氨罐弛放氣中氨和氫氣綜合回收技術(shù)的應(yīng)用

張 毅，劉萬超，齊云明

（安徽三星化工有限責(zé)任公司，安徽 渦陽 233610）

0 引 言

在國際經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)錯(cuò)綜復(fù)雜的形勢(shì)下，2012年我公司按照務(wù)實(shí)重干、穩(wěn)中求進(jìn)的工作思路，苦練成本內(nèi)功，強(qiáng)化行業(yè)對(duì)標(biāo)管理，突出技術(shù)改造降消耗；全年完成氨（醇）315kt、尿素336kt，氨（醇）耗原料煤1.093t／t、與上年相比下降39kg／t，噸尿耗電993kW·h、與上年相比下降23kW·h／t，取得多年來最好水平。

我公司氨罐弛放氣約2200m3／h，之前弛放氣中的氨采用二塔串聯(lián)間斷補(bǔ)水鼓泡吸收，吸收后的氨水送尿素工段進(jìn)行解吸回收；經(jīng)過氨回收工段吸收凈氨后的弛放氣，送入吹風(fēng)氣余熱回收裝置進(jìn)行燃燒，氫氣的價(jià)值沒有得到充分利用。為了進(jìn)一步節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，我公司采用無動(dòng)力氨回收與低壓膜技術(shù)相結(jié)合的工藝，回收利用氨罐弛放氣中氨和氫氣，該裝置于2012年7月投運(yùn)，節(jié)能效果明顯。具體介紹如下。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

1.1 無動(dòng)力氨回收工藝流程（圖1）

圖1 無動(dòng)力氨回收工藝流程

從合成系統(tǒng)高壓膜提氫裝置來的提氫尾氣（1.9MPa），首先進(jìn)入氨回收干燥系統(tǒng)，除去夾帶的水分后，進(jìn)入第一高效換熱器，降溫后氣體進(jìn)入第一分離器，溫度約－5℃以下氣體進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹，經(jīng)膨脹機(jī)減壓后提氫尾氣溫度降至－50℃，再依次經(jīng)過第三、第二換熱器，與氨貯槽來的弛放氣交換冷量后，尾氣進(jìn)入膨脹機(jī)鼓風(fēng)端后去燃燒系統(tǒng)。

由氨貯槽來的1540m3／h、2.2MPa弛放氣（氨含量18.96%），首先進(jìn)入氨回收系統(tǒng)第二高效換熱器，與低溫氣體（膨脹后低溫提氫尾氣及液氨蒸發(fā)潛熱）進(jìn)行冷熱交換，溫度降至－45℃后，進(jìn)入第二氣液分離器，分離出大部分氨。分氨后氣體進(jìn)入第三高效換熱器，氣體被低溫氣體（膨脹后低溫提氫尾氣、低溫弛放氣）進(jìn)一步冷卻后，溫度降至－28℃后，進(jìn)入第三氣液分離器，分離氨后的弛放氣氨含量在1.2%左右，氣體返回第三換熱器，交換冷量后，進(jìn)入第一換熱器，冷卻膨脹機(jī)進(jìn)口氣體后去低壓膜提氫系統(tǒng)。無動(dòng)力氨回收裝置熱交換過程中，降低弛放氣溫度的冷量由高壓膜提氫尾氣壓頭推動(dòng)膨脹機(jī)對(duì)外做功，降低提氫尾氣的焓值而得到。

分離器分離出的液氨匯合后，返回第二換熱器，進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，降低貯槽來弛放氣的溫度，蒸發(fā)后的氣氨去冰機(jī)系統(tǒng)回收利用（由此避免了對(duì)氨水進(jìn)行解吸時(shí)的蒸汽消耗）。經(jīng)核算，每天可回收氨5～6t。

1.2 低壓膜分離氫回收工藝流程（圖2）

圖2 低壓膜分離氫回收工藝流程

經(jīng)過無動(dòng)力氨回收裝置分離氨后的1200m3／h弛放氣，在2.1MPa（G）下進(jìn)入低壓膜分離氫回收裝置。弛放氣先進(jìn)入φ600mm氨洗塔，與從塔頂噴淋下來的水逆流接觸（洗滌），使進(jìn)入膜分離器的氣體中氨濃度小于10×10－6，保證膜的正常使用。

