合成氨弛放氣氨回收優化改造

胡 超 李裕超 張加銀(山東晉煤明水化工集團有限公司明泉化肥廠 山東章丘250200)

1 改造背景

氨合成工藝中液氨球罐產生的弛放氣中含有大量的氣氨，為了有效回收此部分氣氨，目前一般采用2種方法：①采用成套無動力氨回收裝置，大部分甚至全部氨被分離后以液氨形式回收利用；②采用降溫冷凝分離液氨和加軟水吸收成氨水后回收利用。第1種方法由于經氨回收工序后弛放氣壓力大幅降低，無法達到提氫工序的壓力指標，從而使其中的有效氫無法分離回收，只能送吹風氣燃燒；而第2種方法的弛放氣壓力降低很少，能達到提氫工序要求。為了能有效利用弛放氣中的有效氫，山東晉煤明水化工集團有限公司明泉化肥廠(以下簡稱明泉化肥廠)采用無動力氨回收塔(Φ800 mm×980 mm)和洗氨塔回收氨。由于明泉化肥廠所用的無動力氨回收塔冷凝溫度只能達- 10 ℃左右，無動力氨回收塔出口弛放氣中仍含有約17%(體積分數)的氣氨，此部分氨只能通過洗氨塔吸收制成氨水回收利用。

400 kt/a尿素裝置等量搬遷項目投運后，新增的Φ2 500 mm合成系統的液氨球罐弛放氣氨回收仍使用原有的Φ2 000 mm合成系統的無動力氨回收塔，致使該無動力氨回收塔氨回收負荷相應增大；同時，由于無動力氨回收塔已投運6年，設備的冷卻、分離效果下降。經前期調整，采用增大加氨量來降低弛放氣溫度、提高氣氨冷凝率的方案，但效果不明顯。經查閱相關資料，對系統的工藝和生產運行現狀進行了分析并反復論證后，明泉化肥廠于2014年4月對弛放氣氨回收工藝進行了優化改造，采取了合理的操作措施，取得了明顯的效果。

2 改造情況

2.1 新增弛放氣提氫設備

(1)液氨球罐弛放氣通過合成提氫壓力自動調節閥后壓力穩定在2.3～2.5 MPa，在此壓力下氣體先進入弛放氣氨回收塔，利用液氨減壓蒸發所吸收的汽化潛熱冷卻氣體，氣體降溫后部分氨冷凝分離，蒸發后的氣氨去冰機入口回收。

(2)新增1臺Φ800 mm×980 mm無動力氨回收塔，與現有的Φ2 000 mm合成系統氨回收塔串聯組合，形成兩級氨冷，從而增大換熱面積并擴大最終進出口換熱溫差，提高換熱效率；同時，增大分離空間，以利于分離弛放氣中的液氨。

2.2 有效利用閑置設備

新增無動力氨回收塔后形成了兩級氨冷，二級氨冷蒸發的氣氨由冰機系統原1#冰機吸入并加壓后送冰機出口氣氨總管。弛放氣經兩級氨冷后，溫度大幅下降，提高了液氨分離效果，增加了液氨產量，降低了尿素工段氨水解吸的蒸汽消耗。

2.3 調整提氫冰機系統的溫度、壓力

將新增無動力氨回收塔出口弛放氣的溫度調整為(- 25±5) ℃，二級氨冷氣氨的出口壓力調整為約0.1 MPa，塔底部液位控制在25%～35%。

3 改造效果分析

通過上述一系列的調整，從整體上提高了冷凝效率和分離效果，為液氨快速分離和產出提供了工藝保證。改造前、后工藝參數對比見表1。

表1改造前、后工藝參數對比

改造后的優點：①減輕了原無動力氨回收塔的氨回收負荷，延長了其使用壽命；②由于氨回收量增大，經兩塔后的弛放氣氣量減少，系統壓力降低，安全系數增大；③塔后弛放氣中氨含量大幅下降，減輕了下游洗氨塔的洗氨回收負荷，減少了軟水用量；④冷凝液氨量增加，減少了氨水量，從而大大降低了氨水解吸所需的蒸汽量。

不足之處：①加液氨管道為DN 15 mm，管徑過細導致自調閥調節不靈敏，操作難度大；②1#冰機功率相對較大，只能輕負荷運行，能耗比增大；③1#冰機投運后，無法作為第2備用機；④冷凝溫度過低，不利于設備和管道使用壽命的延長，同時因二級氨冷氣氨的出口壓力為0.14～0.16 MPa，比較接近0.10 MPa，容易形成負壓。

4 改造后操作注意事項

(1)嚴禁二級氨冷氣氨出口壓力<0.10 MPa。因為一旦低于此壓力，二級氨冷氣氨出口管內就會形成負壓，如果管道密封性不好，容易竄入空氣而引發事故。

(2)由于加氨管線和分離出的液氨管線并聯，因此應控制好氨回收塔底部冷凝液氨液位。若液位過低，弛放氣會竄入加液氨管線，造成加氨管線壓力升高；若液位過高，塔出口弛放氣中氨含量又會增加，故應按指標嚴格控制。

(3)由于二級氨冷氣氨直接并入1#冰機氣氨進口管閥后，為防止氨液分離器長期冷凝積液，應每小時對氨液分離器進行檢查，發現積液，及時排放。

(4)由于二級氨冷氣氨出口壓力低于原冰機氣氨總管壓力，而1#冰機出口壓力未變，導致1#冰機壓縮比增大，冰機能效比相應降低。應調整好蒸發冷溫度，盡量降低冰機出口壓力，減小壓縮比。

5 結語

通過此次改造，氨回收塔冷凝溫度大大降低，很大程度上解決了提氫工段液氨的分離量不高的問題，增加了液氨產量，保證了氨回收工藝部分的氣體成分。扣除開冰機的電耗和管理費用，年綜合效益增加近百萬元，1年即可收回成本，經濟效益可觀。