污氮氣提純技術的應用

摘 要：以某廠為轉型需增加氮氣用量為例，介紹分析了污氮氣提純的可行性和具體實施方案，運行狀況表明提純效果良好，值得同類行業借鑒和推廣。

關鍵詞：污氮氣；純氮；可行性分析；改造方案

中圖分類號：TE624 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-01

隨著科學技術的進步和經濟的發展，氮的應用范圍日益擴大，并已深入許多工業部門和日常生活領域。性質決定用途，氮氣有兩方面的用途：一方面是作為原料用氣，主要是用在合成氨制造、生產石灰氮、合成氮化硅等；另一方面就是利用它的不活潑性來做保護氣體等。目前國內外，工業規模制氮有三類：即深冷空分制氮、變壓吸附制氮和膜分離制氮。本文以某廠為滿足發展轉型需要，分析污氮氣提純可行性和改造方案及運行效果。

一、污氮氣提純可行性分析

該廠空分裝置供應低壓氮能力為6000Nm3/h，實際需求量為22000Nm3/h，缺口為16000Nm3/h，中壓氮氣的供應能力為5000Nm3/h，實際需求量為11000Nm3/h，缺口為6000Nm3/h。氮氣總的缺口量為22000Nm3/h。而該空分裝置排放的污氮氣有78000Nm3/h，56000Nm3/h污氮送往水冷塔后排放，22000Nm3/h作為分子篩再生氣，污氮氣含氮量為95%。根據精餾原理，利用空氣的各種組份具有不同的揮發性進行蒸發冷凝，只要塔板足夠多，在塔的頂部即可獲得高純度的低沸點組份。該項目完全可以增加精餾塔塔板數，將污氮氣回收，進一步精餾實現氮氣量的增加，減少污氮氣的排放。

二、實施的改造方案

（1）改造方案。污氮氣高效利用技術包括以下幾方面的內容：一是污氮氣精制，二是氮氣復熱，三是氮氣壓縮，四是空冷塔冷量增加，五是輔助系統改造，改造工藝流程簡圖如下：

將精餾塔C2塔上部增加輔塔C2-1，并與原上塔復合，輔塔為規整填料塔，增加氮氣抽口和管道。重新設置污氮抽口、氮氣出口并完善分析點、阻力點和管道配置，使得C2塔頂上部氮氣進一步進行精餾提純，輔塔的壓力與原精餾塔連為一體，增加了精餾塔的塔板數，控制精餾塔塔頂壓力與原來保持一致，經精餾塔輔塔精餾后，高純度氮氣（GN）由塔頂引出，如圖2所示。一小部分污氮氣從輔塔下部引出。

針對主換熱器E2B、E1C/B所通過污氮氣量減少、低壓氮氣量增加的情況，對過冷器、低壓主換熱器的污氮氣通道進行重新分配，將部分污氮氣通道改為上塔來的低壓氮氣通道，其它管道及設備配管不變。保證冷箱冷量的平衡，這樣可最大限度地降低冷箱系統的改造風險。

（2）氮氣壓縮。低壓氮氣經離心式低壓氮壓機壓縮后提壓至0.6MPA，多余的氮氣送往污氮氣管線，供水冷塔。新增一臺VK810-3S型離心式低壓氮壓機，打氣量為6000Nm3/h，將該裝置提純后的純氮氣壓縮后外供0.6Mpa低壓氮氣，并新增2臺ZW-110-28活塞式中壓氮壓縮機，一用一備，打氣量為6000Nm3/h，將C套空分提純后的純氮氣壓縮后用于外供2.8Mpa中壓氮氣。多余的氮氣送往污氮氣管線，供水冷塔。

（3）空冷塔冷量增加。由于大部門污氮氣被提純，送至空冷塔冷污氮氣量減少，為了降低空氣進純化系統的溫度，增設1臺蒸汽溴化鋰冷水機組，減輕純化系統的運行負荷，有利于空分裝置的長期穩定運行。新增一臺制冷量60×104Kcal/h的冷凍機用于降低冷凍水水溫，同時對冷凍水管線進行改動，增加冷凍水旁路。

（4）其它輔助改造。新增液氮貯槽、液氮水浴式汽化器，和增活塞式中壓液氮泵，用于該廠后序裝置開車過程中提供液氮，同時為該廠提供緊急狀態下的保安氮氣。

三、工藝技術指標

該裝置在2013年10月25日-10月27日進行了性能考核，性能考核期間低壓氮氣取出量平均達到了33000Nm3/h，最高為34000Nm3/h，氮氣純度均達到99.99%，對氧氣、液氬的取出量及純度未造成影響；冷水機組各項運行指標符合設備參數，其制冷量能保證空冷塔對冷凍水流量、溫度的需求；液氮儲供系統的液氮泵及汽化器均能正常投用，達到了改造目的。

四、結束語

該改造項目充分利用了現有裝置的富裕能力，污氮氣通過增加輔塔提純提供了一種污氮氣回收利用的新途徑，并減少了污氮氣廢氣排放，減輕大氣環境污染問題，集經濟效益和環境效益為一體，且該項目改造設備簡單，操作簡便，提純效果良好，值得同類行業借鑒，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]汪紅.深冷制氮與變壓吸附制氮的技術經濟比較[A].全國化工熱工設計技術中心站建站四十周年慶典2003年年會暨大型學術技術交流會論文匯編[C]，2003.

[2]許賢文.污氮提純制純氮的可行性分析[J].科技創新與應用，2012.

[作者簡介]孫小會（1981-），工程師，2005年畢業于中國礦業大學環境工程專業，現任職于河南省煤氣（集團）有限責任公司義馬氣化廠技術中心，主要從事項目設計協調、工藝技術管理工作。