合成氨裝置氨回收系統改造運行總結

徐莎莎，楊 清，俞吉祥，樊 波

(青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司 青海格爾木 816000)

青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司年產300 kt合成氨裝置的氨回收分高壓洗氨系統和低壓洗氨系統，高壓洗氨后的合成弛放氣返回變壓吸附裝置回收氫氣，低壓洗氨后的不凝氣供中變加熱爐使用，氨水送尿素裝置水解解析系統回收氨。合成氨裝置氨回收系統自投運以來，頻繁出現洗氨后的氣體氨含量超標和氨水濃度偏低的問題，弛放氣和不凝氣無法回收，不僅提高了裝置的運行成本，而且對環境造成很大的污染。

1 氨回收系統工藝流程

原設計氨回收系統工藝流程如圖1所示。

合成氨裝置合成系統的高壓弛放氣(NH33.61%，H263.74%，N221.25%，CH46.78%，AR 4.62%，均為體積分數；流量1 456 m3/h，標態)經調節閥減壓至3.0 MPa后進入高壓洗氨塔底部，與來自頂部的透平冷凝液逆流接觸，弛放氣中的氨被冷凝液吸收后得到的稀氨水與來自低壓洗氨系統的氨水混合后送尿素裝置；高壓洗氨后的弛放氣經分離器分離夾帶的水分后去變壓吸附裝置回收其中的氫氣。為防止變壓吸附裝置的吸附劑中毒，去變壓吸附裝置的弛放氣含氨體積分數須低于200×10-6。

在氨合成工序的氨分離器中，氣液在高壓下進行分離，部分不凝氣微溶于液氨，液氨經減壓閃蒸后在液氨受槽將大部分溶入的不凝氣閃蒸出來，少量液氨因汽化而隨不凝氣進入液氨受槽的洗滌段洗滌；出液氨受槽不凝氣(NH322.12%，H243.43%，N219.20%，CH4+C2H611.99%，AR 3.26%，均為體積分數；流量410 m3/h，標態)進入低壓洗氨塔底部，與來自頂部的透平冷凝液逆流接觸，得到的稀氨水送尿素裝置，洗氨后的不凝氣(含氨體積分數0.022%)經調節閥減壓后送入燃料氣管網。

圖1 原設計氨回收系統工藝流程

氨回收系統均采用透平冷凝液洗滌回收氨，透平冷凝液經高壓洗氨泵和低壓洗氨泵加壓后分別送入高壓洗氨塔和低壓洗氨塔。高壓洗氨泵出口壓力為3.56 MPa，流量為0.50 m3/h；低壓洗氨泵出口壓力為2.0 MPa，流量為0.32 m3/h。

2 存在的問題

在試車過程中，高、低壓洗氨泵頻繁出現隔膜破裂、不打量、吸入單向閥堵塞等故障，導致高壓弛放氣和低壓不凝氣因氨含量超標而放空。由于洗氨泵維修頻次高，增大了設備的檢維修工作量及備品備件的損耗。高、低壓洗氨泵故障統計如表1所示。

從表1可看出，依據弛放氣中氫氣的含量，僅8個月就損失氫氣約331 000 m3(標態)、不凝氣57 407 m3(標態)，造成運行成本大幅增加。此外，由于大量含氨氣、氫氣、甲烷等有毒有害的弛放氣和不凝氣對空排放，導致環境遭受污染。

3 改造措施

針對高壓弛放氣和低壓不凝氣氨含量超標而無法連續回收利用的問題，對高、低壓洗氨系統進行了技術改造。考慮到高、低壓洗氨系統洗滌液用量較少(合計為1.07 m3/h)，從裝置上游工序的中壓鍋爐給水泵出口管道引鍋爐水至高、低壓洗氨系統，不會導致中壓鍋爐給水泵超負荷跳車的生產事故；在高、低壓洗氨系統界區增設水冷器，將鍋爐水降溫至設計指標40 ℃。中壓鍋爐給水泵出口壓力為5.0 MPa，根據高、低壓洗氨塔的不同工作壓力和流量，增設2只調節閥以滿足洗氨系統的操作指標要求。改造后氨回收系統工藝流程如圖2所示。

表1 高、低壓洗氨泵故障統計

項目高/低壓洗氨泵故障次數/次高/低壓洗氨系統停運時間/h放空量/m3(標態)弛放氣不凝氣2014?102/416/501272087412014?114/190/116282016832015?015/4134/658696692592015?023/275/275272541722015?034/5151/86108267135592015?046/3130/4812077098152015?054/323/162185033342015?063/255/32536256843合計31/24674/33551974357407

4 改造效果

本次改造共增加2只調節閥、1臺換熱器、6只手動閥、2只流量變送器、600 m信號線纜等，設備采購和安裝費用合計為10.87萬元。改造于2015年6月完成，7月投入運行。從改造完成投入運行至今，洗氨后的高壓弛放氣中含氨體積分數維持在110×10-6以下，低壓不凝氣中含氨體積分數維持在0.017%以下，滿足設計指標要求。因高壓弛放氣和低壓不凝氣得到有效回收利用，噸氨消耗明顯下降，加熱爐天然氣消耗也明顯降低，改造后也無高、低壓洗氨泵備品備件及電耗等費用的產生，裝置運行成本得到有效控制。改造前后噸氨天然氣和原料氣消耗比較如表2所示。

圖2 改造后氨回收系統工藝流程

5 結語

通過改造，氨回收系統的安全性得到大幅提升，同時也減輕了操作人員和檢修人員的工作量，取得了較好的經濟效益和環保效益。

表2 改造前后噸氨天然氣和原料氣消耗對比

項目日期天然氣消耗/m3(標態)原料氣消耗/m3(標態)改造前2015?015．082475．12015?0228．902381．42015?0322．802455．62015?0414．802525．6改造后2015?101．202382．62015?110．102295．52015?122．702363．62016?011．082396．7