空分装置放空气体的回收利用措施
丁盼盼1，刘春燕2，王德胜1
（1.宁波中金石化有限公司，浙江 宁波315000；2.中南大学化学化工学院，湖南 长沙410083）
［摘 要］空分装置中，空气经空气压缩机压缩后水洗降温，压缩空气中的水分和碳氢化合物在分子筛纯化器中得到了有效地吸附脱除，经分馏塔分馏后得到的氮气及污氮气中含水量极低，此类气体大量放空，会造成极大的浪费。结合宁波中金石化有限公司的生产实际，对放空的氮气及污氮气提出合理的分类回收利用方案，以达到节能降耗之目的。
［关键词］ 空分装置；放空氮气；污氮气；回收利用
［中图分类号］ X 781.4 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）04-0062-03
在化工、钢铁等行业中，空分装置为后系统提供大量的氮气以及氧气。在生产过程中，由于工况的调整以及后系统用气量的不稳定性，常常易导致空分装置产能过剩，所产出的纯净气体因得不到有效利用而放空，造成浪费。以下结合宁波中金石化有限公司的生产实际，对空分装置放空气提出合理的回收利用措施，供业内参考。
1 可回收放空气体种类
1.1 氮气
宁波中金石化有限公司目前有1套25 000 m3/h的空分装置，在正常生产中需为后系统提供氧含量10×10-6以下的合格氮气，液氮经低温液氮泵后进入高压板式换热器，通过板式换热器复热后将液氮转化为氮气供入氮气管网，设计流量为4.0 MPa的中压氮气2 000 m3/h以及0.8 MPa的低压氮气8 000 m3/h。在公司装置平稳运行过程中发现，为保证正常的氧气产量，在负荷不变的情况下，大量的氮气通过放空管直接排入大气，得不到有效利用，造成严重浪费，严重时氮气放空量要占到氮气总产量的50%。
1.2 纯化污氮气
在空分装置的正常运行中，分子筛切换周期为4 h左右。分子筛在加热和冷吹过程中使用低压板式换热器来的污氮气，在冷吹后进入升压及并行阶段时，污氮气处于放空状态，放空总时长为38 min。正常负荷下，低温污氮气的流量为25 000 m3/h，露点在-60 ℃以下，温度为20 ℃左右，大量干燥污氮气未被利用。
另外，本空分装置所使用的预冷系统由于未安装冷水机组，在工艺设计中需提供过量的冷却气进入水冷塔，以保证水冷塔的换热效果，再自水冷塔底部向空冷塔提供温度较低的冷冻水。实际生产中，为保证空分装置运行的稳定性，在冷冻水管线中预留了冷水机组管线，若出现外界环境温度高或补给水温度高等原因引起的冷冻水温度持续增高现象时，可添加冷冻机组来水，而这种情况下过量的冷却气会因得不到有效利用而造成严重的浪费。
2 放空氮气的回收利用
2.1 放空氮气作为气化装置置换气
气化装置设置8.0 MPa高压氮罐，以便气化炉在事故状态下能够对氧气管线内的残余氧气进行置换，以保护氧气管道以及气化炉的安全。由于氮罐压力过高以及存在设备密封性差等问题，氮罐泄漏严重，经统计，由于密封问题导致的氮气泄漏量在100 m3/h左右，浪费严重。由于高压氮气的压力要求，高压氮气管线通过液氮储槽配备的后备液氮泵进行补给，使得后备液氮泵长期频繁启动，对设备的损害较为严重，缩短了液氮泵的使用寿命。经过对高压氮罐的消漏处理后，氮罐内氮气的损耗问题有了明显改善，但仍需对高压氮罐进行频繁启泵补充，部分问题仍未解决，而且当高压氮罐压力低时，需现场人员手动启动液氮泵，时效性差。
鉴于高压氮罐对气化装置的重要性，考虑其密封性能，可在气化装置现场设置氮压机，将4.0 MPa氮气压缩后供入高压氮罐管线，既减少氮罐密封性差导致的液氮浪费并解决后备泵的损坏问题，同时还可回收放空的富余氮气。若采用增加氮压机的方案，可将氮压机设置为联锁启动，在高压氮罐压力低以及气化装置跳车时，氮压机启动及时补给氮气，安全快捷，不仅减少了手动启动的复杂性，还大大减轻了操作人员的负担。
2.2 放空氮气作为水冷塔冷却气
当水冷塔出口温度高，且未配置冷水机组，无法达到冷冻水的温度要求时，若管网氮气供过于求，可在氮气管线上增加配管，将部分氮气减压后引入水冷塔对冷却水进行充分冷却。氮气的水含量极低，与冷却水的换热效果较好，充分换热后可缓解水冷塔冷冻水出口温度高导致的系统整体能耗大等问题。
由于氮气管线内的氮气压力较高，在实际配管中需对管线内氮气充分减压后再供入水冷塔，以避免水冷塔出现因充入气体压力过高导致的液悬，造成水冷塔使用故障；同时，可在氮气管线上设置调节手阀，在氮气用量多时及时关闭，保证氮气的正常供应，增大空分装置的操作弹性。
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纯化污氮气的回收利用
更多内容详见《中氮肥》2016年第4期