合成氨需将氮氢的化学计量比调整到1:3。
甲烷、氩以及一氧化碳等其他微量杂质(低于5ppm)需同时脱除，以便在没有惰性组分的前提下进行氨气合成操作。如果选择煤或渣油用作氨气生产的原料，则一般在RECTISOL®低温甲醇洗工艺下游安排液氮洗。液氮洗装置通常以组装冷箱形式供应，包含上游的干燥装置。
通过吸附器脱除微量水、二氧化碳以及溶剂（甲醇）。低温分离工艺设备安装在冷箱内，以金属外壳覆盖。冷箱空隙内填充隔热材料（珠光砂），以防止热量流入。一般冷箱为完全预制，组装完毕后全套交付至现场。
液氮洗主要用于化肥装置里进行纯化和制备氨气合成气。一般是氨气合成上游的最后一道纯化工艺。
液氮洗的主要功能是脱除粗氢中的一氧化碳、氩气以及甲烷等残留杂质，将氮氢化学计量比例调整到1:3。二氧化碳会使氨气合成催化剂中毒，因此必须彻底脱除。氩气和甲烷则是氨合成回路中富集的惰性组分。如果未脱除，则需要进行合成气净化或净化气体分离。
将粗氢和高压氮气输入液氮洗装置。以上两类气体被产品气冷却。将粗氢加入氮洗塔底部，冷凝液氮输入顶部。微量组分将作为燃料气体脱除和分离。将高压氮气加入工艺物流，得到需要的氢气氮气比例。 1. 分子筛吸附原理
吸附是一种把气态或液态物质（吸附质）固定在固体表面（吸附剂）上的物理现象，这种固体（吸附剂）具有大量活性表面的微孔，吸附质的分子受到吸附剂表面引力作用，从而固定在上面。
吸附引力的大小取决于：
●吸附剂表面的构造（微孔率）；
●吸附质的分压；
●与制作吸附剂的材料性质也有关。
吸附伴随着放热，是一种可逆的现象。类似于凝结：
●如果增加压力，吸附能力增加；
●如果降低温度，吸附能力增加。
因此，在吸附时，要使压力升到最高，温度降到最低。解吸时，则要使压力降到最低，温度升到最高。
2. 分子筛工艺流程的描述
流程图见PFF11及PFP4301/4302
本装置设置分子筛目的在于除去经低温甲醇洗后的合成气中微量的甲醇和CO2 。离开低温甲醇洗装置的净化合成气流经可切换的工艺气体吸附器Z04301A或Z04301B，甲醇和CO2即被脱除到小于0.1ppm。
此举是为了防止液氮洗装置结冰而堵塞管道。两个吸附器中，一个进行吸附，另一个进行再生。吸附器用低压氮气加热来再生，再生后的氮气含有甲醇和CO2 ，作为H2S富聚塔C04203的汽提氮气，这样微量的甲醇就返回到甲醇回路。再生氮气加热器使用中压蒸汽作为热源。为了防止热氮气在再生阶段进入低温甲醇洗，在将再生后氮气送入低温甲醇洗装置作为汽提氮气之前，在E04302中用循环水进行冷却。 3. 分子筛系统的操作
分子筛由控制单元KY43200程序自动控制，分为切除泄压、预热、加热、预冷、均压、冷却备用几个步骤。程序中设置了许多压力、温度和时间的连锁，条件不满足时程序将保持，此时可以通过手动干预，排除故障后投入自动运行。
吸附周期约为24小时，加热和冷却时间各约6小时。对于分子筛再生的氮气，要加热到约220℃，水冷后送到RWU作气提氮气（最大约9,000Nm3/h）用，在加热时蒸汽最大消耗量为1,400kg/h。再生后的氮气和RWU汽提氮气混合去C04023。吸附器减压的弛放气直接送到冷火炬，一般此股气体不作为燃料气回收，因为每24小时仅有20分钟的峰值。
3.1切除泄压过程
分子筛吸附末期就需要再生，再生前需要先将系统的压力降到接近再生氮气的压力，约6.5bar。以再生Z04301A为例，先打开KV43021，KV43022将Z04301B并入系统，Z04301B 投用正常后，程序关闭KV43011（简称KV11）和KV43012（简称KV12），将Z04301A隔离，泄压通过阀门PV43018（简称PV18）控制，气体送去冷火炬，达到条件时阀门自动关闭，泄压过程约30min。
