空分装置污氮气是否可以回收利用

在空分设备运行过程中，分子筛在充压阶段会产生一定量的再生污氮气，这部分气体成分以氮气为主，同时夹带少量氧气、水分、二氧化碳以及微量烃类等杂质。空分装置污氮气能否被回收呢？这是一个在空分装置运行中经常被提出的好问题，涉及到能源效率和资源利用。

简短的答案是：理论上可以回收，但在实际应用中面临诸多技术和经济性挑战，通常选择放空是更常见和经济的做法。不过，在某些特定条件下或随着技术进步，回收利用的可能性正在被探索。

一、来源与特点

在深冷空分或变压吸附空分工艺中，分子筛用于去除空气中的水分和二氧化碳。当分子筛再生结束并进入充压阶段时，会有一股含氮量较高但纯度不足的气体被排出，这就是空分装置污氮气。这部分的污氮气，氮气纯度通常在70%～95%之间，湿度较高，并且含有少量的二氧化碳及杂质气体。而且出气压力较低，多数在常压或者略高于常压状态。

二、常见回收利用方式

根据不同的工况与需求，空分装置污氮气可以有以下几种利用途径：

作为低纯氮气使用

对氮气纯度要求不高的工艺环节，如设备吹扫、管道置换、防爆惰化等，可直接将污氮气输送至用气点，既降低了生产成本，又减少了浪费。

回送至空压机吸气侧

将污氮气混入空压机进气中，可以减少新鲜空气的用量，从而降低空压机能耗，也就是说理论上可以作为工厂仪表风的补充气源。但这要求极高，且风险较大（杂质可能损坏精密仪表），需要非常严格的控制和分析，避免湿度和氧含量对分子筛及冷箱运行造成影响。

增压后回主换热器：

这是最理想的路径，相当于回收了冷量和气体本身。但如前所述，波动性和压缩能耗是巨大障碍。需要极其复杂的缓冲和压缩机控制系统，经济性通常是瓶颈。

作为燃烧或惰化气源

在部分锅炉、加热炉或化工反应装置中，可利用污氮气作燃烧助燃气或惰化气，减少空气引入量，降低氧化风险。但也需评估杂质的影响。

送入水冷塔处理

在个别工厂，污氮气可引入冷却塔进风侧用于吹扫或置换，但要注意水质变化及气体逸散对环境的影响，这种方式通常作为末端处理手段而非常规利用途径。

三、污氮气回收利用的注意事项

污氮气的瞬间流量极大且快速衰减，收集相对困难，需要非常大的缓冲容积来平滑流量。而且如果要将回收的气体送回主换热器或主塔，通常需要增压。这种大流量、剧烈波动的气源对压缩机的稳定运行是巨大挑战，可能导致喘振、效率低下或设备损坏。最重要的是需要考虑污氮气中的杂质含量，虽然经过分子筛再生，但污氮气中仍含有从分子筛解吸出来的水分、CO2、碳氢化合物等微量杂质。在充压初期，这些杂质浓度可能相对较高。所以在回收利用的时候，需要充分考虑这部分因素。

气体成分与湿度：必要时进行除湿或降温处理，防止对后续设备产生腐蚀或结冰风险。
压力匹配：如需接入高压系统，应增加中间压缩环节。
经济性评估：综合计算改造成本与节能收益，确定投资回收周期。
安全环保：控制氧含量与可燃物，避免形成爆炸性混合物，同时满足环保排放要求。

综上所述，空分装置污氮气虽然具备回收再利用的可行性，通过合理的技术方案可以将其转化为低纯氮气、回送至空压机、用于助燃或惰化等。但是依旧需要考虑诸多因素，对于绝大多数空分装置，考虑到技术实现的难度、高昂的投资运行成本和有限的经济效益，将分子筛充压阶段放空的污氮气直接排入大气是最简单、可靠和经济的选择。当然对于有条件的企业，可以根据自身生产特点选择最适合的利用方式，避免单纯放空造成资源浪费。