一種合成氨生產(chǎn)中的氨火炬馳放氣回收裝置分析

王 帥，徐瑞波

（天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司，山西 長治 047500）

1 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。其主要工藝流程為：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。持續(xù)排入氨火炬中的氣體由氨火炬排放至大氣。

其中氨回收系統(tǒng)主要包含馳放氣洗滌塔、閃蒸氣洗滌塔以及氨水精餾塔。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。

合成氨裝置正常運(yùn)行時(shí)，氨火炬管網(wǎng)中有持續(xù)排放的含氨氣體，這些氣體主要來自主要來自：

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>

這些氣體中含氨濃度較高，直接排入氨火炬管網(wǎng)，最終送至氨火炬排放至大氣中，經(jīng)檢測(cè)氨火炬馳放氣中氨質(zhì)量濃度＞10 000 mg/m3。氨火炬雖然設(shè)置30 m 高排，但是夏季氨火炬馳放氣排放量大，尤其遇到陰雨氣壓低時(shí)，附近空氣中的氨含量依然很高。不僅對(duì)氨火炬附近環(huán)境造成污染，也會(huì)造成浪費(fèi)。

2 改造方案

初步制定方案（見圖1）為將氨氣送入一個(gè)洗氨罐內(nèi)進(jìn)行洗滌，洗滌下的氨水用氨水泵連續(xù)送到氨回收系統(tǒng)進(jìn)行精餾回收，這樣就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)洗滌回收氨火炬排出的氨氣，既容易操作，又安全穩(wěn)定。

圖1 氨火炬馳放氣回收裝置

后針對(duì)氨火炬管網(wǎng)現(xiàn)狀結(jié)合方案的可行性，繼續(xù)將該方案細(xì)化為：將常壓氨儲(chǔ)罐、常溫氨儲(chǔ)罐、卸氨站臺(tái)和氨制冷裝置的排放氣管線合并為一條管線后，在匯入氨火炬前加裝截止閥。將合并后的馳放氣通過洗氨罐入口管線送入洗氨罐進(jìn)行洗滌，洗滌下的氨水由氨水泵送至氨回收系統(tǒng)，經(jīng)過換熱器升溫后，最終進(jìn)入精餾塔精餾，精餾出的液氨直接并入氨管網(wǎng)，供后系統(tǒng)使用。

氨水泵出口氨水一部分作為回流液返回洗氨罐參與吸收。來自氨回收裝置精餾塔塔底鍋爐水經(jīng)循環(huán)水換熱器冷卻后溫度30 ℃左右，作為洗氨罐的洗滌水使用。洗氨罐液位由氨水泵出口調(diào)節(jié)閥控制。洗滌后的無氨氣體送入氨火炬管網(wǎng)放空。

方案確定后，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，即將各工號(hào)氨火炬排放氣匯合處理有憋壓和竄氣的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加相應(yīng)的切斷閥方便隔離，同時(shí)各工號(hào)操作要協(xié)調(diào)、加強(qiáng)聯(lián)系。該風(fēng)險(xiǎn)為可控風(fēng)險(xiǎn)。

3 洗氨罐結(jié)構(gòu)及工作流程

洗氨罐由下及上依次設(shè)有液相換熱器、填料層、氣相換熱器和除沫器，在洗氨罐上還有馳放氣進(jìn)口、馳放氣出口、氨水出口和進(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；馳放氣出口位于洗氨罐頂部，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)在洗氨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；進(jìn)水口通過鍋爐水管線連接，用于向洗氨罐中連續(xù)提供鍋爐水，并在洗氨罐內(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。

含有氨氣的氨火炬馳放氣通過馳放氣進(jìn)口進(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。

4 投運(yùn)步驟

1）建立水循環(huán)。洗氨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氨罐中，待液位合適時(shí)啟動(dòng)氨水泵，通過調(diào)節(jié)遠(yuǎn)傳液位調(diào)節(jié)閥門及氨水泵出口回流閥使洗氨罐液位保持恒定。

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氨罐，洗滌后的氣體返回氨火炬管網(wǎng)；洗滌下的氨水送入閃蒸汽洗滌塔，經(jīng)過換熱器升溫后，最終進(jìn)入精餾塔精餾，精餾出的液氨直接并入氨管網(wǎng)，供后系統(tǒng)使用。

5 運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)效益

該套裝置投運(yùn)后，通過一個(gè)月的調(diào)整發(fā)現(xiàn)，氨火炬中氨氣排放量對(duì)數(shù)據(jù)影響較大，逐漸調(diào)整回流洗滌液量和新鮮洗滌水量將指標(biāo)控制在最優(yōu)。并對(duì)操作人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，熟悉流程及調(diào)整方法，學(xué)會(huì)應(yīng)急情況的處置，以保證洗氨裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 氨火炬馳放氣回收裝置投運(yùn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

本套氨火炬馳放氣回收裝置能夠?qū)被鹁骜Y放氣中的氣氨經(jīng)過洗滌后有效分離出來，洗滌下的氨水經(jīng)精餾提純后，得到合格的液氨產(chǎn)品。含氨濃度大于10 000 mg/m3的氨火炬馳放氣經(jīng)過洗滌分離后，洗氨罐出口氣相氨濃度可以控制在100 mg/m3以內(nèi)。不僅大大減少了氨火炬馳放氣中氣氨的排放，而且通過對(duì)氨水的回收，每天可增加液氨回收量12 t 左右。按一年裝置運(yùn)行330 d，每噸氨以3 000 元計(jì)算，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約1 188 萬元，而且該裝置所創(chuàng)造的環(huán)保效益更是無法估量的。該套裝置已成功申請(qǐng)實(shí)用新型專利。