合成氨工業(yè)氨尾氣處理方法研究

徐魁章

摘 要：合成氨裝置尾氣的綜合回收利用既能達(dá)到增產(chǎn)降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，又能有利于環(huán)境保護(hù)，即變廢為寶。對(duì)合成氨尾氣的綜合回收利用的研究具有十分重要的意義?；诖?，本文主要對(duì)合成氨工業(yè)氨尾氣處理方法進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：合成氨；工業(yè)氨；尾氣處理方法

隨著生產(chǎn)裝置能力的大幅度提升，合成氨生產(chǎn)過(guò)程中尾氣的綜合回收利用，得到了高度關(guān)注，其回收利用方式方法也逐步并得到完善，運(yùn)行好這些尾氣回收流程，對(duì)降低生產(chǎn)消耗和環(huán)境保護(hù)都是非常有利的。

1 合成氨尾氣回收利用的新工藝及特點(diǎn)

1.1 氨合成系統(tǒng)吹除氣中的氫和氨回收利用-普里森

目前，用于回收氫氣的方法有中空纖維膜分離法、變壓吸附分離器法和深冷分離法。其具有良好的選擇性滲透特性。它充分利用各種氣體分子的滲透速率不同，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同氣體的分離與回收。由于氨對(duì)普里森膜具有很大的危害（中空纖維絲暴露在200cm3/m3以上氨的氣氛中會(huì)失效），所以合成吹除氣在進(jìn)入膜分離之前，利用高壓水洗滌先除去。吹除氣中的氫氣、氮?dú)?、甲烷、氬氣的滲透速率，按從大到小排序?yàn)闅錃狻鍤?、甲烷、氮?dú)?，所以氫氣率先滲透出來(lái)，該裝置氫回收率高達(dá)95%，氫氣純度達(dá)到90%以上。

通過(guò)普里森膜分離得到的氫，返回到氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)高壓機(jī)入口，加壓再返回合成系統(tǒng)繼續(xù)反應(yīng)生成氨，同時(shí)得到的稀氨水送入氨庫(kù)稀氨水罐貯存。這樣不但可以改善環(huán)境，而且也讓有效氣體得到高效利用。

普里森回收裝置生產(chǎn)流程：合成吹除氣壓力由20～28MPa降到10MPa左右進(jìn)入高壓吸氨塔，吹除氣與高壓水泵送來(lái)的冷脫鹽水逆流接觸洗去氣相中的氨，使出塔氣體中氣相的氨濃度降至≤5×10-6；經(jīng)分離器后，再經(jīng)蒸汽間接加熱至高于飽和溫度10～15℃，保證氣相中無(wú)液態(tài)水后，方可進(jìn)入普里森膜。在壓力差作用下將氣體分離成滲透氣和非滲透氣兩部分：滲透氣（即產(chǎn)品氫）的壓力約1.6MPa，送往高壓機(jī)入口加壓送合成繼續(xù)生產(chǎn)氨。非滲透氣的壓力約2.0MPa，降低壓力后送兩個(gè)轉(zhuǎn)化工序做燃料；非滲透氣一側(cè)新增一路（或）減壓到無(wú)動(dòng)力氨回收做動(dòng)力氣。普里森氫回收裝置既能回收合成吹除氣中的氨，又能回收得到高濃度的氫，一舉兩得，只不過(guò)回收得到的稀氨水濃度不高，一般送氨庫(kù)進(jìn)行尾氣吸氨塔循環(huán)提濃。

1.2 液氨中間罐和貯罐尾氣中氨的回收利用-無(wú)動(dòng)力氨

合成氣體則會(huì)在高壓下溶解在液氨中，隨液氨分離系統(tǒng)離開(kāi)合成工序，在減壓后從液氨中間罐和貯罐中解析出來(lái)，該馳放氣中含有氫、甲烷、氮、氬、氨等氣體。主要靠無(wú)動(dòng)力氨回收技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)回收馳放氣中的氨。該技術(shù)工作原理是根據(jù)氨合成馳放氣中各組分間沸點(diǎn)的差異而實(shí)現(xiàn)氨的分離和回收的。

