合成氨厂氨回收装置的优化节能改造

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(贵州开阳化工有限公司，贵州 贵阳 550300)

贵州开阳化工有限公司(以下简称开阳化工)合成氨生产规模为50万t/a，氨库工段设计2台5 000m3液氨球罐，储存条件为低压常温(4℃、0.4MPa(g))，储存过程中闪蒸大量气氨，原设计1套氨回收装置用于回收液氨闪蒸气和储罐气，氨回收装置是利用气氨极易溶于水和浓氨水在加热状态下极易挥发且气氨在较高压力下的冷凝温度较低的原理，通过气氨吸收、浓氨水精馏、气氨冷凝的过程，达到回收的目的。根据生产需要，2014年底开阳化工增加3套液氨罐车充装装置，液氨充装过程排放大量的闪蒸气氨，也需要进行回收，导致氨回收装置超负荷运行，闪蒸气氨回收不完全，造成大量的浪费。2016年开阳化工新增一套氨水制备装置，利用闪蒸的气氨生产20%～30%的氨水，供热电站烟气脱硫、脱硝使用，富余的氨水外销，对闪蒸气氨回收起到一定作用，但因氨水制备装置与氨回收装置为并联运行状态，实际运行过程中仍存在一些问题。

1 氨回收装置与氨水制备装置并联运行时存在的问题

改造前氨回收装置与氨水制备装置并联运行工艺流程见图1。

图1 改造前氨回收装置与氨水制备装置并联运行工艺流程

从氨库来约2 400Nm3/h的闪蒸气氨，一部分进入氨水制备吸收器，配制20%～30%的氨水，供热电站烟气脱硫及外销；另一部分进入氨回收吸收塔吸收，氨水提压送至精馏塔，经再沸器加热蒸发，气氨从塔顶逸出，经循环水冷凝为液氨，送至氨库球罐储存。经过一段时间运行，主要存在以下问题。

(1)氨水制备与氨回收并联运行时，气量分配不平衡，调节困难。氨水制备气量大时，导致回收气氨量较小，氨水浓度低，精馏塔压力提不起来，塔底的稀氨水不能回到吸收塔进行循环吸收，塔顶蒸发的气氨无法冷凝；氨水制备气量小时，不能保证烟气脱硫氨水浓度，脱硫排放指标超标，氨回收塔氨水浓度高，吸收效果不好，吸收塔顶排放的尾气中氨含量高，经取样分析达7%以上，造成浪费。另一方面，吸收塔氨水浓度高容易使氨水泵1气蚀。

(2)经氨水制备吸收器吸收后的含氨尾气直接放火炬燃烧，因循环吸收的氨水浓度较高(达26%以上)，所以吸收效果差，吸收后含氨尾气中氨含量较高(达20%以上)，这部分氨未经回收直接排放火炬燃烧，浪费极大。

(3)氨回收精馏塔再沸器使用的加热蒸汽为4.0MPa(g)、251℃的饱和蒸汽，加热完后产生的冷凝液温度高，因冷凝液管网温度低，高温冷凝液并管网时形成水击，管道振动大，前期运行过程中，冷凝液均现场直接排放，造成极大浪费。

(4)在系统停车后的开车过程中，环保装置烟气脱硫需提前运行，这时氨库没有闪蒸的气氨，无法向烟气脱硫提供氨水。

(5)氨回收装置因氨水浓度高、温度高，氨水泵1经常夹气，泵机械密封泄漏频繁，使用寿命短，备件消耗量大，约一个月就需更换一次机械密封。

2 改造的实施过程

针对以上存在的5个问题，制定了改造实施方案，利用系统停车的机会，有针对性地对氨水制备及氨回收进行了改造。

(1)通过配管，将氨水制备吸收器吸收后排放的含氨不凝气送至氨回收吸收塔进口气氨管道，使氨水制备与氨回收形成串联，气氨经氨水制备吸收器吸收后，再经过氨回收吸收塔进行二次吸收，降低吸收塔氨水浓度，提高吸收塔的吸收效果，从而降低吸收塔顶放空气中氨含量。

(2)将氨回收冷却器出口的氨水一部分送至氨水制备吸收器，另一部分返回吸收塔循环吸收。这样就能够将吸收塔吸收后的稀氨水全部回收利用，另一方面停用氨回收精馏系统，节约蒸汽耗量和解决冷凝液现场排放浪费的问题。

