任务一认识液氮洗工艺流程及设备无机化工生产技术项目五液氮洗

项目五

液氮洗工段任务一认识液氮洗工艺流程及设备无机化工生产技术+123知识点1物理吸收法定义知识点3液氮洗工艺及设备知识点2物理吸收剂知识点目录粗煤气经一氧化碳变换后，变换气中除氢、氦外，还含有二氧化碳、一氧化碳和甲烷等组分，其中以二氧化碳量最多，二氧化碳既是后期变换气应用的化工过程中各种催化剂的毒物，又是重要的化工原料，如用作生产尿素、碳酸氢铵等氮肥的原料，以及产品食品饮料工业的原料等，因此，粗煤气经一氧化碳变换后要进行二氧化碳脱除操作。脱碳脱碳CBA脱碳方法干法脱碳湿法脱碳脱碳物理吸收法化学吸收法湿法脱碳知识点1物理吸收法定义知识点1物理吸收法定义利用分子间范德华力进行选择性吸收。适用于二氧化碳含量>15%，无机硫、有机硫的吸收。物理吸收法知识点1物理吸收法定义04溶液造成的腐蚀严重，并且液体损失量较大。碳酸丙烯酯法02动力消耗大，氢气和一氧化碳的损失大。水洗法05广泛采用，经济合理，去除CO、CH4

、Ar。液氮洗法03既可脱碳又可脱硫，但需要较多的冷量，一般大型化工厂使用。低温甲醇洗01吸收的二氧化碳可减压再生，吸收剂可重复利用。特点知识点2物理吸收剂对二氧化碳吸收能力大，在相同条件下约为水的4倍。纯净时略带芳香味，无色，当使用上一段时间后成棕黄色（水溶解二氧化碳、二硫化氢，及碳酸丙烯酯降解等）12345中度挥发性有机溶剂，极易溶于有机溶剂，但对压缩机油难溶。碳酸液降解后对碳钢有腐蚀，使碳酸丙烯酯变成棕色。吸水性极强，碳酸丙烯酯液吸收能力与压力成正比，与温度成反比，对材料无腐蚀性（无水解时）。物理性质知识点2物理吸收剂（1）碳酸丙烯酯气体CO2H2SH2COCH4COSC2H2溶解度3.4712.00.0250.500.35.08.6各种气体在碳酸丙烯酯中的溶解度（0.1MPa，25℃）m3气体/m3知识点2物理吸收剂溶液含水量越多，溶剂被水解的量也多。温度升高，能加快水解速度，增加碳酸丙烯酯液水解量。123在酸性介质中，水解速度加快。化学性质（1）碳酸丙烯酯水解性:碳酸丙烯酯水解成1,2-丙二醇。知识点2物理吸收剂对H2S、CS2、C4H4S四氢噻吩、CH3SH、COS等硫化物有较高的吸收能力，能选择性吸收H2S，也能脱除CO2，并能同时脱除水；溶剂本身稳定，不分解，不起化学反应，损耗少，对变通碳钢腐蚀性小，无毒性，也不污染环境。123该溶剂能与水任何比例互溶，不起泡，也不会因原料气中的杂质而引起降解，加上溶剂的蒸气压低，损失非常少。主要优点（2）聚乙二醇二甲醚（NHD）知识点2物理吸收剂主要优点（3）N-甲基吡咯烷酮（Purisol）对CO2的吸收能力比水高6倍，而H2和CO损失很小。1适合于Lurgi法重油气化制得的甲醇原料气（变换气中二氧化碳高达30%）。2知识点2物理吸收剂在-70～-30℃的低温条件下，能同时脱除气体中的H2S、COS、CS2、RSH、C4H4S、CO2、HCN以及石蜡烃、粗汽油等杂质，还可同时吸收水分。在低温条件下选择性强，CO、H2等损失少。123热稳定性和化学稳定性好。主要优点（4）甲醇知识点2物理吸收剂毒性大，再生流程复杂。多用于天然气、石脑油为原料蒸汽转化制得的原料气的脱碳，也可用于以固体燃料为原料加压连续气化法制得的原料气的脱硫和脱碳（同时）。缺点（4）甲醇知识点2物理吸收剂一氧化碳净化程度高；可同时脱除甲烷、氩气等杂质，得到纯度很高的精制气，使合成氨回路不必进行或只进行少量驰放。123低温甲醇洗与液氮洗流程结合非常经济合理，低温甲醇洗相当于液氮洗的预冷。主要优点（5）液氮洗知识点2物理吸收剂知识点3