3.2预热加热再生过程
泄压结束后程序自动打开KV43014（KV14），约1min后KV13打开，同时来自空分的常温氮气（约40℃）通过TIC43002B（旁路），直接预热分子筛，再生后气由TIC43003控制，低于水温时旁通水冷器，一定时间后再生气被加热通过分子筛，此时时要通过水冷器E04302降温，然后被送去C04203气提。当分子筛出口气达到200℃时，再生步骤结束，此过程需要大概时，再生步骤结束，此过程需要大概6h。
3.3预冷过程
手机受话器加热再生步骤结束程序自动将阀门TIC-43002A关闭，B阀打开，其它阀门保持，用常温氮气冷却，又称为冷吹，当出口温度达到设定值时，冷吹结束，此过程大概需要6h。
3.4充压冷却过程
冷吹结束后，程序将阀门KV43013和KV43014关闭，1min后充压阀PV43027打开均压，大概30min后压力达到30.8bar，满足两床的压差条件时，充压结束，用冷合成气继续冷却，程序控制关闭充压阀，打开KV43012，KV43016打开5%，3.5h后开至10 %，3h后开至50%，大概30min后降温结束，关闭KV43016备用。
4．分子筛的常见故障和运行监测
分子筛吸附器常见故障有：
⑴、
由于分子筛运行和再生时温差很大，高达270℃，热胀冷缩容易造成法兰等接口处密封不好，可燃气体泄露造成火灾；
⑵、
节能炉子热胀冷缩容易造成换热器等位置内漏，水进入系统造成吸附剂粉化，更严重的是在氮洗系统结冰，造成设备损坏；
⑶、
阀门内漏，易造成再生条件不满足，程序停止执行；
⑷、
分子筛装填质量不好，篦子板或滤网损坏造成填料漏出堵塞设备；
⑸、
由于吸附器切换阀内漏，造成分子筛粉化严重，分子筛粉末被原料气带入冷箱或被再生氮气带入甲醇洗单元，造成管道、换热器、阀门、仪表堵塞，机泵机封损坏；分子筛过滤器被粉尘堵塞，造成系统压差增大，能耗增加，同时由于吸附器床层减薄、分子筛填充量减少造成吸附容量减少，使床层容易被击穿，吸附器出口原料气CO2含量超标威胁装置安稳运行。
分子筛吸附器在使用和再生过程中，通常需要对其压力、进口和出口温度以及出口过滤器前后压差加以监控。在吸附过程中，由原料气进出吸附器温度变化所形成的两条曲线被称为“吸附温度曲线”；在再生过程中，有再生氮气进出吸附器温度变化所形成的两条曲线被称为“再生温度曲线”。分子筛吸附器运行的好坏，都会在其温度曲线上有所体现。因而，在分子筛吸附器的工作过程中，加强现场巡回检查，认真检查和分析压力、温度曲线等参数变化，准确判断分子筛的运行情况，并根据判断结果及时采取预防和应对处理措施，便能避免造成更大损失，具有很重要的现实意义
四、液氮洗
低温甲醇洗工序送出净化气其组成为：
由于合成触媒要求CO+CO2等含氧化合物当量氧＜10PPm，故气体在入合成塔之前，必须将CO等含氧化合物清除，脱除净化原料气中CO的方法主要有化学法和物理法两种。化学法常用的是铜洗法和甲烷化法；物理法常用的是液氮洗涤法。
1. 氮洗气的组成及其性质
来自低温甲醇洗工序的净化气，被分子筛处理过，吸除了微量的甲醇和CO2 故又称为氮洗气，其组成和各组分的冷凝温度见下表：
分析上表组分可知，氮洗气中的氢氮气可作为合成氨的原料气，一氧化碳是氨合成催化剂的毒物，是必须清除的物质，而甲烷、氩虽对合成触媒无毒害作用，但因其在合成回路中循环会降低合成氨的合成率及增加能耗，应加以清除。
2. 液氮洗原理
众所周知，物质均具有气、液、固三种聚集状态，氮洗气中各组份也不例外。在常温常压下，它们呈