無(wú)動(dòng)力氨回收裝置生產(chǎn)流程：

①氣體軸承透平膨脹機(jī)的軸承氣流程：普里森來(lái)的非滲透氣經(jīng)過(guò)減壓閥和軸承氣過(guò)濾器后壓力穩(wěn)定在0.5～0.7MPa，進(jìn)入膨脹機(jī)形成氣膜“潤(rùn)滑”膨脹機(jī)軸承，然后與制動(dòng)氣匯合去尾氣燃燒；

②非滲透氣和分氨尾氣的膨脹制冷：首先是普里森來(lái)的非滲透氣經(jīng)過(guò)硅膠干燥后，進(jìn)一級(jí)熱交換器預(yù)冷，然后去1#、2#膨脹機(jī)組膨脹制冷；其次是馳放氣分離液氨后的尾氣（稱(chēng)為“分氨尾氣”）回收冷量后再通過(guò)3#、4#膨脹機(jī)組（只作通道用），這兩股膨脹制冷后的低溫氣體匯合后進(jìn)入二級(jí)熱交換器和一級(jí)熱交換器提供冷量，然后再去膨脹機(jī)做制動(dòng)氣，最后變?yōu)榈蛪何矚馑托吕限D(zhuǎn)化崗位燃燒；

③馳放氣中氨的冷凝：液氨中間罐和液氨儲(chǔ)罐的弛放氣匯合后進(jìn)入油水分離器，再進(jìn)入一級(jí)熱交換器和二級(jí)熱交換器逐級(jí)冷卻，溫度逐漸降低，此時(shí)馳放氣中的氣氨冷凝為液氨，液氨分別在一級(jí)氣液分離器和二級(jí)氣液分離器中分離，分離液氨后的分氨尾氣進(jìn)入3#、4#膨脹機(jī)組；二級(jí)分離出的液氨減壓節(jié)流返回二級(jí)熱交換器，并與一級(jí)分離出的液氨減壓后匯合，進(jìn)入一級(jí)熱交換器進(jìn)行蒸發(fā)，變?yōu)榈蛪簹獍?，低壓氣氨回收冷量后出換熱器組，低壓氣氨送入氣氨管內(nèi)。

2 合成氨尾氣回收利用存在問(wèn)題及對(duì)策

2.1 普里森氫回收率有待提升

隨著160kt/a生產(chǎn)能力的形成，合成吹除氣量明顯增加，這樣普里森高壓洗氨塔的能力就不足；加之普里森氫回收裝置中的4寸膜，在損壞后，一直單獨(dú)使用8寸膜，隨著負(fù)荷的增加，吹除氣量進(jìn)一步增大，單獨(dú)使用這根已損壞的8寸膜不能保證回收氫量，將導(dǎo)致合成壓力的上漲，消耗增加，于是完成8寸膜的更新工作，4寸膜有待更新。

2.2 稀氨水濃度提升

普里森高壓洗氨塔和尾氣吸氨塔回收得到的氨水濃度都比較低，特別是普里森吸氨塔最低，若將這部分直接送公司聯(lián)堿廠淡液蒸餾塔回收氨，蒸汽消耗大幅度上升。因此，在合成氨廠實(shí)施稀氨水在氨庫(kù)尾氣吸氨塔內(nèi)循環(huán)提濃，有利于降低稀氨水回收的脫鹽水消耗和氨回收的蒸汽消耗。

3 結(jié)語(yǔ)

合成氨尾氣采用普里森膜氫回收裝置和無(wú)動(dòng)力氨回收裝置，使得尾氣價(jià)值得到充分利用，二者工藝流程簡(jiǎn)單，操作靈活，設(shè)備少，占地小，運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備少，便于維護(hù)。而且這兩套回收裝置，臨時(shí)故障根本不影響合成氨大系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)施上述一系列的合成氨尾氣回收措施后，合成氨尾氣綜合利用取得了顯著效果，既能提高氨產(chǎn)量，又能有效降低合成氨生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了尾氣燃燒后排入大氣帶來(lái)的污染（NOx），經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)了“雙豐收”。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡耀強(qiáng)，何飛，韓建紅.天然氣脫水技術(shù)[J].化學(xué)工程與裝備，2013（3）：151-153.