液氮洗工艺及设备液氮洗基本原理知识点3

液氮洗工艺及设备液氮洗涤是采用物理吸收来净化原料气体的过程，即用低温的液氮吸收原料气体中所含有的CO、Ar、CH4等杂质。吸收

是在特定条件下选择一定的溶剂造成两相物质体系，利用气体中各组分溶解度的差异而分离气体混合物。液氮洗涤既是气体分离过程也是传质过程。传质分离过程：物质在两相间的转移过程称为传质分离过程。传质分离过程的依据：混合物中各组分在两相间平衡分配不同。液氮洗涤冷量来源：气体混合制冷；气体节流制冷；开车过程空分液氮补充冷量。液氮洗工艺概述知识点3

液氮洗工艺及设备

液氮洗是采用物理吸收来净化原料气体的过程,即用低温的液氮吸收原料气体中所含有的CO、Ar、CH4等杂质。采用液氮洗工艺精制合成气，获得的精制气基本为纯氢气和氮气的混合物，氢、氮比符合氨合成的要求。由于精制气惰性气体含量低，在氨合成过程中，基本不需要排放弛放气，可以提高氢气的利用率，降低原料消耗。液氮洗工艺作用知识点3

液氮洗工艺及设备原料气中的CO是氨合成触媒的毒物，它可使氨合成触媒中毒而失去活性。液氮洗功能是将低温甲醇洗装置出口的净化气，通过气体精制脱除CO等，同时配入氮气为氨合成装置提供原料合成气。液氮洗工艺特点知识点3

液氮洗工艺及设备工艺过程为高压低温，氮洗塔的操作温度为-192℃，操作压力近60.0bar(G)。脱除了CO等杂质的溶液无须再生，这就使得氮洗工艺比较简单。采用了高效率的板式换热器，几种物流的通道组成一组换热器，减少了设备台数，而且换热效果好．正常生产时不需外界补偿冷损。液氮洗工艺特点知识点3

液氮洗工艺及设备对原料气中的CO2、H2O、CH3OH等杂质采用分子筛吸附，吸附器的吸附和再生切换采用程序控制。送往合成工段的精制气，其氢氮比例调节采取了氮冼冷箱内的低温调节为主、冷箱外常温调节为辅的原则来控制控氢氮气比例。为加快开车速度、缩短开工周期，开车时由空分直接送液氮提供开车过程中的冷量。液氮洗生产流程知识点3

液氮洗工艺及设备装置设计能力为处理正常流量118356Nm3/h的工艺气，出液氮洗装置合成气（H2＋N2）气产量约为151072Nm3/h，满足年产40万吨合成氨对原料气的要求。本装置年操作时间为7200小时，装置的操作弹性为50～110%。液氮洗装置由三部分组成：原料气分子筛吸附部分、冷箱液氮洗及配氮部分、分子筛再生系统及冷火炬气加热部分。知识点3

液氮洗工艺及设备1．分子筛吸附器

来自低温甲醇洗装置甲醇洗涤塔（T1601）的工艺气（-62.6℃，5.38MPaA,118356Nm3/h,15592Kg/h，组成(mol%):H296.42%,N20.46%,CO2.80%,Ar0.19%,CH40.13%,CO21ppm,CH3OH4ppm)进入可切换分子筛吸附器（V1701A／B）的一台，将净化气中CO2、CH3OH等高沸点杂质除去，以防止它们在冷箱内冻结堵塞管道与设备。预处理后的净化气进入冷箱作进一步处理。2．冷箱