气态，在101.3kpa下，氢被冷却到20.3K（-252.73℃），氮被冷却到77.4K（-195.65℃），CO被冷却到81K（-192.00℃），甲烷被冷却到111.6K（-161.4℃），Ar被冷却到87.3K （-185.7℃）时它们分别都变成液态，当用液氮来洗涤净化气时，其中的H2冷凝温度很低，仍呈气态存在，从而达到分离的目的，这就是氮洗除去CO、CH4、Ar的理论基础。进一步分析，液氮洗涤在除去CO的同时，亦将CH4、Ar予以清除，这对提高氨的合成率和避免
CH4、Ar在合成回路中循环累积，减少动力消耗无疑作用巨大。
液氮洗涤是利用空分装置所得到的高纯氮气，在氮洗塔中吸收氮洗气中少量CO的分离过程。液氮由塔顶加入，氮洗气由塔底通入，进行逆流操作。在洗涤过程中，由于CO、CH4和Ar 的冷凝温度都比氮高，因此，当这些组分气体与低温液氮接触，温度降低而被冷凝下来，溶解在液氮中，在塔顶得到纯净的氢氮气。
3. 液氮洗的特点
3.1氮洗气各组分的冷凝温度与气体的压力有关
根据这个表的数据可以看出：压力提高，冷凝温度也升高，即可在较高温度下冷凝，但冷凝温度的提高，并不与压力的增高成正比。此外，还应该注意到，会使设备结构复杂，并且氢在冷凝液中的溶解损失增加。因此，一般操作压力采用中压法。
3.2氮洗气是多组份混合物，对于多组分混合物，其每一组分的冷凝温度同该组分的气体分压相对应。这样，每一组分的冷凝温度既受气体总压影响，又受成分变化影响。将一定组成的氮洗气逐渐冷却时，冷凝温度高的组分先冷凝，随着温度的继续降低，冷凝温度低的组分也逐步冷凝，温度愈低，各组分冷凝为液体所占的比例愈大。对于多组分混合物，其冷凝特点同纯组分时比较，是有差异的。如：一些组分，虽未达到纯组分时的冷凝温度，但仍会有一部分冷凝下来，液氮洗涤中的氢损失便属于这种情况。
4.林德液氮洗工艺描述
分子筛吸附之后，净化气进入液氮洗装置的低温段，这是一个封闭的冷箱，用于将渗透热降到最低。在原料气/高压氮气冷却器E04304和原料气/高压氮气冷却器E04305中，原料气被产品物流冷却，然后进入氮洗塔C04301。
在C04301中，杂质如Ar、CO和CH4被液氮洗去。这些杂质同小部分H2溶解在塔底部的物流中，约含15%N2的净化气体从塔顶部离开。
洗涤工艺和校正氨合成气中氢氮比所需的氮，以常温进入氮洗装置，在高压氮气冷却器E04303和E04304中与冷物流换热后冷却下来。
在E04303的下游，氮气被分成两股，一股在换热器E04305中被冷物流进一步冷却后作为洗涤介质送到氮洗塔C04301塔顶。在混合器SP04301中另一股氮气加入到从塔C04301的顶部出来的经过E04305复热后的净化氢气中（在SP04301下游的合成气的氢氮比仍高于3:1）。
合成气在E04304中复热后被分为两股，一股送到低温甲醇洗装置的E04218和E04202回收冷量，另一股通过E04303复热。两股物流在被复热后合并离开装置，直接用高压氮气为冷箱外面的汇合的合成气对H2：N2比进行微调。
自制防二手烟神器离开氮洗塔C04301底部收集槽的液体膨胀到中压进入H2分离罐D04301。闪蒸气在E04305、E04304和E04303中被加热后通过低温甲醇洗装置的循环气压缩机K04201压缩返回到原料气中以提高H2回收率。
分离罐D04301收集槽的液体再被膨胀到低压后在E04305、E04304和E04303中复热。这股气体离开冷箱后可用作燃料气。
补偿制冷损失所需的低温效应可以通过向净化氢气中喷入氮气来获得。这种结果使氮气的分压从33.6bara降低到约为合成气压力的四分之一，这种制冷与焦汤汤姆逊膨胀制冷是类似的。这种制冷方式属林德公司所有并受专利保护。
