液氨貯槽弛放氣膜提氫工藝

李建忠

(晉煤冀州銀?；视邢挢?zé)任公司 河北冀州053200)

液氨貯槽弛放氣膜提氫工藝

李建忠

(晉煤冀州銀海化肥有限責(zé)任公司 河北冀州053200)

合成氨生產(chǎn)過程中，生成的液氨與合成氣接觸，在高壓下，氫氮氣和惰性氣體溶解于液氨之中。氨分離器出口的分離液體和冷交換器出口的分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽，經(jīng)減壓，溶解在液氨中的氣體會解析釋放出來，即弛放氣。以前此部分氣體經(jīng)等壓回收裝置用水吸收弛放氣中的氨后作為廢氣供一網(wǎng)絡(luò)或三廢混燃爐燃燒回收能量。經(jīng)分析，晉煤冀州銀?；视邢挢?zé)任公司(以下簡稱銀海公司)弛放氣中φ(NH3)為30%～40%、φ(H2)約30%，運行壓力約2.2MPa。2006年增設(shè)了無動力氨回收裝置回收弛放氣中NH3，而弛放氣中的H2仍無法回收;2011年上半年，決定新增2.0MPa膜提氫裝置(前期先安裝1臺膜分離器)，用來回收無動力氨回收裝置分氨后尾氣中的H2。膜提氫裝置串聯(lián)在氨回收裝置之后，以達(dá)到效益最大化。為了提高滲透氣的純度，滲透氣回收至壓縮機(jī)一段進(jìn)口，尾氣仍去一網(wǎng)絡(luò)或三廢混燃爐作為助燃?xì)馊紵?，氨水送尿素深度水解裝置回收氨后再送至尿素生產(chǎn)系統(tǒng)。弛放氣中的氨和氫經(jīng)無動力氨回收裝置和膜提氫裝置回收后，經(jīng)濟(jì)效益明顯，若作為燃料燃燒的效益僅為回收利用效益的13%左右。

1 氨回收裝置的改造

為了保證氨回收裝置能夠正常運行，對氨回收裝置也進(jìn)行了改造:①因只有氨回收裝置運行正常后才能在其后串聯(lián)2.0MPa膜提氫裝置，所以，氨回收裝置應(yīng)設(shè)計為可根據(jù)需要既可單獨運行，也可串聯(lián)2.0MPa膜提氫裝置運行;②由于分氨后尾氣不再去膨脹機(jī)膨脹制冷，但仍然需要有足夠的冷量冷卻弛放氣，故需要更多的解析氣作為制冷氣氣源，則帶入無動力氨回收的水蒸氣也會隨之增多，為了避免飽和水在低溫板冷處結(jié)冰堵塞，故在無動力氨回收解析氣入口增加1臺干燥器與原干燥器并聯(lián)，開1備1;③如果將分氨后尾氣抽出直接進(jìn)入2.0MPa膜提氫裝置的洗氨塔，部分冷量就浪費了，而且難以維持氨回收裝置的熱量平衡，故增加了1臺板式換熱器用于分流的弛放氣與分氨后氣體換熱;④增加1臺蒸汽加熱器(利舊)用于2臺干燥器干燥劑的再生。

2 工藝流程

膜提氫裝置工藝流程見圖1。來自合成液氨貯槽的弛放氣由H2，N2，CH4，NH3和Ar組成，將其壓力控制在約2.2MPa，先通過無動力氨回收裝置分離回收弛放氣中大部分的氨，將φ(NH3)降至5%以下，經(jīng)氨回收兩級高效多通道換熱器回收部分冷量，再入新增板式換熱器與分流的弛放氣換熱，然后進(jìn)入2.0MPa膜提氫裝置中的洗氨塔，氣體自下而上與高壓泵打至頂部的脫鹽水逆流接觸，將氣體中φ(NH3)降至10×10－6以下，經(jīng)氣液分離器分離霧沫后，再經(jīng)蒸汽加熱器間接加熱至氣體露點以上，保證水汽不會冷凝，經(jīng)管道過濾器進(jìn)入膜分離器，滲透氣去壓縮機(jī)一段進(jìn)口，尾氣經(jīng)減壓與氫回收裝置的尾氣(或經(jīng)氨回收膨脹機(jī)后)匯合后去一網(wǎng)絡(luò)或三廢混燃爐。

