天脊集團(tuán)氨回收裝置優(yōu)化改造

王 帥

（天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司，山西 長(zhǎng)治 047500）

1 氨裝置概述

天脊集團(tuán)合成氨裝置設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)45 萬t 合成氨，合成氨系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)多處會(huì)釋放含氨氣體,原先采用的方式是將含氨氣體匯集至氨火炬后，由氨火炬直接排放至大氣，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，公司投入大量資金建設(shè)環(huán)保設(shè)施，其中氨回收系統(tǒng)和氨火炬馳放氣回收裝置陸續(xù)建成投用，它們目前正在發(fā)揮著極其重要的環(huán)保作用。

合成氨裝置生產(chǎn)過程中多處釋放的含氨氣體，公司采用的技術(shù)是通過氨回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其回收再利用，其中，氨火炬管網(wǎng)中持續(xù)排放的含氨氣體，經(jīng)過氨火炬馳放氣回收裝置將含氨氣體進(jìn)行洗滌，其后經(jīng)過氨回收系統(tǒng)進(jìn)一步處理，達(dá)到氨氣有效回收，提高經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益。

氨火炬馳放氣回收裝置起初投運(yùn)時(shí)，氨火炬出口氨質(zhì)量濃度由原來的大于10 000 mg/m3下降至小于100 mg/m3，該裝置對(duì)氨火炬管網(wǎng)中含氨氣體回收效果較顯著。但在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，因裝置本身設(shè)計(jì)處理能力有限，生產(chǎn)運(yùn)行出現(xiàn)許多問題，亟待解決，技術(shù)人員考慮對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化改造。

2 合成氨系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述

煤在魯奇爐中加壓氣化后，生成的粗煤氣經(jīng)過一氧化碳變換并降溫后，送至低溫甲醇洗裝置除去粗煤氣中的二氧化碳及硫化氫，所需的冷量由氨制冷裝置提供。除去二氧化碳及硫化氫的粗煤氣經(jīng)過液氮洗或者變壓吸附裝置進(jìn)一步除去氣體中所含的一氧化碳，分離出合格的氫氣。然后將氫氣配入一定比例的氮?dú)馑椭涟眽嚎s機(jī)，經(jīng)過壓縮后送至氨合成塔，在高溫高壓及催化劑的作用下反應(yīng)生成氨。產(chǎn)出的液氨一部分送至后系統(tǒng)作為原料繼續(xù)加工，另一部分送至氨庫貯存。氨庫由一個(gè)常壓氨儲(chǔ)罐和一個(gè)常溫氨儲(chǔ)罐組成。為了維持常壓氨庫壓力，常壓氨庫配備有一套降壓裝置（冰機(jī)）。常溫氨儲(chǔ)罐的壓力由放空調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制。外購液氨可通過卸氨站臺(tái)，將槽車中的液氨送入氨管網(wǎng)，從而平衡后系統(tǒng)液氨需求量。氨合成單元生產(chǎn)中所產(chǎn)生的馳放氣及閃蒸氣送入氨回收系統(tǒng)進(jìn)行氨的回收。排入氨火炬中的氣體由氨火炬馳放氣回收裝置有效分離后，再送入氨回收系統(tǒng)進(jìn)一步回收。

2.1 氨回收系統(tǒng)

氨回收系統(tǒng)主要包含馳放氣洗滌塔、閃蒸氣洗滌塔以及氨水精餾塔，隨著環(huán)保需要，后增加了氨火炬馳放氣回收裝置，并入氨回收系統(tǒng)。主要工藝流程為：來自氨壓縮機(jī)入口循環(huán)段的持續(xù)排惰氣進(jìn)入馳放氣洗滌塔由下而上與塔頂自上而下的鍋爐水在填料層充分接觸，將氣體中的氨溶于水中，剩余氣體（主要成分為氫氣、氮?dú)猓┩ㄟ^塔頂，送至低溫甲醇洗回收利用，洗滌下的氨水送入精餾塔精餾；同樣來自氨合成裝置閃蒸罐的閃蒸氣進(jìn)入閃蒸氣洗滌塔由下而上與塔頂自上而下的鍋爐水在填料層充分接觸，將氣體中的氨溶于水中，剩余少量氣體（主要成分為氫氣、氮?dú)猓┩ㄟ^塔頂，送至燃料氣管網(wǎng)，洗滌下的氨水送入精餾塔精餾。氨水精餾塔將稀氨水通過精餾分離，使氨和水得到徹底分離，塔頂氣氨經(jīng)冷凝后送入液氨管網(wǎng)，塔底分離出的鍋爐水用于對(duì)馳放氣洗滌塔、閃蒸氣洗滌塔進(jìn)行循環(huán)洗滌。氨火炬馳放氣中的氨經(jīng)過氨火炬馳放氣回收裝置處理后，再通過氨水精餾塔進(jìn)一步處理后并入氨管網(wǎng)回收。氨回收系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

