气体深冷分离工艺探讨

气体深冷分离工艺探讨

吴博

抚顺石化公司烯烃厂

摘要：空分装置是以空气为原料，通过压缩机加压、预冷系统和纯化系统吸附杂质、膨胀机做功和冷箱换热把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中分离生产出纯度99.999%的氮气和液氮。

关键词：深冷分离; 压缩机; 冷箱; 精馏

引言

本套装置是中国石油抚顺石化公司扩建80万吨/年乙烯工程配套的公用工程设施之一，分为空分和空压两个单元。空分单元采用四川空分设备有限公司设计制造的KDN-18000/1200Y型空分装置。由空气压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、空气精馏系统、液氮储存及汽化系统等组成。空压单元由空气压缩系统、空气干燥系统、仪表风储存系统、仪表风缓冲系统等组成。

1深冷分离装置应用概况

本装置于2009年9月开始建设，2012年4月全面投产。由中国寰球工程公司负责总体设计,主体施工由寰球六建承建。整套装置采用DCS控制，具有较高的自动化水平。空分单元主要任务是满足抚顺石化东部炼油厂、热电厂及烯烃厂各装置的氮气需求。设计氮气产量为18000 Nm3/h，液氮产量为1200Nm3/h（折合气体），液氮做为调峰及事故备用。空压单元主要任务是满足乙烯联合生产区各生产装置、辅助生产设施对仪表风和工厂风的需求，同时向乙烯装置提供清焦用压缩空气。设计产量为仪表风14000Nm3/h，工厂风7200Nm3/h，清焦风22000Nm3/h。

2深冷分离装置工艺流程

原料空气经空气过滤器S-101清除了灰尘和其它机械杂质，首先在原料空气压缩机(K-101)中被压缩到所需的压力，末级压缩后的原料空气进入空气冷却塔C-101与来自水冷塔C-102冷却过的冷冻水及循环冷却塔来的循环水进行传热传质，降温后进入分子筛纯化系统。两只分子筛吸附器D-101A/B切换使用，加工空气在分子筛纯化器内除去水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物等有害杂质(二氧化碳含量小于1ml/m3)。净化后的加工空气进入主换热器E-102A/B，被返流产品气体冷却至饱和温度附近后进入精馏塔C-103，加工空气进入精馏塔后从下而上在填料上与自上而下的液体进行传热传质，经过精馏，在精馏塔顶部获得高纯氮气，其中大部分氮气进入冷凝蒸发器被冷凝为液氮，做为回流液返回精馏塔；少部分氮气送入主换热器复热到常温引出冷箱后，经膨胀机K-102A/B增压端增压、冷却后做为产品氮气送出；在精馏塔底部获得液空，经过节流后进入冷凝蒸发器做为冷源与氮气进行换热，被蒸发后进入主换热器被复热到一定温度，再进入膨胀机膨胀制冷。膨胀后的气体进入主换热器被复热至常温送出冷箱，一部分经加热器后去分子筛纯化系统做为再生气源，另一部分去预冷系统的水冷塔冷却循环水。产品液氮经过冷器后进入常压液氮储罐V-102。

本装置设置液氮储存系统，当空分装置临时停车或氮气需求量大时，自动启动液氮蒸发系统，维持下游装置连续生产。

3系统运行过程中的突出问题

深冷分离装置在运行过程中暴露出的问题主要是氮气窒息问题和冻伤问题。膨胀机室内多为氮气管路，一旦泄漏容易造成人员窒息。工作人员不得进入氧含量低于20%的场所，在进入可能缺氧的地方或设备之前，应检查检测仪表，或进行取样化验，并办理相关的手续。泄露或排放氮气的场所，如必须进入的应佩戴氧气或空气呼吸器。一旦发生人人员窒息的处理方法：一旦发现有人不慎窒息晕倒，同班人员检查空气呼吸器面罩、导气管完好，压力不低于18MPa后，戴好呼吸器进入现厂，将患者背到通风处，然后将门窗打开。并同时对窒息者进行初期抢救。拨打120急救电话通知车间、调度等部门。查清泄漏原因及准确位置。去十字路口接救护车。通知车间值班人员及其它管理人员。尽快找到漏点，在不影响生产的前提下关掉漏点前阀或做出其它相应处理。必要时停车处理。空分装置的液氮、液空等低温液体排放或管线泄漏时，易造成冻伤。发生冻伤的处理方法：在处理低温液体或相接触的物体时，都应戴上无吸收性的手套，手套应宽松。在可能发生低温液体喷射或飞溅的环境下，眼睛应用面罩或护目镜保护，应穿上能罩在鞋外面的长裤。不得长时间的吸入低温气体，否则会损害肺部。工作人员进入低温环境应采取御寒措施。冻伤使肌肉僵直，严重者深及骨骼，在救护搬运过程中，动作要轻柔，不要强使其肢体弯曲活动，以免加重损伤，使用担架，将伤员平卧并抬至温暖室内救治。将伤员身上潮湿的衣服剪去后，用干燥柔软的衣服覆盖，不得烤火或搓雪。拨打120急救电话，由医护人员继续救治。全身冻伤者呼吸和心跳有时十分微弱，不应该误认为死亡，应努力抢救。

