氮氧化物在深冷分离过程中的危险性分析

氮氧化物在深冷分离过程中的危险性分析

白林1 ,王海涛2 ,韩玉鑫3 ,李成荣4 ,陈登云5

新疆独山子石化公司公用工程部  新疆克拉玛依 833699

摘要：随着社会经济的不断发展，人们对环境问题的关注度也在不断提升。氮氧化物作为环境污染的重要组成部分，不仅会严重危害社会环境，也会对人们的身体健康造成严重影响。但我国对于氮氧化物的相关研究起步时间较晚，所以很多人并未意识到氮氧化物的实际危害性，更未能进行有效防控。

关键词：氮氧化物；深冷分离；危险性分析

引言

基于催化裂化的制烯烃技术产生的裂解气中含有氮氧化物（ＮＯＸ主要是ＮＯ和ＮＯ2以下文字中用ＮＯＸ表示）和氧气。蒸汽裂解制乙烯装置裂解气中虽没有明确的ＮＯＸ的来源但其裂解气中还是含有极少量的ＮＯＸ如采用深冷分离技术分离低碳烯烃这些物质可能聚积在冷加工设备中。

1气体分离技术概述

工业常用气体有氧气、氮气、二氧化碳、氩气等。工业气体的生产方法比较多，常用的气体分离技术有:精馏法，即将气体混合物冷凝为液体，针对各组分沸点的不同，采用精馏的方法将不同组分分离出来;分凝法，即利用不同组分的沸点的差异进行气体分离的方法，该方法与精馏法的不同之处在于精馏法适用于沸点相近的场合，而分凝法适应于沸点相差较大的场合;吸收法，即用一种液态吸收剂在适当的温度、压力下吸收气体混合物中的某些组分而达到气体分离的目的，可分为物理吸收和化学吸收;吸附法，即采用多孔性固体吸附剂将被吸组分吸附于固体物质表面而达到气体分离的目的;薄膜渗透法，即利用高分子聚合物薄膜的选择渗透性从混合物中将某种组分分离出来的一种方法。空气中的主要组成是氧气和氮气，在标准大气压下，氧气的沸点为－183℃，氮气的沸点为－196℃，二者的沸点相差较小，因此大部分空分装置主要采用的是低温精馏原理，而且低温精馏分离法生产成本低，技术成熟，适合大规模工业化生产。

2气体深冷分离工艺技术措施

研究气体深冷分离工艺技术措施，应用先进的深冷分离技术，依靠被分离气体的沸点不同，得到合格的产品，满足气体生产的技术要求。

2.1　气体深冷分离技术的核心技术措施

利用混合气体中各个组分沸点的差异，应用精馏塔设备实施各个组分的分离，为了防止其中的杂质成分影响到管道和设备的正常运行，在混合气体进入到分馏塔之前，对其中的杂质成分进行处理，低温生产也是防止杂质成分固化的措施之一。采用深冷分离工艺技术，利用较低的温度和较高的压力，实现气体的分离，使其达到净化的标准，在天然气的分离净化处理过程中，得到广泛的应用。深冷工艺技术措施的应用，获得更多的冷量，将其进行回收利用，通过换热器的应用，对成品气体进行增热处理，而在分离过程中，需要降低温度，提高生产工艺的安全性。防止高温高压的气体生产过程中，发生爆炸事故。优化设计气体深冷分离技术措施，优选最佳的生产设备，提高设备安全运行的效率，保证达到生产工艺参数，避免超压运行，而影响到生产过程的安全。

2.2　氧气和氮气的深冷分离工艺技术措施

应用深冷分离工艺技术措施分离氧气和氮气，将原料气进行除杂净化处理，将出去杂质的气体经过换热器进行冷却处理，出来的空气进入下塔中进行预分离，在下塔顶部得到纯氮气底部得到富氧液空。来自下塔顶部的氮气一部分去换热器复热后送出界区；一部分在主冷凝蒸发器中冷凝成液氮，同时加热蒸发来自上塔的液氧，冷凝的液氮从主冷抽出后分三路：一路作为下塔的回流液；另一路经过冷器后进入液氮分离器，分离后的液氮作为液体产品去液氮贮槽；从下塔中上部抽取一部分污液氮经过冷器过冷后节流至塔顶部，作为上塔的回流液。下塔中的液空送入上塔作为上塔的回流液。经过上塔的进一步精馏，在上塔底部得到高纯液氧，经液氧泵加压至后送往高压主换热器复热后送出界区。

