在氮洗塔内，环境被维持在极低的-190℃条件下，利用H2与CO、CH4、Ar等组分之间显著的沸点差异，通过一种类似于多组分精馏的复杂过程，成功地将CO、CH4、Ar从气相中转移到液氮中，从而大幅度降低了合成气中（CO+CO2）的总含量，使之不超过16 mg/m³的严格标准。

此外，该系统还巧妙地通过三级氮气处理步骤——洗涤氮、粗配氮及精配氮，精确调控合成气中的氢氮比例至理想的3:1，以满足后续工艺对原料气组成的严格要求。这一精心设计的工艺流程如图1所示，确保了整个液氮洗涤过程的高效性与精确性。

图1 液氮洗工艺流程

1 液氮洗装置操作维护

1.1 严格控制气体指标

液氮洗涤装置作为一种深冷设备，其操作温度可低至惊人的-198℃，这一极端环境使得装置内部极易因高沸点物质的凝结与冰冻而造成堵塞问题。一旦堵塞发生，唯有通过氮气复热这一手段来恢复畅通，然而，这一过程往往伴随着不菲的经济成本。

为确保生产稳定运行，日常监控中需特别关注原料气中的CO2与CH3OH含量，以及1#和2#原料气冷却器前后的压差变化。原料气在进入分子筛吸附器之前，其CO2含量应严格控制在10 mg/m³以下，CH3OH含量则应低于25 mg/m³。经过分子筛的吸附作用后，出口气体中的CO2含量应进一步降低至2 mg/m³以下，且理论上CH3OH应被完全吸附。因此，定期检测分子筛的吸附效果至关重要，特别是在其解吸周期的尾声，通过分析再生氮气中的CO2与CH3OH含量，可以有效评估分子筛的吸附与再生性能。

此外，在冷箱启动初期，置换氮气中的CO2含量与露点数据也是监控的重点。为了确保冷箱内部环境的纯净与干燥，需在冷箱进出口的五种物料通道中精准选取排放点进行取样分析。只有当置换氮气中的纯度达到或超过99.5%，且露点低于-50℃时，方可安全地进行冷箱的氮气冷却与积液操作，以保障后续生产流程的顺利进行。

在冷箱执行紧急停车并维持保冷保压的操作中，必须高度警惕未经过分子筛充分吸附处理的原料气逆流进入冷箱内部的风险。历史上曾有一例因未能迅速关闭界区关键手阀，而导致未经净化的原料气反向渗透至冷箱，最终引发严重的冰冻堵塞事故。鉴于此，一旦面临紧急停车的情况，首要且刻不容缓的任务是立即切断通往管网的两路合成气手阀，确保调节阀与止逆阀即便在失效状态下，也无法让气体逆流，从而有效预防冷箱内发生冰冻堵塞的灾难性后果。这一迅速而果断的应对措施，对于保护冷箱系统免遭不可逆损害，确保后续恢复生产的顺利进行，具有至关重要的作用。

1.2 开停车及正常运行速率控制

冷箱内的板翅式换热器以其紧凑的设计著称，其隔板与翅片相较于传统换热材料更为轻薄，这一特点赋予了它极高的传热效率。然而，也正因为其结构的精细与脆弱，使得换热器易于受损且修复难度较高。因此，在冷箱的开停车及日常运行过程中，对操作速率的精细控制显得尤为重要。具体而言，无论是制冷过程还是复热过程，都应确保温升或温降的速率不超过每小时15℃，以减缓热应力对换热器的潜在损害。同时，换热器两端的温差需严密监控，理想状态下应控制在10℃左右，且绝对不超过50℃，以防止局部过热或过冷导致的结构破坏。

在调节系统负荷时，尽管限制原料气流量至不超过20,000 m³/h可能会牺牲一定的能效，但这一措施对于保护换热器免受快速温度变化带来的冲击却是极为有益的。此外，针对原设计中原料气温度低、流量低及燃料气温度低等联锁保护机制的不足，通过运行实践与数据分析的反馈，我们对这些联锁设定值进行了优化调整。例如，将原料气温度低联锁的触发点从-56℃上调至0℃，以减少误动作；取消了原料气流量低联锁，以避免不必要的停车风险；同时将燃料气温度低联锁的阈值从5℃下调至-5℃，以更好地适应北方寒冷气候条件下的稳定运行需求。这些调整在确保装置安全运行的前提下，提高了系统的适应性和稳定性。

1.2 冷箱冷量平衡

液氮洗冷箱系统巧妙地结合了氮气节流制冷与板翅式换热器冷量回收技术，以维持系统内部的冷量供给与需求平衡。在常规操作阶段，精确调控各物流之间的冷量平衡是确保系统高效运行的关键。由于冷箱内部环境接近绝热状态，主要的调控策略聚焦于精细调节各物料流的流量。具体而言，通过调节高压氮气冷却器后的合成气分配阀，灵活分配流向低温甲醇洗工艺和氨合成装置的合成气量，这一措施有助于维持板翅式换热器两端的适宜温差，并稳定出冷箱合成气的温度，从而实现冷量的最大化回收与利用。

另一方面，对燃料气放空阀的精准控制也是平衡冷量的重要手段。通过调整燃料气的流量，可以间接控制进入冷箱的中压氮气所携带的冷量，确保冷箱内部冷量的输入与输出达到动态平衡。值得注意的是，冷箱设计时常会预留120%至130%的富裕冷量容量，以应对各种工况变化。对于这部分富余的冷量，建议有条件的装置应积极探索其再利用途径，例如通过氢气分离罐底部的导淋系统，将这部分冷量作为其他工艺过程所需的冷却介质，从而进一步提升系统的整体能效与资源利用率。

2 总结

本文提出液氮洗冷箱通过氮气节流与换热器回收冷量，需精细调控各物流流量与燃料气量，维持冷量平衡。设计预留富裕冷量，建议探索再利用途径，提升能效。

航烨能源在氢能及低温制冷技术领域展现出显著贡献。该公司设计并推广了创新的氢液化流程，结合氮气逆布雷顿循环进行预冷，随后利用氦焦耳-布雷顿循环实现深冷液化，特别适用于中小型氢液化系统。此流程不仅提高了能源转换效率，还降低了成本，为氢能产业的可持续发展提供了技术支持。同时，航烨能源紧跟全球技术趋势，致力于推动氢能产业的规模化、商业化发展，展现了其在清洁能源领域的前瞻性和创新性。