华森樑，胡凌峰，李斌，李飞彪
（杭州中泰深冷技术股份有限公司，浙江 杭州311400）
［摘 要］中国石油化工股份有限公司安庆分公司“30·52”项目2006年11月完成“油改煤”，配套壳牌粉煤加压气化、耐硫变换、鲁奇低温甲醇洗、甲烷化、氨合成工艺等，2021年开始实施“碳一板块安全环保提升及节能优化改造项目”，新建2台1 000 t/d的SE-东方炉，配套建设1套液氮洗装置（替代甲烷化工艺），合成氨产能由1 050 t/d提升至1 350 t/d。杭州中泰深冷技术股份有限公司承接本套液氮洗装置的研发设计任务，对比主要设备尺寸与消耗，从设备投资和运行成本角度而言，常规低温进料液氮洗工艺方案更优，但由于本套新建液氮洗装置与原低温甲醇洗装置距离较远，若采用低温进料液氮洗工艺，长输管道大量的冷损会造成低温甲醇洗装置和液氮洗装置冷量不足，经综合考虑，最终选择了常温进料液氮洗工艺方案，这也是国内首套采用常温进料的液氮洗装置，其研发设计思路可为业内提供一些参考与借鉴。
［关键词］煤基合成氨项目；安全环保提升；节能优化改造；低温进料液氮洗装置；常温进料液氮洗装置；工艺方案；对比分析
［中图分类号］TQ113.26+4.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）02-0001-04
0 引 言
中国石油化工股份有限公司安庆分公司（简称安庆石化）“30·52”项目为20世纪70年代中期引进的以轻油为原料的大化肥装置，设计产能为300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素，于1978年11月建成投产；2003年安庆石化启动“油改煤”工程，并配套建设1套杭氧48 200 m3/h（标态，下同）空分装置，其主生产工艺为壳牌粉煤加压气化（1台Shell气化炉，投煤量2 000 t/d）、耐硫变换、鲁奇低温甲醇洗（净化气部分作为氢源供炼油装置生产，其余作为生产合成氨的原料）、甲烷化、氨合成（氨冰机制冷）等（合成氨部分供应丙烯腈装置），于2006年11月建成投产。2021年，安庆石化开始实施“碳一板块安全环保提升及节能优化改造项目”（简称碳一项目），新建2台1 000 t/d SE-东方炉（单喷嘴粉煤加压气化炉，由华东理工大学、中石化宁波技术研究院和中石化宁波工程有限公司共同研发，SE-东方炉建成后原Shell气化炉作为备用炉），配套建设1套法液空50 000 m3/h空分装置、1套液氮洗装置（替代甲烷化工艺），并对变换装置、低温甲醇洗装置、氨合成装置进行适应性改造，以使粗煤气［以有效气（H2+CO）计］处理能力达145 km3/h、合成氨产能由1 050 t/d提升至1 350 t/d。
现阶段，大型煤基合成氨项目均采用低温进料液氮洗工艺［1］，已成为一种非常成熟的标准化配置。2022年，杭州中泰深冷技术股份有限公司（简称杭州中泰）承接了安庆石化碳一项目液氮洗装置的研发设计任务，与常规液氮洗装置不同，本项目原料气以常温状态进料，这也是国内首套常温进料液氮洗装置，其设计与低温进料液氮洗装置有不少不同的地方。针对本项目的特点，杭州中泰在常规低温进料液氮洗装置的基础上，经对比分析，对设备数量、设备尺寸、设备管道材质以及相关仪表配置等进行了优化。以下基于安庆石化常温进料液氮洗装置的设计，就常温进料液氮洗装置与低温进料液氮洗装置的区别作一分析与总结，以期为今后类似项目的设计开发提供新的思路，为业内提供一些参考与借鉴。
1 液氮洗工艺方案选择
常规液氮洗工艺中，来自界区的低温原料气经分子筛吸附器低温吸附脱除其中的CO2、甲醇等易冻组分后，从分子筛吸附器出来的低温原料气进入冷箱进一步降温至-180 ℃以下进入氮洗塔，在低温环境下，原料气中的CO、CH4、Ar等微量组分在氮洗塔内被液氮吸收，得到高纯度的合成气。相较于甲烷化工艺［2］，由于液氮洗制得的合成气的纯度高，既可提高下游氨合成塔出塔气的氨净值，又能延长氨合成催化剂的使用寿命，并可减少氨合成催化剂的一次装填量约30%，且会使吨氨的H2、N2耗量减少甚至于接近理论值，故（低温进料）液氮洗工艺自20世纪70年代引进以来在国内得到了快速的发展。近年来，国内大型（煤基）合成氨装置基本上都采用液氮洗工艺并搭配上游低温甲醇洗工艺一起作为原料气净化单元。通常，液氮洗装置原料气为低温甲醇洗装置出口低温工艺气，同时氨合成气在出液氮洗冷箱复温前会返还这部分冷量至低温甲醇洗装置，达到系统耦合与冷量平衡的目的。目前国内液氮洗装置均采用低温进料工艺。
安庆石化碳一项目属于改造项目，要求尽可能地利用原有装置以最大限度地减少投资，液氮洗装置上游的低温甲醇洗装置就属于其中的一套利旧装置。由于新建的液氮洗装置与原有的低温甲醇洗装置距离较远（接管长度约1 500 m），常规的低温进料液氮洗工艺，无论是从低温甲醇洗装置来的原料气，还是从液氮洗装置返回低温甲醇洗装置的那股低温合成气，均要经过相当长的一段输送管道，其间不可避免地会有大量冷量损耗继而造成低温甲醇洗装置和液氮洗装置冷量不足。经综合考虑，本项目最终确定出低温甲醇洗装置净化气直接返回低温甲醇洗装置进料冷却器与变换气换热，净化气复温回收这部分冷量后以常温状态进入新建液氮洗装置。
2 低温进料与常温进料液氮洗工艺简介
2.1 低温进料液氮洗工艺
低温进料液氮洗工艺主要设备有分子筛吸附器（V01A/B）、板翅式换热器（E01、E02、E03）、氮洗塔（C01）、氢气分离器（S01）、管壳式换热器（E04、E05）及相关的控制阀，其工艺流程如图1所示。
分子筛吸附系统由2台并联的分子筛吸附器（V01A/B）组成，一台吸附器吸附一台吸附器再生，切换周期为24 h，由程序控制程控阀实现自动切换——低温甲醇洗装置来的原料气，首先进入一台分子筛吸附器（V01A或V01B），脱除原料气中的CO2和甲醇，以免其在冷箱内冻结引起低温设备和管道堵塞；与此同时，另一台吸附器处于再生阶段，用低压氮气进行再生，再生气经再生气加热器（E04）加热后进入吸附器，再生后从吸附器出来的热低压氮气经再生气冷却器（E05）冷却至常温后送出界区。
更多内容详见《中氮肥》2025年第2期