液氮洗操作规程

目录

第一部分：生产工艺介绍 (2)

一、工艺原理 (2)

1.吸附原理

第一部分生产工艺介绍

一、工艺原理

液氮洗工序的工艺原理包括：吸附原理、混合制冷原理及液氮洗涤原理。1.吸附原理

吸附是一种物理现象，不发生化学变化。由于分子间引力作用，在吸附剂表面产生一种表面力。当流体流过吸附剂时，流体与吸附剂充分接触，一些分子由于不规则运动而碰撞在吸附剂表面，有可能被表面力吸引，被吸附到固体表面，使流体中这种分子减少，达到净化的目的。

分子筛对极性分子的吸附力远远大于非极性分子，因此，从低温甲醇洗工序来的气体中CO2、CH3OH因其极性大于H2，就被分子筛选择性地吸附，而H2为非极性分子，因此分子筛对H2的吸附就比较困难。被吸附到吸附剂表面上的分子达到一定，即达到了吸附平衡，吸附剂达到了饱和状态，这时每公斤吸附剂的吸附量达到最大值，称为静吸附容量（或称平衡吸附容量）。

在吸附过程中，由于流体的流动速度的影响和出口气体纯度等的要求，并不能使全部吸附剂达到吸附平衡，尚有一部分吸附剂未饱和，这时的吸附容量是单位吸附剂的平均吸附容量，称为动吸附容量。一般情况下，动吸附容量仅为静吸附容量的0.4-0.6倍。吸附剂床层的切换时间的确定是根据吸附剂在一定操作条件下的动吸附容量来确定的，如果到了切换时间而不及时切换，出口气体中杂质含量就会超标，因此必须严格按照设计要求的、定时切换再吸附器而进行再生。

2.混合制冷原理

在一定条件下，将一种制冷工质压缩至一定压力，再节流膨胀，产生焦耳-汤姆逊效应（J-T效应）即可进行制冷。科学实践已经证明：“将一种气体在足够高的压力下与另一种气体混合，这种气体也能制冷”。这是因为在系统总压力不变的情况下，气体在掺入混合物中后分压是降低的，相互混合气体的主要组分（如H2与N2、CO、CH4、Ar等）的沸点至少平均相差33℃，最好相差57℃，这样更有利于低沸点组分H2的提纯和低、高沸点组份的分离，并且消耗也低。

液氮洗工序就运用了上述原理。在换热器（E1704、E1705、E1706）中用来自氮洗塔的产品氮洗气，冷却进入本工序的高压氮气和来自低温甲醇洗的净化气；而在氮洗塔中，使净化气和液氮成逆流接触；在此过程中，不仅将净化气中

的CO、CH4、Ar等洗涤下来，同时也配入部分氮气。但这部分氮气并不能使出氮洗塔的产品气体中H2/ N2达到3:1，因此，还有另外一种配氮方式（此配氮过程是在换热器E1705、E1706之间完成的），使H2/ N2最终达到3:1；同时，在整个氮气与净化气体混合的过程中，使PN2＝5.9MPa(G)配到净化气中,其分压下降为PN2＝1.3MPa(G),产生J-T效应而获得了液氮洗工序所需的绝大部分冷量。

3.液氮洗涤原理

液氮洗涤近似于多组分精馏，它是利用氢气与CO、Ar、CH4的沸点相差较大，将CO、CH4、 Ar从气相中溶解到液氮中，从而达到脱除CO、CH4、Ar等杂质的目的，此过程是在液氮洗工序的氮洗塔中完成的。由于氮气和一氧化碳的气化潜热非常接近，因此，可以基本认为液氮洗涤过程为一等温等焓过程。

下表为液氮洗工序中涉及到的气体之有关物性参数。

从上表可以看出，各组分的临界温度都比较低，氮的临界温度为-147.1℃（其他组分可见上表），从而决定了液氮洗涤必须在低温下进行。从各组分的沸点数据可以看出，H2的沸点远远低于N2及其它组分，也就是说，在低温液氮洗涤过程中，CH4、Ar、CO容易溶解于液氮中，而原料气体中的氢气，则不易溶解于液氮中，从而达到了液氮洗涤净化原料气体中CH4、Ar和CO的目的。

由于选择的吸收剂为液氮，且在加压和低温下才可使氮气液化，同时加压和低温下还可提高气体的溶解度，故选择本液氮洗在5.2MPaG、-194℃的条件下操作。

二、工艺特点

目前，国内已建成的液氮洗装置已有近十套之多，二十多年来，许多工程技术人员做了大量的工作，积累了丰富的理论和实践经验。根据气化压力的不同，

这些已建成的液氮洗装置的操作压力有2.0～3.0、5.0～6.0、7.0～8.0 MPaG

不等。根据气化后，粗煤气是采用急冷或废锅流程进行冷却及配套的变换、低温甲醇洗流程的不同，这些液氮洗工序就分成不同压力等级的“液氮洗流程”。由于本项目气化工序为水煤浆、6.5MPaG压力下气化；低温甲醇洗为5.0～6.0 MPaG 压力；故液氮洗选用5.0～6.0 MPaG压力且CO馏份不进行循环回收的流程。

与国内现有的液氮洗工序相比，本工艺的特点如下：

1.采用气体配氮流程（即在 E-1705 和E-1706 间配氮），较液体配氮（在E-1706 后配氮）流程操作更为灵活和可靠。

2.设置了冷箱外配氮的精调，进一步提高了液氮洗工序的操作灵活性、可靠性和H2/N2 比的精确度。

3.本工序的中压氮气向净化气中混配时，依靠氮的分压降低产生 J-T 效应而得到所需的冷量。正常生产时不需要补充冷量，仅在开车期间、保冷效果差和操作不稳定时才需由空分装置供应液氮来补充冷量。

4.液氮洗工序排出的低温液体去火炬之前，采用间接加热，使火炬气中不含水，简化了控制和操作；同时也避免了使用蒸汽喷射直接加热时，因操作不当会造成管道破裂的危险。

三、生产工艺流程叙述

1.净化气流程（包括合成气流程）

来自低温甲醇洗工序的净化气，流量为145118.5 Nm3/h，压力5.24MPa(G)，温度为-61.35℃。其中含H2: 96.40%，N2:0.42%，CO:3.02%，Ar:0.14%，

CH4:0.027%，CO2：20ppm，CH3OH：25ppm。首先进入内装分子筛的吸附（V-1701A/B），将净化气中微量的CO2、CH3OH脱除干净，出吸附器（V-1701A/B）后的净化气中，CO2和CH3OH的含量均在1ppm以下；然后，净化气进入冷箱，在1号原料气体冷却器（E-1705）及2号原料气体冷却器（E-1706）中与返流的合成气、燃料气和循环氢气进行换热，使出2号原料气体冷却器（E-1706）后的原料气温度降至-188.1℃，进入氮洗塔（T-1701）的下部。在氮洗塔（T-1701）中，上升的原料气与塔顶来的液氮成逆流接触，并进行传质、传热。CO、CH4、Ar等杂质从气相冷凝溶解于液氮中，而塔顶排除的氮洗气中的H2与大约10%的蒸发液氮混合，进入2号原料气体冷却器（E-1706），出2号原料气体冷却器（E-1706）后，将