(3)改造前，氨水制备装置不能利用液氨配制氨水，如果吸收器直接通液氨配制氨水，会瞬间放出大量的热，热量无法完全充分移出，将造成设备振动及损坏，针对这种情况，我们在吸收器入口稀氨水管道上增加1台液氨混合器，使液氨在混合器中均匀混合，然后再送入吸收器中配制成氨水，这样就实现了在系统开车前即使没有闪蒸气氨的情况下，也能为烟气脱硫装置提供合格的氨水。改造后氨回收装置与氨水制备装置串联运行工艺流程见图2。

图2 改造后氨回收装置与氨水制备装置串联运行工艺流程

3 改造后运行效果

(1)改造后，氨水制备装置与氨回收装置实现串联运行，氨水制备吸收器吸收后的尾气全部送至氨回收吸收塔进行二次吸收，尾气从塔顶排放至火炬燃烧。

停用回收精馏后放空气氨含量对比见表1，从表1中可看出，尾气中氨含量已降至0.08%以下，且尾气放空气无明显氨味，改造前氨火炬燃烧的火焰是橘黄色，改造后已消除。

表1 停用回收精馏后放空气氨含量对比

(2)氨水制备过程中氨水浓度比改造前稳定，不会出现大幅波动，调节更为方便，调节补水量时只需用远控阀V1调节，减少大量的工作量。

(3)停运氨回收精馏系统，每小时节约4.9t 4.0MPa(g)饱和蒸汽，并解决了冷凝液因温度高不能并管网，导致现场排放的问题。

(4)改造后，回收吸收塔吸收后的氨水浓度低于5%、氨水温度低，改善了氨水泵1的工作条件，延长了氨水泵机械密封的使用寿命，改造后氨水泵连续运行4个多月未出现问题。

(5)改造后，实现了在合成系统开车前，利用液氨配制合格氨水供烟气脱硫提前使用，保证环保指标达标排放。

4 经济效益及社会效益分析

4.1 经济效益

4.1.1 放空尾气中氨回收量

按照氨水制备气氨量1 200Nm3/h、氨回收气氨量1 200Nm3/h计算：氨水制备放空尾气量约400Nm3/h，其中氨含量23%，其余为H2、N2，每小时放空气中的氨=400×23%=92Nm3/h，按1年运行8 000h计算，92×8 000=736 000Nm3/a，氨回收放空尾气量约250Nm3/h，其中氨含量7.25%，其余为H2、N2，每小时放空气中的氨=250×7.25%=18.125Nm3/h，按1年运行8 000h计算，168×8 000=145 000Nm3/a。年合计气氨量=73 600+145 000=881 000Nm3/a。

换算为液氨：

节约881 000×17/(22.4×1 000)≈668.6t/a

液氨价格按3 600元/t计算，668.6×3 600≈240.7万元/a

4.1.2 节约蒸汽量

中压饱和蒸汽价格按110元/t计算，氨回收耗蒸汽4.9t/h，按1年运行8 000h计算：

可节约4.9×110×8 000=431.2万元/a

4.1.3 年总经济效益

改造后，从放空尾气中氨回收及节约饱和蒸汽用量的总经济效益=240.7+431.2=671.9万元/a。

4.2 社会效益

(1)因氨水制备装置与氨回收装置吸收不完全，造成大量含氨尾气放火炬燃烧，但因量大而燃烧不完全，部分尾气未经燃烧排放至大气，造成周围大气污染，对周围的生态环境和居民造成影响，改造后，放空尾气中的氨得以有效回收，解决了火炬排放有毒有害气体的问题，社会效益和环保效益明显。

(2)改造后，制备的氨水浓度稳定、产量增加，为热电锅炉烟气脱硫、脱硝提供吸收剂，使得单位烟气达标排放。另外，富余的氨水外销给周围火电厂，用于烟气脱硫、脱硝， 为周边环保工作作出了积极的贡献。

5 结语

液氨在储存过程中，均会产生大量的闪蒸气及储罐气，合成氨厂都必须充分考虑这部分放空气的回收利用，实现有毒有害气体零排放，提升装置的环保性能和经济效益，并针对现有生产装置，深入挖潜，寻找每一个可以利用的资源，在工艺上有所改善，在设计上有所创新，达到节能降耗的目的，实现企业可持续发展，提高企业经济效益。