鸟笼拉手通过膨胀和蒸发分离罐D04301来的液体获得进一步的制冷
由于原料气压力相对较低，通过上述制冷效应还不能为低温分离供足够的冷量。因此，还必须补充液氮，在E04305的交叉流动段蒸发，产生的气相与液相分离，并在换热器E04305、E04304、E04303中复热。复热后的纯氮可排放到大气或用作冷箱连续置换气。
为了减少冷箱内设备的存量，还必须提供一个排污罐D04302。冷液允许进行蒸发后排到冷火炬总管，蒸发气在到火炬之前喷入蒸汽将气相温度提高，在事故时，可由安全阀直接排放到相应的冷或热火炬总管，冷火炬总管到火炬燃烧前用蒸汽加热。
5. 林德液氮洗相关物流参数
①出液氮洗装置的净化气指标
H2-含量75 mol% N2-含量25 mol% CO + O2-含量£ 5 vppm
Ar + CH4-含量£ 20 vppm 压力28.5 bar(a) 温度30℃流量待定
氢氮比将在2.9-3.1之间调整②液氮洗来的尾气压力2 bar(a) 温度30℃
③液氮(LIN)
纯度³ 99.99 mol% O2-含量£ 10 vppm 压力> 2.5 bar(a) 温度饱和温度
在液氮洗界区可获得的最大液淡压力为4.2 bar(a).
6. 公用工程条件
6.1甲醇(在低温甲醇洗中作为溶剂)
最低质量要求:“ A级”
典型规格:
压力0.3 MPa(a)
温度环境比重0.791 - 0.792 g/ml
质量：沸程64.0 - 65.5°C (> 60 mmHg) 蒸馏能力min 98 ml H2O max 0.1%
游离甲酸:max 15 ppm 游离氨:max 2 ppm 甲醛:max 20 ppm
蒸发残渣:max 10 ppm 乙醇:max 0.01%
6.2冷冻剂
usb存储器
冷冻剂为液氨，蒸发温度为–40℃，冷冻剂不含油
换热器进口换热器出口
温度：饱和(approx. -4℃)-40℃
压力:3.7 bar(a) ~0.72 bar(a)
污垢系数:0.00009 m²°K/W
6.3低压氮气
数码理疗仪纯度: ³ 99.99 mol%
O2-含量:£ 10 vppm
质量: 不含油和灰尘压力:4 bar(a)
温度:approx. 25℃污垢系数:0.00009 m²°K/W
6.4高压氮气（仅用于开车和液氮洗）
纯度: ³ 99.99 mol%
O2-含量:£ 10 vppm
Ar-含量:£ 50 vppm
压力> 34 bar(a)
温度：大约40℃
质量：干基(在环境温度和环境压力下的露点< -90° C)，不含油，酸性物质，硫化物，溶剂，灰尘，水滴，Hg或其他杂质）
6.5液氮(LIN)
纯度:³ 99.99 mol% O2
含量: £ 10 vppm
压力> 2.5 bar(a)
在液氮洗界区可获得的最大液氮压力为4.2 bar(a).
温度：饱和温度
6.6低压蒸汽(用于热再生和醇水分离塔)
温度：饱和污垢系数:0.00004 m²°K/W
压力:6 bar(a) 控制阀的上游可获得的冷凝液压力:5 bar(a)
6.7中压蒸汽（用于液氮洗分子筛再生)
温度：饱和压力:52 bar(a) 控制阀的上游
污垢系数:0.00004 m²°K/W
6.8冷却水
供水压力:5 bar(a)
回水压力:4 bar(a), min
供水温度:28℃
回水温度:40℃
在冬天的最低温度:18 – 20℃
豫公网安备41160202000603
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