水泵將1.5m3／h脫鹽水輸送至φ600mm氨洗塔頂部，氨洗塔采用一段噴淋、兩段吸收的方式。脫鹽水與弛放氣逆流接觸，洗去原料氣中含有的氨，濃度約10%的氨水作為尿素工段的工藝補(bǔ)水而進(jìn)行利用。

弛放氣從氨洗塔出來，經(jīng)氣液分離器將夾帶的霧滴除去；進(jìn)入加熱器，通過蒸汽將弛放氣加熱到50℃左右，以保證進(jìn)膜前的氣體遠(yuǎn)離露點(diǎn)；加熱后的弛放氣進(jìn)入精過濾器，把夾帶的微小霧滴及粉塵雜質(zhì)除去后，進(jìn)入膜分離器。膜分離器內(nèi)部為中空纖維膜絲，原料氣從下端底面進(jìn)入膜分離器，氫氣以較快的速率透過纖維膜絲，稱為滲透氣；擴(kuò)散速率較慢的組分則滯留在纖維芯一側(cè)，稱為尾氣。通過膜分離器后的含氫85%～90%的滲透氣約500m3／h，作為合成氨原料氣回收利用；尾氣則送后工段燃燒。

2 工藝指標(biāo)及運(yùn)行情況（表1）

表1 低壓膜分離器運(yùn)行情況

（1）無動(dòng)力氨回收工藝指標(biāo)

原料氣進(jìn)口壓力 2.2～2.4MPa

原料氣出口壓力 ≥2.1MPa

系統(tǒng)出口氣體中NH3≤2%

系統(tǒng)出口產(chǎn)品氣氨壓力 ≥0.15MPa

（2）低壓膜分離氫回收工藝指標(biāo)

原料氣壓力 2.1～2.4MPa

氨洗塔出口氣體NH3濃度 ≤10×10－6滲透氣中氫氣濃度 ≥85%

滲透氣中甲烷濃度 ≤9%

尾氣中氫氣含量 ≤10%

氫氣回收率 ≥90%

滲透氣壓力 ≤0.15MPa

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

氨罐弛放氣流量為1540m3／h（流量計(jì)計(jì)量）、氨含量19.96%，氨回收出口弛放氣氨含量1.2%；低壓膜進(jìn)口原料氣流量1229m3／h，氫含量53.7%，低壓膜出口尾氣流量740m3／h（流量計(jì)計(jì)量），滲透氣氫含量91.74%，尾氣中氫含量11.18%。

（1）回收氨的效益（450元／t計(jì)） 1540m3／h×（19.96% －1.2%）÷22.4m3／kmol×17kg／kmol×7920h／a×0.001t／kg×450元／t＝78.14萬元／a。

（2）回收氫的效益 氫氣折標(biāo)煤系數(shù)0.43 kg／m3，標(biāo)煤以1100元／t計(jì)，則為（1229 －740）m3／h×91.74%×7920h／a×0.43kg／m3×0.001t／kg×1100元／t＝168.06萬元／a。

（3）氨回收裝置耗電費(fèi)用 增壓機(jī)運(yùn)行電流60A，功率因數(shù)0.9；電費(fèi)以0.465元／（kW·h）計(jì)，則為×380V×60A×0.9×7920h／a×0.465元／（kW·h）＝13.09萬元／a。

（4）合計(jì) 綜合經(jīng)濟(jì)效益為78.14＋168.06－13.09＝233.11萬元／a。

4 結(jié) 語

無動(dòng)力氨回收與低壓膜裝置綜合應(yīng)用回收氨罐弛放氣中氨及氫氣，目的在于降低蒸汽消耗、簡(jiǎn)化工藝流程、減少維修量及設(shè)備占地面積，實(shí)現(xiàn)低成本回收氨罐弛放氣中的氫氣與氨。裝置投運(yùn)后，經(jīng)濟(jì)效益良好；受氨罐弛放氣及高壓膜提氫尾氣氣量波動(dòng)的影響，操作調(diào)整頻繁。