尿素合成氨裝置工藝?yán)淠褐邪睖y定方法的探討

薛亞萍

摘 要：隨著國家資源稅和排碳稅的開征，節(jié)能減排成為合成氨尿素生產(chǎn)企業(yè)生存發(fā)展的重要出路。測定合成氨生產(chǎn)過程中的工藝?yán)淠旱幕厥绽檬且豁?xiàng)很重要的節(jié)能措施。但是合成氨系統(tǒng)的冷凝液往往由于管壁滲漏，使少量氨以游離狀或銨鹽形式存在于冷凝液中。而為了確保合成氨系統(tǒng)工藝?yán)淠夯厥昭b置回收的工藝?yán)淠翰挥绊懞罄m(xù)工序的正常運(yùn)行，工藝?yán)淠褐邪钡入s質(zhì)的含量必須控制在一定的范圍內(nèi)，因此精確測定冷凝液中氨含量是回收利用冷凝液的先決條件。測定工藝?yán)淠褐邪彪x子用選擇電極等測定法，該方法在工藝中受溫度、壓力和膜頭密封等因素的影響使其不能正常與運(yùn)行、且儀器價(jià)格昂貴。采用電導(dǎo)率和氨根離子之間的濃度關(guān)系諾模圖快速準(zhǔn)確地反映合成氨冷凝液濃度值，滿足合成氨冷凝液回收裝置的運(yùn)行要求。

關(guān)鍵詞：尿素合成氨裝置工藝；冷凝液；氨；測定方法；探討

隨著國家正在制定的資源稅和排碳稅的開征，節(jié)能減排必將成為合成氨、尿素生產(chǎn)企業(yè)生存和發(fā)展的核心所在。國家啟征資源稅和減排CO2稅是時(shí)代的必然。氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位；同時(shí)也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70%的比例，稱之為化肥氨；同時(shí)氨也是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占30%的比例，稱之為工業(yè)氨。未來合成氨技術(shù)進(jìn)展的主要趨勢是大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運(yùn)行。

1 世界合成氨技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展

1.1 傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝階段

從20世紀(jì)20年代世界第一套合成氨裝置投產(chǎn)，到20世紀(jì)60年代中期，合成氨工業(yè)在歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)已發(fā)展到了相當(dāng)高的水平。美國Kellogg公司首先開發(fā)出以天然氣為原料、日產(chǎn)1000t的大型合成氨技術(shù)，其裝置在美國投產(chǎn)后每噸氨能耗達(dá)到了420GJ的先進(jìn)水平。Kellogg傳統(tǒng)合成氨工藝首次在合成氨裝置中應(yīng)用了離心式壓縮機(jī)，并將裝置中工藝系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了裝置的單系列大型化（無并行裝置）和系統(tǒng)能量自我平衡（即無能量輸入），是傳統(tǒng)型制氨工藝的最顯著特征，成為合成氨工藝的經(jīng)典之作。之后英國ICI、德國Uhde、丹麥Topsoe、德國Braun公司等合成氨技術(shù)專利商也相繼開發(fā)出與Kellogg工藝水平相當(dāng)、各具特色的工藝技術(shù)，其中Topsoe、ICI公司在以輕油為原料的制氨技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。這是合成氨工業(yè)歷史上第一次技術(shù)變革和飛躍。傳統(tǒng)型合成氨工藝以Kellogg工藝為代表，其以兩段天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)，包括如下工藝單元：合成氣制備（有機(jī)硫轉(zhuǎn)化和ZnO脫硫+兩段天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化）、合成氣凈化（高溫變換和低溫變換+濕法脫碳+甲烷化）、氨合成（合成氣壓縮+氨合成+冷凍分離）。

1.2 低能耗制氨工藝

能耗制氨工藝技術(shù)主要以節(jié)能降耗為目的，立足于改進(jìn)和發(fā)展工藝單元技術(shù)，其主要技術(shù)進(jìn)展包括：①溫和轉(zhuǎn)化。一段轉(zhuǎn)化爐采用低水碳比、低出口溫度、較高的出口CH4含量操作，將負(fù)荷轉(zhuǎn)移至二段轉(zhuǎn)化爐；同時(shí)二段轉(zhuǎn)化爐引入過量空氣，以提高轉(zhuǎn)化系統(tǒng)能力；②燃?xì)廨啓C(jī)。使用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)，并與一段轉(zhuǎn)化爐緊密結(jié)合；③低熱耗脫碳。采用低熱耗Benfield或a-MDEA脫碳，以降低能量消耗。

2 用電導(dǎo)率自定義曲線反映氨濃度值

①經(jīng)實(shí)驗(yàn)室多點(diǎn)分析合成氨正常生產(chǎn)中冷凝液電導(dǎo)率在0.6-0.9us/cm之間。在發(fā)生氨泄漏時(shí)工藝?yán)淠弘妼?dǎo)率會(huì)急劇上升，此時(shí)電導(dǎo)率的變化能及時(shí)反映氨的泄漏濃度（實(shí)驗(yàn)室已證實(shí)）。合成氨工藝?yán)淠旱碾妼?dǎo)率是一個(gè)容易測量，準(zhǔn)確度很高的數(shù)據(jù)，儀表的價(jià)格也低。因此只要測出一個(gè)正確的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算或根據(jù)曲線，表格進(jìn)行查找，就可以很方便的得到氨濃度的數(shù)據(jù)，并且電導(dǎo)率分析儀可以靈活的進(jìn)行在線校正，進(jìn)一步提高測量的準(zhǔn)確度；②由于電導(dǎo)率受溫度的影響比較大，水樣溫度升高時(shí)，電導(dǎo)率上升；水樣溫度降低時(shí)，電導(dǎo)率下降。電導(dǎo)率分析儀具有在線溫度補(bǔ)償功能，使其補(bǔ)償溫度為25℃，氨的電離是在25℃時(shí)候的數(shù)據(jù)，因此電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)也應(yīng)該是同一溫度下的數(shù)據(jù)；③實(shí)際驗(yàn)證過程中，在實(shí)驗(yàn)室測量5組濃度值，根據(jù)公式求其對應(yīng)的電導(dǎo)率，同時(shí)對溫度變化的影響進(jìn)行校正，就會(huì)得到一個(gè)濃度和電導(dǎo)率的對應(yīng)關(guān)系，將此關(guān)系在電導(dǎo)率的自定義曲線中輸入，就制作成了一個(gè)諾模圖；④電導(dǎo)率測量的優(yōu)點(diǎn)有：a.測量電極是流通池安裝，拆卸方便，便于清洗和校準(zhǔn)；b.測量電極的耐高溫為80℃、耐壓為5MPa，完全能達(dá)到合成氨工藝的要求；c.維護(hù)成本低，正常測量電極使用壽命是1年左右，并且該表的價(jià)格低，在使用性、可行性和經(jīng)濟(jì)性上都有很大的改就進(jìn)。

3 結(jié)束語

合成氨生產(chǎn)過程產(chǎn)生的工藝?yán)淠旱幕厥仗幚恚约肮に嚴(yán)淠粗写嬖诓荒鼙浑x子交換劑脫除的微量雜質(zhì)是否在鍋爐內(nèi)累積和生成酸性物質(zhì)，目前仍存在不同的爭議，就冷凝水中NH3對銅材質(zhì)凝汽器的腐蝕和合成氨裝置廢水外排量水質(zhì)達(dá)標(biāo)一直是個(gè)爭論的問題。此項(xiàng)技改的成功為工藝提供了可靠的依據(jù)，使得污水處理站負(fù)荷減低，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，對同類生產(chǎn)工藝具有一定借鑒作用。

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