圖1 膜提氫裝置工藝流程

3 主要設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)

主要設(shè)備參數(shù)見表1，主要工藝參數(shù)見表2。

表1 主要設(shè)備參數(shù)

表2 主要工藝參數(shù)

4 操作注意事項

①開車前，系統(tǒng)需要置換并達(dá)到氣密合格;②開、停車過程中，升、降壓操作必須緩慢，可用DN10mm旁通閥操作，嚴(yán)禁壓力突升或突降，氣流速度過大會沖壞中空纖維膜;③應(yīng)嚴(yán)格控制原料氣與滲透氣之間的壓差，壓差過大會造成膜分離器損壞;④嚴(yán)禁膜分離器出現(xiàn)反壓，即滲透氣壓力不得高于原料氣壓力;⑤原料氣加熱升溫時，溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在45～50℃，不得超過55℃;⑥洗氨后的原料氣中φ(NH3)嚴(yán)格控制在10×10－6以下;⑦洗氨塔無液位指示時，首先檢查液位指示控制及變送系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，不能冒然向洗氨塔中加水，以免造成液泛，使膜分離器進(jìn)水;⑧保證脫鹽水質(zhì)量，防止洗氨塔填料結(jié)垢，致使塔速增大而造成液泛。

5 工藝運行情況及效益分析

2.0 MPa膜提氫裝置于2011年10月5日一次開車成功，部分運行工藝參數(shù)見表3。

2.0 MPa膜提氫裝置(包括氨回收裝置改造、外網(wǎng)管及土建)總投資59萬元。運行費用:電機(jī)功率3kW，帶變頻調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)洗氨塔水量，高壓泵額定輸水量1.2m3/h。投運初期，由于尿素產(chǎn)量低，液氨過剩需外賣，弛放氣氣量還不穩(wěn)定，每天1/3的時間所產(chǎn)氨對外銷售，弛放氣氣量為700m3/h(標(biāo)態(tài));2/3時間弛放氣氣量為1100m3/h，按氫氣回收率88%計，則每天效益為1.392萬元，即1個半月可收回投資。

表3 膜提氫裝置部分工藝參數(shù)

6 存在問題及處理

從表1可看出:洗氨塔入口氨含量隨氣量的增加而不斷上升。不外售氨時，2.0MPa膜提氫裝置總氣量已超過了氨回收裝置和2.0MPa膜提氫裝置(1臺膜分離器)的設(shè)計氣量，其原因是由于氨合成設(shè)備問題，塔后放空氣量小，用于氨回收膨脹機(jī)制冷的高壓氫回收尾氣量也小，膨脹機(jī)制冷量少，致使弛放氣氣量偏大時分氨尾氣中氨含量高。當(dāng)?shù)蛪簹浠厥湛倸饬窟_(dá)1400m3/h(標(biāo)態(tài))時，1臺膜分離器完全可滿足要求，無需增加第2臺膜分離器，但由于洗氨塔入口氣中φ(NH3)為13.8%，現(xiàn)場分析低壓膜分離器的入口氣中 φ(NH3)已達(dá)到高限10×10－6的邊緣，低壓氫回收裝置只能減量至1100m3/h(標(biāo)態(tài))運行，故還需增加氨回收裝置的處理氣氣量，以滿足生產(chǎn)節(jié)能降耗的要求。

2013年5月大修后開車投運不久，氨貯槽壓力突降，2.0MPa膜提氫裝置尾氣流量迅速增大。經(jīng)分析，尾氣與入膜分離器氣質(zhì)相當(dāng)，立即停運2.0MPa膜提氫裝置。拆開膜分離器后發(fā)現(xiàn)，中空纖維管束已氨中毒而脆化，更換新膜;并對高壓水泵輸水量、洗氨塔液體分布器、填料運行情況、設(shè)備垂直度和閥門內(nèi)漏情況進(jìn)行了摸排分析，認(rèn)為是操作人員夜間開車時對工藝指標(biāo)執(zhí)行不嚴(yán)導(dǎo)致膜氨中毒失效。

2.0 MPa膜提氫裝置已安全運行近2年，無動力氨回收裝置串聯(lián)2.0MPa膜提氫裝置運行后，減少了有效氣體排放，節(jié)約了能源，效益明顯。

2014-08-13)