液氨貯槽弛放氣膜提氫工藝

李建忠

(晉煤冀州銀海化肥有限責任公司 河北冀州053200)

液氨貯槽弛放氣膜提氫工藝

李建忠

(晉煤冀州銀海化肥有限責任公司 河北冀州053200)

合成氨生產過程中，生成的液氨與合成氣接觸，在高壓下，氫氮氣和惰性氣體溶解于液氨之中。氨分離器出口的分離液體和冷交換器出口的分離液體匯合后進入液氨貯槽，經減壓，溶解在液氨中的氣體會解析釋放出來，即弛放氣。以前此部分氣體經等壓回收裝置用水吸收弛放氣中的氨后作為廢氣供一網絡或三廢混燃爐燃燒回收能量。經分析，晉煤冀州銀海化肥有限責任公司(以下簡稱銀海公司)弛放氣中φ(NH3)為30%～40%、φ(H2)約30%，運行壓力約2.2MPa。2006年增設了無動力氨回收裝置回收弛放氣中NH3，而弛放氣中的H2仍無法回收;2011年上半年，決定新增2.0MPa膜提氫裝置(前期先安裝1臺膜分離器)，用來回收無動力氨回收裝置分氨后尾氣中的H2。膜提氫裝置串聯在氨回收裝置之后，以達到效益最大化。為了提高滲透氣的純度，滲透氣回收至壓縮機一段進口，尾氣仍去一網絡或三廢混燃爐作為助燃氣燃燒，氨水送尿素深度水解裝置回收氨后再送至尿素生產系統。弛放氣中的氨和氫經無動力氨回收裝置和膜提氫裝置回收后，經濟效益明顯，若作為燃料燃燒的效益僅為回收利用效益的13%左右。

1 氨回收裝置的改造

為了保證氨回收裝置能夠正常運行，對氨回收裝置也進行了改造:①因只有氨回收裝置運行正常后才能在其后串聯2.0MPa膜提氫裝置，所以，氨回收裝置應設計為可根據需要既可單獨運行，也可串聯2.0MPa膜提氫裝置運行;②由于分氨后尾氣不再去膨脹機膨脹制冷，但仍然需要有足夠的冷量冷卻弛放氣，故需要更多的解析氣作為制冷氣氣源，則帶入無動力氨回收的水蒸氣也會隨之增多，為了避免飽和水在低溫板冷處結冰堵塞，故在無動力氨回收解析氣入口增加1臺干燥器與原干燥器并聯，開1備1;③如果將分氨后尾氣抽出直接進入2.0MPa膜提氫裝置的洗氨塔，部分冷量就浪費了，而且難以維持氨回收裝置的熱量平衡，故增加了1臺板式換熱器用于分流的弛放氣與分氨后氣體換熱;④增加1臺蒸汽加熱器(利舊)用于2臺干燥器干燥劑的再生。

2 工藝流程

膜提氫裝置工藝流程見圖1。來自合成液氨貯槽的弛放氣由H2，N2，CH4，NH3和Ar組成，將其壓力控制在約2.2MPa，先通過無動力氨回收裝置分離回收弛放氣中大部分的氨，將φ(NH3)降至5%以下，經氨回收兩級高效多通道換熱器回收部分冷量，再入新增板式換熱器與分流的弛放氣換熱，然后進入2.0MPa膜提氫裝置中的洗氨塔，氣體自下而上與高壓泵打至頂部的脫鹽水逆流接觸，將氣體中φ(NH3)降至10×10－6以下，經氣液分離器分離霧沫后，再經蒸汽加熱器間接加熱至氣體露點以上，保證水汽不會冷凝，經管道過濾器進入膜分離器，滲透氣去壓縮機一段進口，尾氣經減壓與氫回收裝置的尾氣(或經氨回收膨脹機后)匯合后去一網絡或三廢混燃爐。

圖1 膜提氫裝置工藝流程

3 主要設備參數和工藝參數

主要設備參數見表1，主要工藝參數見表2。

表1 主要設備參數

表2 主要工藝參數

4 操作注意事項

①開車前，系統需要置換并達到氣密合格;②開、停車過程中，升、降壓操作必須緩慢，可用DN10mm旁通閥操作，嚴禁壓力突升或突降，氣流速度過大會沖壞中空纖維膜;③應嚴格控制原料氣與滲透氣之間的壓差，壓差過大會造成膜分離器損壞;④嚴禁膜分離器出現反壓，即滲透氣壓力不得高于原料氣壓力;⑤原料氣加熱升溫時，溫度應嚴格控制在45～50℃，不得超過55℃;⑥洗氨后的原料氣中φ(NH3)嚴格控制在10×10－6以下;⑦洗氨塔無液位指示時，首先檢查液位指示控制及變送系統是否出現故障，不能冒然向洗氨塔中加水，以免造成液泛，使膜分離器進水;⑧保證脫鹽水質量，防止洗氨塔填料結垢，致使塔速增大而造成液泛。

5 工藝運行情況及效益分析

2.0 MPa膜提氫裝置于2011年10月5日一次開車成功，部分運行工藝參數見表3。

2.0 MPa膜提氫裝置(包括氨回收裝置改造、外網管及土建)總投資59萬元。運行費用:電機功率3kW，帶變頻調節器調節洗氨塔水量，高壓泵額定輸水量1.2m3/h。投運初期，由于尿素產量低，液氨過剩需外賣，弛放氣氣量還不穩定，每天1/3的時間所產氨對外銷售，弛放氣氣量為700m3/h(標態);2/3時間弛放氣氣量為1100m3/h，按氫氣回收率88%計，則每天效益為1.392萬元，即1個半月可收回投資。

表3 膜提氫裝置部分工藝參數

6 存在問題及處理

從表1可看出:洗氨塔入口氨含量隨氣量的增加而不斷上升。不外售氨時，2.0MPa膜提氫裝置總氣量已超過了氨回收裝置和2.0MPa膜提氫裝置(1臺膜分離器)的設計氣量，其原因是由于氨合成設備問題，塔后放空氣量小，用于氨回收膨脹機制冷的高壓氫回收尾氣量也小，膨脹機制冷量少，致使弛放氣氣量偏大時分氨尾氣中氨含量高。當低壓氫回收總氣量達1400m3/h(標態)時，1臺膜分離器完全可滿足要求，無需增加第2臺膜分離器，但由于洗氨塔入口氣中φ(NH3)為13.8%，現場分析低壓膜分離器的入口氣中 φ(NH3)已達到高限10×10－6的邊緣，低壓氫回收裝置只能減量至1100m3/h(標態)運行，故還需增加氨回收裝置的處理氣氣量，以滿足生產節能降耗的要求。

2013年5月大修后開車投運不久，氨貯槽壓力突降，2.0MPa膜提氫裝置尾氣流量迅速增大。經分析，尾氣與入膜分離器氣質相當，立即停運2.0MPa膜提氫裝置。拆開膜分離器后發現，中空纖維管束已氨中毒而脆化，更換新膜;并對高壓水泵輸水量、洗氨塔液體分布器、填料運行情況、設備垂直度和閥門內漏情況進行了摸排分析，認為是操作人員夜間開車時對工藝指標執行不嚴導致膜氨中毒失效。

2.0 MPa膜提氫裝置已安全運行近2年，無動力氨回收裝置串聯2.0MPa膜提氫裝置運行后，減少了有效氣體排放，節約了能源，效益明顯。

2014-08-13)