张蒙恩，孟雪，张洋洋
（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡453731）
［摘 要］为提高产品调配的灵活性，提升企业的市场竞争力，某厂拟在其煤制甲醇项目基础上扩建合成氨装置，实现合成氨、甲醇产能的柔性调节，经核算，拟建合成氨装置有39 500 m3/h（标况）的原料氮气需求，而该厂煤制甲醇项目配套的空分装置采用低温精馏法，在得到高纯度氧气和氮气的同时也会产生较大量的污氮气。为此，据拟建合成氨装置对原料氮气的需求，对厂区各压力等级氮气进行统计与分析，提出可通过收集其他压力等级氮气管网的富裕氮气加以利用而获取，并对富裕氮气的具体利用方式——液氮汽化、低压氮气加压、污氮气提纯（包括污氮深冷分离、污氮除氧）进行优缺点分析，认为拟建合成氨装置中压氮气采用污氮气提纯获取是较为可行的方案，并利用化工流程模拟软件分析本可行方案对空分装置的影响在工艺上是可以解决的，污氮气提纯可作为改扩建大型合成氨装置时原料氮气获取的优选方案。
［关键词］煤制甲醇项目；拟建合成氨装置；污氮气；液氮汽化；低压氮气加压；污氮深冷分离；污氮除氧；液氮洗
［中图分类号］TB657.7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）01-0001-03
0 引 言
某厂的煤制甲醇项目，采用四喷嘴水煤浆气化、CO宽温耐硫变换、（大连理工）低温甲醇洗净化、绝热等温复合型甲醇合成的工艺路线。其配套的空分装置采用低温精馏法，利用液化空气中各组分沸点的不同而进行分离：原料空气经过滤和空压机组压缩后，通过水冷和分子筛系统除去其中的水和二氧化碳，再经过换热、膨胀、等温节流冷却并液化，最终在精馏塔中实现氧、氮组分分离的同时排出危险杂质，此过程中，空分装置在得到高纯度氧气和氮气的同时，也会产生较大量的污氮气。现空分装置有液氮、低压氮气、中压氮气和高压氮气等多种氮气产品，各氮气管网压力等级及下游用户/装置情况见表1。
如今，为提高产品调配的灵活性，以提升企业的市场竞争力，该厂拟在其煤制甲醇项目基础上扩建合成氨装置，实现合成氨、甲醇产能的柔性调节。经核算，拟建合成氨装置有39 500 m3/h（标况，下文无特别说明处均为标况）的原料氮气需求，解决原料氮气来源成为拟建合成氨项目能否实施的基础与前提之一。
1 原料氮气的获取途径
大型合成氨装置工艺气净化一般配套低温甲醇洗和液氮洗工艺，合成氨装置的原料氮气在液氮洗系统中不仅用于配制氢氮比为3∶1的合成气，还担负着在氮洗塔内净化CO的重任，因此原料氮气的纯度及组分要遵照当前中压氮气管网的指标要求。经分析，拟建合成氨装置原料氮气除了可通过新建空分装置将空气分离获得外，还可通过收集现各压力等级氮气管网的富裕氮气加以利用而获得——具体方式有液氮汽化、低压氮气加压、污氮气提纯（包括污氮深冷分离、污氮除氧）等，具体方案及其可行性分析如下。
1.1 液氮汽化
单套空分装置液氮产量为3 300 m3/h，通过后备系统的液氮汽化器将其汽化可满足拟建合成氨装置的原料氮气需求。此方案的优点是，可利用原有的后备系统设备，无需新增设备。此方案的缺点有二：一是液氮售价400元/t，液氮汽化的成本高达0.5元/m3，运行成本较高；二是后备系统主要是应急使用，是为了保障空分装置运行不稳定或故障时生产系统短时间内可以正常运行，长期采用液氮汽化的方式满足拟建合成氨装置的原料氮气需求，存在极大的安全隐患。
1.2 低压氮气加压
0.42 MPa的低压氮气供液氮洗系统、低温甲醇洗系统和其他装置使用后，仍有约10 000 m3/h的余量，可通过增设氮气压缩机（氮气压缩机功率约1 200 kW）将这部分富余的低压氮气增压至6.11 MPa后并入中压氮气管网，用作拟建合成氨装置的原料氮气。此方案的优点是，改造范围较小，仅需增加氮气增压机并对相应管线进行改造，投资小，运行成本也较低。此方案的缺点有二：一是低压氮气富余量仅10 000 m3/h，富余量较少，不能完全满足拟建合成氨装置对中压氮气的气量需求；二是系统开停车过程中，吹扫和置换均需间歇使用低压氮气，即低压氮气管网不能连续稳定地提供10 000 m3/h的低压氮气用于增压为中压氮气。
更多内容详见《中氮肥》2022年第1期