6h。
为了减少冷箱内设备的存量，还必须提供一个排污罐 D04302。冷液允许进行蒸发后排到冷
火炬总管，蒸发气在到火炬之前喷入蒸汽将气相温度提高，在事故时，可由安全阀直接排放
回到原料气中以提高 H2回收率。
分离罐 D04301收集槽的液体再被膨胀到低压后在 E04305、E04304和 E04303中复热。这股
气体离开冷箱后可用作燃料气。
补偿制冷损失所需的低温效应可以通过向净化氢气中喷入氮气来获得。这种结果使氮气的分