出V1701A／B的工艺气进入冷箱后，依次经过1#原料气冷却器（E1705）和2#原料气冷却器（E1706）与冷产品物流（合成气、循环氢气、燃料气）逆流换热，分别被冷却至-132.1℃(-98)、-188.1℃，然后进入液氮洗涤塔（T1701）的底部。在T1701中工艺气被自上而下的液氮洗涤，其中的CO、CH4、Ar等杂质冷凝、溶解于液氮中，汇集于塔底作为尾液，这股尾液中同时还溶解有少量的H2。知识点3

液氮洗工艺及设备液氮洗装置设备说明

液氮洗装置由两部分构成，即吸附系统部分和深冷分离系统部分。本装置有容器类5台，换热器6台，塔类2台套；主要设备集中在冷箱内，包括氮洗塔和三组板翅式换热器。知识点3

液氮洗工艺及设备

本装置设有相同的两台套吸附器（V1701A/B），属于立式容器，内装UOP分子筛（型号5A1/16“），每台吸附器装填量为7m3。两台套吸附器循环使用，切换周期24小时，再生所用气体为氮气。吸附器知识点3

液氮洗工艺及设备氮洗塔氮洗塔是氮洗冷箱中的关键设备之一，该设备设计压力为5.8MpaG，设计温度为-196℃，属于三类压力容器。氮洗塔为板式塔，塔盘形式为筛板塔，内径为1.2m，塔高约18m，共55块塔盘，板间距250mm，塔盘为小孔筛板，塔的底部还有一块泡罩塔盘，氮洗塔材料采用铝镁合金。知识点3

液氮洗工艺及设备板翅式换热器

冷箱内三组换热器均为板翅式换热器，板翅式换热器具有传热效率高，在单台设备中可实现多股物流的热量相互交换，同时它还具有结构紧凑、轻巧、材料省等优点。

作用：将分子筛吸附后的原料气冷却到氮洗操作温度，将高压氮冷却经节流成液氮；同时回收返流的氮洗气冷量和塔釜液经节流膨胀产生的冷量。知识点3

液氮洗工艺及设备精馏塔分类：1.填料塔2.板式塔泡罩塔筛板塔浮阀塔淋降筛板塔板式塔工作原理知识点3

液氮洗工艺及设备氮洗塔为板式塔，塔盘形式为筛板塔，填料塔工作原理筛板塔塔盘示意图知识点3

液氮洗工艺及设备知识点3

液氮洗工艺及设备板式塔结构知识点3

液氮洗工艺及设备筛板塔盘新型撞击式筛板塔盘知识点3

液氮洗工艺及设备新型筛板塔气液流动方式知识点3

液氮洗工艺及设备混合器（M1701)是内有填料的立式塔。工作原理：混合器是一种没有运动部件的高效混合设备，通过固定在管内的混合单元内件，使二股或多股流体产生流体的切割、剪切、旋转和重新混合，达到流体之间良好分散和充分混合的目的。高压氮气原料气M1701知识点3

液氮洗工艺及设备混合器工作原理图混合制冷原理：在同一个容器内，多种气体混合后，各组份分压降低，相应温度也降低。知识点3

液氮洗工艺及设备

节流原理：

等焓节流，压力降低，不对外做功，不换热，克服阻力，分子间相互位能增加，动能减少，引起温度降低，使其具有吸收热量的能力。在本装置通过节流阀来实现制冷。节流阀知识点3

液氮洗工艺及设备节流类型知识点3

液氮洗工艺及设备本车间液氮洗特点工艺特点粗配氮位置更合理粗配氮是在1#原料气冷却器（E1705）和2#原料气冷却器(E1706)之间进行的，此时氮气并未液化，并且设计了氮气合成气混和器，以保证氮气与合成气混和充分，使节流效果更好，避免了使液氮与合成气混和不均匀，从而影响节流与换热效果的现象发生。知识点3

液氮洗工艺及设备闪蒸氢气回收尾液中含有10%的H2，本装置设计了将尾液中H2加以回收的装置：将T1701塔底尾液节流减压到1.75MPa,然后进入V1701闪蒸分离H2，经回收冷量后送到C1601压缩回收。增设补液氮接头为缩短开车时间或向本工段补充冷量，可由空分装置向尾液管线补液氮。知识点3

液氮洗工艺及设备设备特点T1701氮洗塔采用筛板塔

液氮洗涤塔第一