尿素合成氨裝置工藝冷凝液中氨測定方法的探討

薛亞萍

摘 要：隨著國家資源稅和排碳稅的開征，節(jié)能減排成為合成氨尿素生產(chǎn)企業(yè)生存發(fā)展的重要出路。測定合成氨生產(chǎn)過程中的工藝冷凝液的回收利用是一項很重要的節(jié)能措施。但是合成氨系統(tǒng)的冷凝液往往由于管壁滲漏，使少量氨以游離狀或銨鹽形式存在于冷凝液中。而為了確保合成氨系統(tǒng)工藝冷凝液回收裝置回收的工藝冷凝液不影響后續(xù)工序的正常運行，工藝冷凝液中氨等雜質的含量必須控制在一定的范圍內(nèi)，因此精確測定冷凝液中氨含量是回收利用冷凝液的先決條件。測定工藝冷凝液中氨離子用選擇電極等測定法，該方法在工藝中受溫度、壓力和膜頭密封等因素的影響使其不能正常與運行、且儀器價格昂貴。采用電導率和氨根離子之間的濃度關系諾模圖快速準確地反映合成氨冷凝液濃度值，滿足合成氨冷凝液回收裝置的運行要求。

關鍵詞：尿素合成氨裝置工藝；冷凝液；氨；測定方法；探討

隨著國家正在制定的資源稅和排碳稅的開征，節(jié)能減排必將成為合成氨、尿素生產(chǎn)企業(yè)生存和發(fā)展的核心所在。國家啟征資源稅和減排CO2稅是時代的必然。氨是最為重要的基礎化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位；同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是氮肥工業(yè)的基礎，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70%的比例，稱之為化肥氨；同時氨也是重要的無機化學和有機化學工業(yè)基礎原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占30%的比例，稱之為工業(yè)氨。未來合成氨技術進展的主要趨勢是大型化、低能耗、結構調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運行。

1 世界合成氨技術的現(xiàn)狀和進展

1.1 傳統(tǒng)型蒸汽轉化制氨工藝階段

從20世紀20年代世界第一套合成氨裝置投產(chǎn)，到20世紀60年代中期，合成氨工業(yè)在歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)已發(fā)展到了相當高的水平。美國Kellogg公司首先開發(fā)出以天然氣為原料、日產(chǎn)1000t的大型合成氨技術，其裝置在美國投產(chǎn)后每噸氨能耗達到了420GJ的先進水平。Kellogg傳統(tǒng)合成氨工藝首次在合成氨裝置中應用了離心式壓縮機，并將裝置中工藝系統(tǒng)與動力系統(tǒng)有機結合起來，實現(xiàn)了裝置的單系列大型化（無并行裝置）和系統(tǒng)能量自我平衡（即無能量輸入），是傳統(tǒng)型制氨工藝的最顯著特征，成為合成氨工藝的經(jīng)典之作。之后英國ICI、德國Uhde、丹麥Topsoe、德國Braun公司等合成氨技術專利商也相繼開發(fā)出與Kellogg工藝水平相當、各具特色的工藝技術，其中Topsoe、ICI公司在以輕油為原料的制氨技術方面處于世界領先地位。這是合成氨工業(yè)歷史上第一次技術變革和飛躍。傳統(tǒng)型合成氨工藝以Kellogg工藝為代表，其以兩段天然氣蒸汽轉化為基礎，包括如下工藝單元：合成氣制備（有機硫轉化和ZnO脫硫+兩段天然氣蒸汽轉化）、合成氣凈化（高溫變換和低溫變換+濕法脫碳+甲烷化）、氨合成（合成氣壓縮+氨合成+冷凍分離）。

1.2 低能耗制氨工藝

能耗制氨工藝技術主要以節(jié)能降耗為目的，立足于改進和發(fā)展工藝單元技術，其主要技術進展包括：①溫和轉化。一段轉化爐采用低水碳比、低出口溫度、較高的出口CH4含量操作，將負荷轉移至二段轉化爐；同時二段轉化爐引入過量空氣，以提高轉化系統(tǒng)能力；②燃氣輪機。使用燃氣輪機驅動空氣壓縮機，并與一段轉化爐緊密結合；③低熱耗脫碳。采用低熱耗Benfield或a-MDEA脫碳，以降低能量消耗。

2 用電導率自定義曲線反映氨濃度值

①經(jīng)實驗室多點分析合成氨正常生產(chǎn)中冷凝液電導率在0.6-0.9us/cm之間。在發(fā)生氨泄漏時工藝冷凝液電導率會急劇上升，此時電導率的變化能及時反映氨的泄漏濃度（實驗室已證實）。合成氨工藝冷凝液的電導率是一個容易測量，準確度很高的數(shù)據(jù)，儀表的價格也低。因此只要測出一個正確的電導率數(shù)據(jù)進行計算或根據(jù)曲線，表格進行查找，就可以很方便的得到氨濃度的數(shù)據(jù)，并且電導率分析儀可以靈活的進行在線校正，進一步提高測量的準確度；②由于電導率受溫度的影響比較大，水樣溫度升高時，電導率上升；水樣溫度降低時，電導率下降。電導率分析儀具有在線溫度補償功能，使其補償溫度為25℃，氨的電離是在25℃時候的數(shù)據(jù)，因此電導率的數(shù)據(jù)也應該是同一溫度下的數(shù)據(jù)；③實際驗證過程中，在實驗室測量5組濃度值，根據(jù)公式求其對應的電導率，同時對溫度變化的影響進行校正，就會得到一個濃度和電導率的對應關系，將此關系在電導率的自定義曲線中輸入，就制作成了一個諾模圖；④電導率測量的優(yōu)點有：a.測量電極是流通池安裝，拆卸方便，便于清洗和校準；b.測量電極的耐高溫為80℃、耐壓為5MPa，完全能達到合成氨工藝的要求；c.維護成本低，正常測量電極使用壽命是1年左右，并且該表的價格低，在使用性、可行性和經(jīng)濟性上都有很大的改就進。

3 結束語

合成氨生產(chǎn)過程產(chǎn)生的工藝冷凝液的回收處理，以及工藝冷凝淮中存在不能被離子交換劑脫除的微量雜質是否在鍋爐內(nèi)累積和生成酸性物質，目前仍存在不同的爭議，就冷凝水中NH3對銅材質凝汽器的腐蝕和合成氨裝置廢水外排量水質達標一直是個爭論的問題。此項技改的成功為工藝提供了可靠的依據(jù)，使得污水處理站負荷減低，取得了顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，對同類生產(chǎn)工藝具有一定借鑒作用。

參考文獻：

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