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氮气作为惰性气体的一种，用于易燃、易爆、易腐蚀、易氧化物料的保护、输送、密封等，以保障安全生产。在石化企业如炼油厂中重整、加氢装置的生产，要用纯氮（99.99%）作保护气、置换气，为了保护设备，有的大型机组的密封气要用到氮气。高纯氮气（99.999%）是化纤生产至关重要的气体，主要用作保护气、输送气，防止原料的氧化。可以说石化行业是用氮大户，氮气是化工厂的“保安气”。工业对氮气的大量需求，一般采用空气分离方法。在空气分离方法中包括低温法、变压吸附法、膜分离法。本文主要针对石化行业用氮情况，对空分制氮技术的三种方法进行介绍比较，结合我厂用氮情况提出了所采用的制氮工艺流程。三种制氮工艺技术各有自己的优点和缺点。变压吸附和膜分离制氮的优点是启动快，操作弹性大，一次性投资小，运行费用低，但这两种制氮技术，要满足石油、化工行业对高纯氮气的要求，需在其后增设氮气纯化系统。目前的纯化工艺为加氢除氧，加氢除氧在操作和安全要求上比较高，受外界条件制约因素多。在出现事故（如停电）时如果氢气跟不上生产要求，将导致无法生产合格产品。深冷法制氮一次性投资大，工艺流程复杂，但该技术成熟，受外界制约因素少，产品质量高，能满足化纤所需要的高纯氮气，能够生产液态氮，在全厂出现故障时，可以作为氮气调峰的手段。石化企业对制氮设备的选型依据大型石化企业的制氮系统是公用工程之一，采用何种制氮技术流程更安全可靠，如何优化供氮，最大限度的节能降耗是应考虑的几个问题。结合我厂炼油系统供氮情况加以说明。石化企业用氮气量虽然时起时伏地变化，但可按每小时的气体平均用量作为其消耗量，低峰与高峰（如个别装置故障期间大量用氮）可以用贮槽或球罐贮存来平衡。不同压力等级的氮气用户，利用加压设备加压后分开供给。炼油系统氮气压力等级分为三个级别：0.Mpa氮气专供一、二催Mpa氮气供给其它装置；4.Mpa氮气供二联合、六联合和四联合开停工气密用。0.Mpa氮气是常用压力等级的两种氮气，其用量目前正常已达到2000h，随着我厂的发展，氮气消耗量会达到3000h。所以制氮设备规模可以此做为主要选择依据。石化企业的用氮，主要是气态。低温和非低温空分制氮设备都可以选择。但是非低温空分设备在3000以下产量优势明显，大于此产量时能耗较高，要制取高纯氮气时需加全要求高，受外界影响大。深冷法制氮除消耗水、电外，无需用，受外界牵涉因素少。在炼油厂和化纤厂的部分装置对氮气的纯度要求不高时，其主要用来密封和输送原料，纯度只要达到98%即可，这样就可以直接利用变压吸附或膜分离制氮技术满足要求，也无需用H长周期运行。炼油系统由一年一修向三年两修、两年一修方向发展，生产具有连续性的特点，绝不允许空分装置停产，公用工程必须满足主装置检修故障期间用氮要求，所以在制氮设备选型上必须考虑长期、安全、稳定、可靠地运行。主要设备如离心机组、冷冻机组要有备用机。必要时可以考虑上备用空分，保证在运空分故障抢修期间，开备用空分而不影响主装置的安全运行，备用空分可以考虑上常温型制氮设备，利用其开机制氮快的特点，作为辅助补充供氮，可以减少因在运空分故障而带来的潜在威胁。气体外供可以是气体和液体。在选择空分设备时，应考虑能产一部分液氮，以作为贮备。一般空分制氮设备都可以生产部分液氮，根据用户要求，液氮量可以是产量的10%左右，如需要更多的液体，可选择气体液化装置来弥补，配贮存系统（液氮贮槽）外供液氮和应付故障停车或高峰时用配备低压和中压液氮贮槽。低压贮槽（工作压力在0.Mpa氮气用户的贮备（根据我厂情况，1.Mpa氮气用户正常用氮压力也在Mpa左右）。中压贮槽（工作压力可达Mpa）作为中压氮气用户开停工气密用的氮气贮备，也可降压使用。产量应有一定的富余量。公用工程是主装置所必需的，宁可富余，不可欠缺，否则因供给不足而带来的损失是不可弥补的。笔者认为，制氮设备的产量应大于消耗量的10%左右，利用这部分余量来调节氮气用量的正常波动。正常时可以把富余氮气转化为液态产品贮备起来，以供高峰期使用或供周边小企业用户，既保证了安全也不会造成大的浪费。氮气纯度达到用户要求。氮气纯度应满足用户要求，随着石化行业的发展，对氮气纯度要求氧含量在10以下。应考虑化纤系统对氮气质量的要求，使炼油、化纤两大供氮系统能够互相补充。在空气分离领域中，深冷法、变压吸附法、膜分离法是应用于工业生产中的三大分离方法，低温法是传统的制氮方法，在国内外的制氮（氧）行业中仍占据着统治地位。变压吸附法和膜分离法是新颖的制氮方法。变压吸附法在近30年来，在灵活、少量、多变的用氮场合中很有优势，很有竞争力，被迅速普及，技术日臻成熟，膜法也有所进展，二者开始朝大型化方向发展。大型石化企业的大量用氮，采用深冷法制氮工艺技术仍不失为一种最佳选择，但也可以根据情况，采用深冷法与变压吸附法并联的方式供氮，利用变压吸附法或膜分离法快速起动生产出氮气，再经液化装置，就可以生产出液氮，即“组合式空分设备”与液化装置配备，可以快速产液，以充分利用非低温的优势。从而把二者的优势结合起来，达到长周期安全稳定运行的目的。我厂已成功把深冷法与变压吸附法制氮设备并联运行：利用深冷制氮来满足高纯氮气的用户，利用变压吸附制氮满足低纯氮气用户和装置检修期间的大量用氮，在氮气调峰方面起到良好的效果。 瑞气是一家从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司，是中国常温空分领域的领导品牌和功勋企业。公司的核心业务包括：气体设备+气体产品。上海瑞气始创于1979年，在常温空分应用领域，我们拥有40年的经验，始终坚持为客户创造价值的理念，为全球气体及气体设备领域提供独特的产品、服务、技术咨询和解决方案。在中国，瑞气50多个营销分支机构、100多个服务网点遍布30多个省市；在全球，瑞气的营销遍及东南亚、中东、欧洲和南美，产品远销20多个国家，在石油、化工、煤矿、冶金、轮胎、医疗、食品、航空等行业得到广泛应用。我们的用户来自各行各业，其中包括BOC、普莱克斯、空气化工产品、杜邦、住友、一汽、中石化、中海油、青岛啤酒、燕京啤酒、上海造币厂、内蒙古亿利化学及全国各矿业集团等。 |