氨吸收制冷工艺的优势及其在煤化工中的应用

蔡业华

摘 要：近年来国内化工行业飞速发展，企业要做好化工项目，在设计初期就必须要科学合理的选择工艺路线，确保技术方案合理、经济效益达到最优化，从而提升化工项目的市场竞争力。本文结合笔者实际研究，分析了氨吸收制冷工艺的主要优势，并探讨了其在煤化工中的应用及其能耗，以期为化工制冷方案设计带来一定的参考。

关键词：氨吸收制冷；技术优势；煤化工

1 氨吸收制冷工艺的优势

1.1 节省电能

普遍选择的压缩机式制冷设备采用100%电力或中压蒸汽当作是驱动能源，而余热吸收式制冷仅仅使用10%的电能当作是驱动能源，除此之外90%驱动能源基本来自热能，包含了余热、蒸汽、加压热水以及烟气等。以蒸发温度-38℃，负荷28.2×106J/h（7800kW）的压缩制冷以及吸收式制冷工艺为例，能源消耗情况如下表1所示。

从上表1中能够了解到，氨吸收制冷的循环水消耗为压缩制冷工艺的2倍左右，但需要关注的是，若在设计蒸汽透平压缩机表冷器冷却水的过程中，将脱盐水预热时所代替工业冷却水量减去，则综合用冷却水量必然会在很大程度上降低。同时，压缩制冷汽轮机通常会消耗较多中压蒸汽，若将这部分中压蒸汽用于发电，能够产生4598kW的电量，因此可以得出，压缩制冷工艺的电耗量相当于氨吸收制冷工艺的12倍左右。氨处于负压环境下蒸发制冷转化为氨蒸汽后，可不选择压缩机进行压缩，选择稀氨水吸收的措施。首先把氨蒸汽通过低压两级吸收转化为15%左右的氨水，随后经再吸收器，把氨水浓度增加到40%，最后通过精馏塔转化为99%纯液氨以循环使用，如此能够省电节能。

1.2 利用余热资源，节能降耗

对于氨吸收制冷工艺来说，能够直接选择粗煤气余热当成为热源，从而代替低压蒸汽为精馏系统供热。以年产量30万t合成氨系统计算，粗煤气总量15600m3，入口温度180℃，出口温度124℃。由粗煤气余热能够带来38938kW（66.16t/h的低压蒸汽）的热量。换句话说，在转换后的粗煤气冷却时，有38938kW的热量无需冷却介质，将这些热量直接转移到氨的蒸发过程中。所以选择粗煤气的余热当成是热源不但能够节省氨蒸汽所需的蒸汽，同时也能够降低冷却介质的用量。

2 氨吸收制冷工艺在煤化工中的应用及耗能分析

氨吸收制冷工艺在很大程度上依靠了氨的潜热大以及极易溶于水这两大特性，其工艺是借助于液氨易发挥与汽化潜热大的特征，在挥发状态下吸收大量热量，进而实现制冷，在挥发压差的作用下促进挥发速度的提升，能够有效增强制冷效率。挥发的气氨借助于极易溶于水的特性，把气氨转化成氨水，随后应用精馏原理把氨水转化成99.8%浓度的液氨实施制冷。在这一工艺流程中所消耗的能量如下：

①精馏消耗蒸汽0.3到0.5MPa，主要消耗化工企业依靠余热产生的工业利用率相对较低的蒸汽；②气氨吸收与精馏状态下冷却所消耗的循环水以及一次水；③氨水泵所需的电能。氨吸收制冷工艺的冷量设计总量22.57×106kJ/h，在全负荷情况下每小时能够制造液氨31.5m3/h，完全能够满足60000m3（标）/h与年产24万t甲醇的脱碳系统的制冷需要。

氨吸收制冷系统设计最大消耗量如下：①电消耗量：160kW/h；②蒸汽消耗量：23500m3/h；③一次水消耗量：470m3/h；④循环水消耗量：2000m3/h。

相同状态下冰机消耗如下：①电消耗量：约1500kW/h，②循环水消耗量：1000到15000m3/h。

通过对比上述数据能够了解到，氨吸收制冷工艺的明显优势在于节能，尤其是电力能源的消耗量，每小时电耗仅仅是冰机的10%。整个制冷系统的蒸汽消耗是化工企业回收系统预热形成的低品位蒸汽，其本身就不具备较高的利用价值，借助于氨吸收制冷系统能够有效实现能量与冷凝液回收利用的目的。氨吸收制冷系统消耗的一次水通过换热仅仅是温度增加，本身特性并未发生变化，后续还能够作为脱盐水以及循环水补水，另外在实际的制冷作业中，外部环境温度会对制冷系统产生一定影响，温度相对较低时制冷所需能量会进一步下降，因此氨吸收制冷工艺更加适用于我国北方地区的化工企业。

3 结语

氨吸收制冷工艺具备较强的节能和环保性，同时其流程简单，非常适合化工行业制冷需求，它在很大程度上利用了氨这一制冷剂的特性，让其在能量转化时达到最佳效果，另外还可以将化工企业所富余的低品位蒸汽余热更好的利用起來，对于国内化工企业生产环保、节能降耗而言拥有非常好的推广价值，在能源逐渐紧缺与环保工作深入推进的今天，氨吸收制冷工艺具有非常广阔的应用前景。

参考文献：

[1]焦艳丽，刘惟强，张来.氨吸收制冷工艺氨精馏塔腐蚀原因分析[J].内蒙古石油化工，2016，42（06）：63-64.

[2]杨声，梁嘉能，杨思宇，钱宇.煤制气中甲烷化余热利用集成串级吸收式制冷新工艺[J].化工学报，2016，67（03）：779-787.