液氮洗分子筛预冷流程技改总结

液氮洗分子筛预冷流程技改总结

张永军，秦雅婷，张忠喜，张路强

（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆 乌鲁木齐  830011）

［摘  要］ 鉴于600 kt/a醇氨联产装置开车时液氮洗系统分子筛冷却时间长，影响整个系统的开车进度，提出利用废氮罐中液氮对低压氮气进行降温，从而提前预冷分子筛，加快低温甲醇洗系统溶液的降温速度，由此缩短净化气合格所需的时间。技改实施后，整个系统开车时间缩短，取得了可观的经济效益和社会效益。

［关键词］ 液氮洗；低温甲醇洗系统；分子筛预冷流程；技改；废氮罐；低压氮气

［中图分类号］ TQ 113.26⁺4.3  ［文献标志码］ B  ［文章编号］ 1004-9932（2017）01-0027-02

1  概  述

兖矿新疆煤化工有限公司600 kt/a醇氨联产装置液氮洗系统采用杭州杭氧股份有限公司的冷箱技术。醇氨联产装置沿用低温甲醇洗系统串联液氮洗系统为合成氨装置提供氢氮比为3∶1合格工艺气的传统流程，唯一的区别在于回收液氮洗的冷量需按一定比例分配给2套低温甲醇洗系统。

液氮洗系统开车可以分为两部分：① 用来自低温甲醇洗系统的工艺气对分子筛进行冷却；② 将经过分子筛脱除CO₂和甲醇等杂质的合格工艺气引入冷箱进行洗涤配氮，脱除CO、CH₄、Ar等产生合格工艺气。由于液氮洗系统分子筛冷却时间长，影响整个系统的开车进度，因此欲从上述两部分内容入手进行技改以缩短开车时间。方法有二：一是可通过改变进入冷箱的接气时间，但这一调节手段缩短的时间有限；二是通过优化操作来缩短时间，即通过改变分子筛的冷却方式来缩短开车时间。

按分子筛再生流程原始设计，分子筛是使用低温甲醇洗系统来的合格低温净化气进行冷却的，而此时的分子筛吸附剂温度为再生后的常温，用低温甲醇洗系统送来的-56 ℃的净化气进行冷却，要求冷却速率≤15 ℃/h，冷却至进冷箱的操作温度-55 ℃；而按操作要求，出低温甲醇洗系统净化气中CO₂含量＜20×10^-6、甲醇含量＜50×10^-6、总硫＜0.1×10^-6才算合格，才可进入分子筛对其进行冷却，这样就延长了液氮洗系统开车的时间。

2  分子筛预冷流程技改方案

2.1  分子筛预冷流程技改思路

在液氮洗系统正常操作中，为保证系统中冷量充足以及其出口CO含量达标，一般会有富裕冷量（液氮）外排至废氮罐（V3202）中，废氮罐中的液氮经过挥发加热至常温后放空至放空总管，由此造成冷量的浪费。

本技改方案拟回收利用液氮洗系统的这部分富裕冷量，将低压氮气（0.3 MPa）送入废氮罐中与液氮混合，达到给氮气降温的目的，再利用冷氮气对分子筛进行降温，冷却分子筛后出口的冷氮气再送往低温甲醇洗系统H₂S浓缩塔（T3003）作为气提气使用，从而加快低温甲醇洗系统溶液降温的速度，缩短低温甲醇洗系统净化气合格的时间。

2.2  技改可行性分析

本技改方案的可行性分析包含两部分内容：一是利用废氮罐作为混合的容器，将低压氮气引入废氮罐，将废氮罐中的冷量带出，通过调节进入废氮罐的液氮量以及充入废氮罐中的氮气量来调节预冷氮气的温度，废氮罐作为混合容器，评估其是否可满足技改后的使用要求；二是为确保分子筛不被污染，评估废氮罐中的废氮成分是否适用于分子筛预冷。

（1）废氮罐作为混合容器，需向废氮罐中排入液氮，液氮的温度在-190 ℃左右，还需充入低压氮气进行混合而带走冷量，从而达到预冷分子筛的目的，因此废氮罐必须能够承受-190 ℃的低温以及0.3 MPa的压力；另外，预冷利用的是分子筛再生管道，再生管道也要能承受-60 ℃的低温。废氮罐的设备参数见表1。

表1  废氮罐的设备参数

由表1可以看出，废氮罐的操作温度在-191.9～40 ℃，操作压力为0.25 MPa，设计压力为0.4 MPa，可满足技改要求。

（2）排入废氮罐的液氮，带有从液氮洗系统中排出的富裕冷量，其中含98%的N₂和1%～2%的CO，还有微量的CH₄等成分，不含CO₂、甲醇、H₂O等会造成分子筛污染的成分，可满足技改要求。

2.3  分子筛预冷系统相关工艺条件的确定

改造后，分子筛预冷流程借助的是分子筛的再生流程，是一个逆过程，冷氮气从分子筛的出口进入分子筛，气体自上而下流动对分子筛进行冷却，为防止气流过大对分子筛造成损伤，冷却分子筛的气量确定在4 500～5 000 m³/h；另外，考虑到废氮罐的设计压力为0.4 MPa，为保证低压设备的安全，将冷却时的压力控制在0.25～0.3 MPa。

据以上确定的操作条件，以及管道设计低压氮气推荐流速12～20 m/s，计算出氮气管道直径在125 mm，考虑到可调节度，将氮气管道直径放大到150 mm。

2.4  分子筛预冷流程改进具体方案

（1）于界区内低压氮气总管引DN150支管至废氮罐（V3202），与来自空分或冷箱的液氮进行混合。

（2）将来自空分装置的液氮管线在入界区大阀后引至冷箱液氮排放总管，至V3202。

（3）V3202气相去火炬加热器（E3206）管道增设DN200闸阀，用于V3202提前进行预冷时同火炬管网隔离。

（4）V3202气相出口管线增设的闸阀前增设1个200 mm×150 mm的三通，增设DN150的支管将出V3202的混合气体引至再生气体加热器（E3204）氮气管进分子筛盲板前。

更多内容详见《中氮肥》2017年第1期