2.3　气体深冷分离工艺设备管理

为了达到气体深冷分离的效果，优选最佳的深冷分

离设备，提高深冷分离处理的效果，满足气体净化分离的技术要求。自洁式空气过滤器的应用，去除混合气体中的灰尘和杂质，净化混合气体，达到深冷分离对原料的要求。气体压缩机组，将混合气体送至分馏塔，实现混合气体的分离处理，才能获得合格的净化气体，达到深冷分离的质量标准。离心式气体压缩机的应用，提高了气体的压力，从出口排出高压气体。精馏塔设备的应用，完成混合气体的分离作用，得到合格的净化气体，满足气体分离处理的需要。

3氮氧化物产生及危害

3.1对环境的危害

氮氧化物在阳光照射状态下容易分解，并与空气中的部分化合物发生反应产生光化学烟雾。光化学烟雾的危害巨大，不但降低空气能见度，对出行安全造成影响，而且能造成植物叶脉损伤，对植物具有很大的毒害性。氮氧化物是酸雨危害的主要源头，酸雨不仅危害地表植物，渗入地下也会对地下水系产生影响，造成水质酸化及富营养化，引起水源污染。氮氧化物也是温室效应的主要原因之一，其对长波辐射有很强的吸收作用，能够加剧温室效应；同时，氮氧化物还会造成臭氧层破坏，对全球气候造成影响。

3.2对人体的危害

氮氧化物具有刺激性气味，有很强的毒性，会对呼吸系统造成损伤，导致肺泡萎缩、肺泡液外渗等，还可能引起中毒性肺水肿，对生命安全造成严重威胁。氮氧化物具有较高的生物氧化活性，可加剧人体内的氧化反应，造成人体氧化产物大量增加。同时，氮氧化物还会对人体蛋白质、酶等物质造成损害，进一步对免疫系统造成损伤。氮氧化物在人体内会与体液物质发生反应生成亚硝酸盐类物质，其随着血液流动与血红蛋白作用，影响血液供氧能力，进而对神经系统造成影响。此外，氮氧化物还会对眼部及中枢神经等造成危害。

4危险性分析

在基于催化裂化和蒸汽裂解产生的裂解气分离过程中ＮＯ2会在酸气脱除设备中进行脱除而ＮＯ和Ｏ2则不能被脱除基于催化裂化制烯烃的技术虽然有酸性气体脱除设备和脱ＮＯ和氧气的设施但很少量的ＮＯ和氧气还是会带入深冷分离区域。当温度降低时反应速度提高，因此最高反应速度发生在装置的最冷段中。生成产物Ｎ2Ｏ3作为固态或液态可能沉积下来。当Ｎ2Ｏ3形成时其会冻结并且沉积在管线阀门和冷箱等换热器中。其危险性除了堵塞设备外当其遇到重质二烯烃时会和二烯烃化合物形成ＮＯＸ胶质遇到氨时会和氨形成铵基盐。虽然从深冷分离的流程来看Ｎ2Ｏ3形成在通常没有重质二烯烃的区域中。因此ＮＯＸ胶质不会马上形成。但是装置中的故障或操作的波动会导致重质二烯烃到达更冷一些的区域。然后二烯烃将与Ｎ2Ｏ3快速发生反应（数分钟）并且形成胶质。这些胶质的稳定性极差甚至在低温下能够分解爆炸。Ｎ2Ｏ3也能够与氨发生反应形成不稳定的铵基盐。这些铵基盐危险性小一些但是当温度升高到环境温度时能够快速分解并且释放出大量热。如果重质二烯烃或氨由于装置故障或操作波动进入深冷系统则胶质和盐可能聚积的区域是高压和－100℃以下温度的区域最有可能的区域是冷箱中特别是粗氢气分离相关系统。

结语

基于催化裂化技术和蒸汽裂解技术制备低碳烯烃的过程中都有可能在裂解气中带有ＮＯＸ。根据Ｎ2Ｏ3的形成机理，随着温度的降低ＮＯ向Ｎ2Ｏ3转换的速度会加快，所以裂解气如果采用深冷分离，则在深冷分离的最冷端可能会有Ｎ2Ｏ3形成并沉积一旦重质二烯烃与其接触则会生成爆炸性不稳定胶质。在制备低碳烯烃装置的深冷分离区应加强Ｎ2Ｏ3的监测并建议采取相关措施预防事故的发生。

参考文献

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