合成氨弛放气氨回收优化改造

胡 超 李裕超 张加银(山东晋煤明水化工集团有限公司明泉化肥厂 山东章丘250200)

1 改造背景

氨合成工艺中液氨球罐产生的弛放气中含有大量的气氨，为了有效回收此部分气氨，目前一般采用2种方法：①采用成套无动力氨回收装置，大部分甚至全部氨被分离后以液氨形式回收利用；②采用降温冷凝分离液氨和加软水吸收成氨水后回收利用。第1种方法由于经氨回收工序后弛放气压力大幅降低，无法达到提氢工序的压力指标，从而使其中的有效氢无法分离回收，只能送吹风气燃烧；而第2种方法的弛放气压力降低很少，能达到提氢工序要求。为了能有效利用弛放气中的有效氢，山东晋煤明水化工集团有限公司明泉化肥厂(以下简称明泉化肥厂)采用无动力氨回收塔(Φ800 mm×980 mm)和洗氨塔回收氨。由于明泉化肥厂所用的无动力氨回收塔冷凝温度只能达- 10 ℃左右，无动力氨回收塔出口弛放气中仍含有约17%(体积分数)的气氨，此部分氨只能通过洗氨塔吸收制成氨水回收利用。

400 kt/a尿素装置等量搬迁项目投运后，新增的Φ2 500 mm合成系统的液氨球罐弛放气氨回收仍使用原有的Φ2 000 mm合成系统的无动力氨回收塔，致使该无动力氨回收塔氨回收负荷相应增大；同时，由于无动力氨回收塔已投运6年，设备的冷却、分离效果下降。经前期调整，采用增大加氨量来降低弛放气温度、提高气氨冷凝率的方案，但效果不明显。经查阅相关资料，对系统的工艺和生产运行现状进行了分析并反复论证后，明泉化肥厂于2014年4月对弛放气氨回收工艺进行了优化改造，采取了合理的操作措施，取得了明显的效果。

2 改造情况

2.1 新增弛放气提氢设备

(1)液氨球罐弛放气通过合成提氢压力自动调节阀后压力稳定在2.3～2.5 MPa，在此压力下气体先进入弛放气氨回收塔，利用液氨减压蒸发所吸收的汽化潜热冷却气体，气体降温后部分氨冷凝分离，蒸发后的气氨去冰机入口回收。

(2)新增1台Φ800 mm×980 mm无动力氨回收塔，与现有的Φ2 000 mm合成系统氨回收塔串联组合，形成两级氨冷，从而增大换热面积并扩大最终进出口换热温差，提高换热效率；同时，增大分离空间，以利于分离弛放气中的液氨。

2.2 有效利用闲置设备

新增无动力氨回收塔后形成了两级氨冷，二级氨冷蒸发的气氨由冰机系统原1#冰机吸入并加压后送冰机出口气氨总管。弛放气经两级氨冷后，温度大幅下降，提高了液氨分离效果，增加了液氨产量，降低了尿素工段氨水解吸的蒸汽消耗。

2.3 调整提氢冰机系统的温度、压力

将新增无动力氨回收塔出口弛放气的温度调整为(- 25±5) ℃，二级氨冷气氨的出口压力调整为约0.1 MPa，塔底部液位控制在25%～35%。

3 改造效果分析

通过上述一系列的调整，从整体上提高了冷凝效率和分离效果，为液氨快速分离和产出提供了工艺保证。改造前、后工艺参数对比见表1。

表1改造前、后工艺参数对比

改造后的优点：①减轻了原无动力氨回收塔的氨回收负荷，延长了其使用寿命；②由于氨回收量增大，经两塔后的弛放气气量减少，系统压力降低，安全系数增大；③塔后弛放气中氨含量大幅下降，减轻了下游洗氨塔的洗氨回收负荷，减少了软水用量；④冷凝液氨量增加，减少了氨水量，从而大大降低了氨水解吸所需的蒸汽量。

不足之处：①加液氨管道为DN 15 mm，管径过细导致自调阀调节不灵敏，操作难度大；②1#冰机功率相对较大，只能轻负荷运行，能耗比增大；③1#冰机投运后，无法作为第2备用机；④冷凝温度过低，不利于设备和管道使用寿命的延长，同时因二级氨冷气氨的出口压力为0.14～0.16 MPa，比较接近0.10 MPa，容易形成负压。

4 改造后操作注意事项

(1)严禁二级氨冷气氨出口压力<0.10 MPa。因为一旦低于此压力，二级氨冷气氨出口管内就会形成负压，如果管道密封性不好，容易窜入空气而引发事故。

(2)由于加氨管线和分离出的液氨管线并联，因此应控制好氨回收塔底部冷凝液氨液位。若液位过低，弛放气会窜入加液氨管线，造成加氨管线压力升高；若液位过高，塔出口弛放气中氨含量又会增加，故应按指标严格控制。

(3)由于二级氨冷气氨直接并入1#冰机气氨进口管阀后，为防止氨液分离器长期冷凝积液，应每小时对氨液分离器进行检查，发现积液，及时排放。

(4)由于二级氨冷气氨出口压力低于原冰机气氨总管压力，而1#冰机出口压力未变，导致1#冰机压缩比增大，冰机能效比相应降低。应调整好蒸发冷温度，尽量降低冰机出口压力，减小压缩比。

5 结语

通过此次改造，氨回收塔冷凝温度大大降低，很大程度上解决了提氢工段液氨的分离量不高的问题，增加了液氨产量，保证了氨回收工艺部分的气体成分。扣除开冰机的电耗和管理费用，年综合效益增加近百万元，1年即可收回成本，经济效益可观。