2.2 氨火炬馳放氣回收裝置

為了將氨火炬馳放氣中的氨進(jìn)行回收，增加了氨火炬馳放氣回收裝置。設(shè)備主要包含馳放氣洗滌罐及氨水泵。

2.2.1 簡(jiǎn)圖及流程簡(jiǎn)述

含有氨氣的氨火炬馳放氣進(jìn)入到洗氨罐中部，在填料層與噴淋的鍋爐水逆流接觸進(jìn)行洗滌，洗滌后的氣體依次經(jīng)氣相換熱器換熱、除沫器降溫脫水后進(jìn)入氨火炬管網(wǎng)；洗氨罐洗滌下的氨水用氨水泵泵入氨回收裝置，洗氨罐的液位由遠(yuǎn)傳液位調(diào)節(jié)閥門控制，根據(jù)需要可以將部分洗滌下的氨水回流至洗氨罐進(jìn)行二次洗滌。氨火炬馳放氣回收裝置流程簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2.2.2 氨火炬馳放氣氣體來源

1）常壓氨庫降壓裝置（冰機(jī)）啟動(dòng)后冷凝系統(tǒng)產(chǎn)生的不凝氣體。其成分大部分為純氨氣以及少量氮?dú)狻?/p>

2）常溫氨儲(chǔ)罐泄壓排放氣。當(dāng)常溫氨儲(chǔ)罐壓力高時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥自動(dòng)泄壓產(chǎn)生的氣體。其成分基本為純氨氣。

3）卸氨站臺(tái)氨槽車的泄壓氣體。只有卸氨結(jié)束時(shí)，氨槽車泄壓才會(huì)產(chǎn)生的排放氣，其成分大部分為氮?dú)?，含有少量氨氣?/p>

4）氨制冷裝置冷凝系統(tǒng)的持續(xù)排惰氣體。其成分大部分為純氨氣，以及少量氮?dú)狻?/p>

3 存在問題

1）在夏季由于環(huán)境溫度高，常壓氨庫降壓裝置（冰機(jī)）啟動(dòng)頻繁，氨制冷裝置冷量需求量大，造成氨火炬馳放氣量偏大，氨火炬出口氣體中氨質(zhì)量濃度顯著增高（大于100 mg/m3），不僅不能實(shí)現(xiàn)馳放氣中含氨氣體全部回收，還污染環(huán)境。

2）由于負(fù)荷高，洗滌罐氣相出口溫度偏高，將部分水帶至氨火炬管網(wǎng)，造成氨火炬管網(wǎng)積水，氨火炬管網(wǎng)背壓升高，給上游各裝置帶來了安全隱患。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)排查以及數(shù)據(jù)分析研判，發(fā)現(xiàn)根本問題是洗滌罐對(duì)含氨氣體處理能力不足。為解決以上問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況擬采取對(duì)原洗滌罐進(jìn)行部分優(yōu)化改造，解決裝置存在缺陷，提高氨回收效率，保障裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 優(yōu)化方案

為了解決洗滌罐對(duì)含氨氣體洗滌能力差的問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況決定從增加氣、液接觸面積，以及洗滌水量和回流液溫度著手考慮。

首先將原洗滌罐單段洗滌改為上、下塔兩段分別對(duì)含氨氣體進(jìn)行洗滌。在不增加新設(shè)備的前提下，考慮原設(shè)備基礎(chǔ)承重以及連接方式的因素，增加一段以法蘭形式連接的筒體，新增筒體內(nèi)增加一組填料層用來增加氣、液接觸面積；增加一組洗滌水噴頭用來加大洗滌水量。保留原筒體上部的換熱器用來降低出口氣體溫度。保留除沫器用來除去出口氣體中水分。

其次在氨水泵回流管線上增加一臺(tái)利舊換熱器用來降低回流液溫度，將回流液溫度從70 ℃降至30 ℃，降溫后的回流液作為水洗罐底部一段洗滌水的補(bǔ)充。經(jīng)換熱后的鍋爐水溫度30 ℃從頂部二段噴頭配入，作為二段洗滌水。