4精馏系统的运行

在空分装置冷开车停车排放后开始进行全面加温时，必须注意加温气量要少，速度要慢，切不可一开始就用大气量加温。加温气体为常温干燥空气。不要使低温透平膨胀机出口温度长期进入液化区。冷凝器和精馏塔的液面不能太高，以免引起液泛，也不能太低，以免造成易爆的碳氢化合物的浓缩和沉积。冷凝蒸发器中的乙炔含量需要每天分析测量，并将其结果记录在操作记录本上。主冷烃含量应低于 80ml/m3，不能超过 100ml/m3，含量过高，有导致爆炸的危险；乙炔含量应低于 0.1ml/m3，不能超过 1ml/m3，含量过高，有导致爆炸的危险。所有阀门调节应按步骤缓慢逐一进行，当前一只阀门的调节取得了预期效果后，方可开始下一只阀门的调节。在停车后，准备加温前一定要从各液体容器和管道排放液体，而且要放尽，在不宜放净的区段应带压排放。长期停车，排放所有液体，静置4小时自然升温，再进行全面吹除。当富氧液空中乙炔或碳氢化合物含量过高时，应采取下列措施：①增加富氧液空排放量。②多测定尽快地查明含量增高的原因，进行消除。③检查分子筛吸附器的工作情况是否正常。④如果采取措施后，乙炔或碳氢化合物含量仍然增长，当碳氢化合物达到100ml/m3或乙炔达到1ml/m3时，则应立即停车，排除液体，对设备进行加温解冻。

5液氮贮存、氮气外供

液氮贮存注意事项：液氮储罐投用之前，必须清除各管口、接头可能存在的水份等杂质或污垢。充液前必须对液氮储罐及管线进行吹除置换。检查绝热层空间的压力，压力不足时应充入足够的干燥氮气进行弥补。充液时要注意槽内压力的变化，调节进液量，以保证储罐不超过最高工作压力。检查设备、管道、阀门有无泄漏。定期检查储罐系统上的安全阀、压力表、液位计等安全附件，一年一校以保证其正常工作。储罐在使用期间，要不定时检查储罐内的压力、液位、排出量、剩余量及产品的纯度。防止低温液体与皮肤接触，否则会引起严重冻伤。氮气外供系统的运行注意事项：液氮泵一台保持冷态备用状态，低速运行，观察出口压力稳定，出口压力出现波动时，利用现场液氮泵进出口排汽管排气，适当提高转速，压力稳定后恢复，避免出现汽蚀。保证百立液氮罐液位≧10米，千立液氮罐液位≧8米；百立液氮罐液位低时启动液氮泵从千立液氮罐补充，千立液氮罐液位低时向厂主管部门汇报，减少液氮的用量，空分装置多产液氮，必要时外购液氮。

结束语

随着化工产业不断发展，现代空分装置的大型化、自动化程度越来越高，越来越广泛，只要我们在运行过程中不断地研究和总结运行经验，深冷分离装置的运行将会愈加的稳定。

参考文献

[1]田峻,李琰,廖丽华,李东风.乙烯装置深冷分离系统的优化研究[J].石油石化绿色低碳,2019,4(05):22-28.

[2]王嘉龙,张虎.空气深冷分离装置的实训操作[J].农家参谋,2019(20):183.

[3]李旭东.H_2/CO深冷分离问题及处理[J].煤炭与化工,2019,42(06):137-139.

[4]孙辉.气体深冷分离工艺探讨[J].石化技术,2018,25(11):200.