相比原裝置，改造后的設(shè)備不僅增加了洗滌水量和罐內(nèi)洗滌面積，還降低了回流液洗滌水溫度，從而提升了洗滌效果。

5 優(yōu)化洗滌罐結(jié)構(gòu)及優(yōu)化工藝流程

優(yōu)化洗滌罐結(jié)構(gòu)：洗滌罐由下至上依次設(shè)有液相換熱器、兩層填料層、氣相換熱器和除沫器，在洗滌罐上還有馳放氣進(jìn)口、馳放氣出口、氨水出口和上下兩段進(jìn)水口；馳放氣進(jìn)口位于液相換熱器和氣相換熱器之間，通過馳放氣入口管線與氨火炬管網(wǎng)連通；馳放氣出口位于洗滌罐頂部，通過氣相出口管線將洗滌脫水后的氣體輸送至氨火炬管網(wǎng)；氨水出口設(shè)在洗滌罐底部通過出水管與氨回收裝置連接，并在出水管上設(shè)有氨水泵；氨水泵回流管線上設(shè)有換熱器；進(jìn)水口通過鍋爐水管線連接，用于向洗滌罐中連續(xù)提供鍋爐水，并在洗滌罐內(nèi)設(shè)有噴頭，噴頭位于馳放氣進(jìn)口和氣相換熱器之間；其中，填料層為矩鞍環(huán)填料層。

優(yōu)化工藝流程：含有氨氣的氨火炬馳放氣通過馳放氣進(jìn)口進(jìn)入到洗滌罐中部，在填料層與上、下兩段噴淋的鍋爐水逆流接觸進(jìn)行洗滌，洗滌后的氣體依次經(jīng)氣相換熱器換熱、除沫器降溫脫水后進(jìn)入氨火炬管網(wǎng)；洗滌罐洗滌下的氨水用氨水泵泵入氨水精餾塔，洗滌罐的液位由遠(yuǎn)傳液位調(diào)節(jié)閥門控制，根據(jù)需要可以將部分洗滌下的氨水經(jīng)換熱器換熱后，回流至洗滌罐進(jìn)行二次洗滌。

優(yōu)化洗滌罐結(jié)構(gòu)及優(yōu)化工藝流程簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后洗滌罐結(jié)構(gòu)及優(yōu)化工藝流程簡(jiǎn)圖

6 裝置投運(yùn)步驟

1）先建立水循環(huán)：具體是洗滌罐液相及氣相換熱器循環(huán)水投用后，通過閥門控制將氨回收裝置內(nèi)部循環(huán)鍋爐水作為洗滌水配入洗滌罐中，啟動(dòng)氨水泵，通過遠(yuǎn)傳液位調(diào)節(jié)閥門將洗滌罐液位恒定。

2）水循環(huán)建立后進(jìn)行氨洗，將氨火炬馳放氣逐漸引入洗滌罐，洗滌后的氣體返回氨火炬管網(wǎng)；洗滌下的氨水送入氨水精餾塔精餾，精餾出的液氨直接并入氨管網(wǎng)，供后系統(tǒng)使用。

7 優(yōu)化后運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)效益

優(yōu)化改造完成投運(yùn)后，通過數(shù)據(jù)分析（詳見表1）逐漸調(diào)整氨水泵回流洗滌液量和新鮮洗滌水量，將洗滌罐出口氣體氨含量指標(biāo)控制在最低。改造后的氨火炬馳放氣回收裝置達(dá)到了預(yù)期效果，在夏季氨火炬馳放氣氣量大時(shí)不僅實(shí)現(xiàn)了氨火炬馳放氣全部回收，而且解決了氨火炬管網(wǎng)帶水的問題。

表1 氨回收裝置優(yōu)化改造后數(shù)據(jù)

氨火炬排馳放氣回收裝置的改造，使氨回收系統(tǒng)在夏季氨火炬馳放氣量大的情況下每日可多回收1.5 t左右液氨。按夏季（4 個(gè)月）裝置運(yùn)行120 d，以及氨以3 000 元/t 計(jì)算，每年可創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益約54 萬元。因項(xiàng)目本身為環(huán)保投入項(xiàng)目，其社會(huì)效益積極良好。

8 結(jié)語

合成氨生產(chǎn)過程中普遍存在含氨氣體排放問題，含氨氣體排放大氣既造成資源浪費(fèi)，而且污染環(huán)境。本裝置經(jīng)過對(duì)裝置優(yōu)化改造并實(shí)際應(yīng)用論證（見圖4），不僅可以有效脫除馳放氣中的氣氨成分，保證馳放氣達(dá)標(biāo)排放，而且將含氨氣體回收再利用（制成合格液氨產(chǎn)品送入氨管網(wǎng)供后系統(tǒng)使用）是節(jié)能、環(huán)保行為，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，具有積極推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖4 優(yōu)化改造前后效果圖