合成氨廠氨回收裝置的優化節能改造

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(貴州開陽化工有限公司，貴州 貴陽 550300)

貴州開陽化工有限公司(以下簡稱開陽化工)合成氨生產規模為50萬t/a，氨庫工段設計2臺5 000m3液氨球罐，儲存條件為低壓常溫(4℃、0.4MPa(g))，儲存過程中閃蒸大量氣氨，原設計1套氨回收裝置用于回收液氨閃蒸氣和儲罐氣，氨回收裝置是利用氣氨極易溶于水和濃氨水在加熱狀態下極易揮發且氣氨在較高壓力下的冷凝溫度較低的原理，通過氣氨吸收、濃氨水精餾、氣氨冷凝的過程，達到回收的目的。根據生產需要，2014年底開陽化工增加3套液氨罐車充裝裝置，液氨充裝過程排放大量的閃蒸氣氨，也需要進行回收，導致氨回收裝置超負荷運行，閃蒸氣氨回收不完全，造成大量的浪費。2016年開陽化工新增一套氨水制備裝置，利用閃蒸的氣氨生產20%～30%的氨水，供熱電站煙氣脫硫、脫硝使用，富余的氨水外銷，對閃蒸氣氨回收起到一定作用，但因氨水制備裝置與氨回收裝置為并聯運行狀態，實際運行過程中仍存在一些問題。

1 氨回收裝置與氨水制備裝置并聯運行時存在的問題

改造前氨回收裝置與氨水制備裝置并聯運行工藝流程見圖1。

圖1 改造前氨回收裝置與氨水制備裝置并聯運行工藝流程

從氨庫來約2 400Nm3/h的閃蒸氣氨，一部分進入氨水制備吸收器，配制20%～30%的氨水，供熱電站煙氣脫硫及外銷；另一部分進入氨回收吸收塔吸收，氨水提壓送至精餾塔，經再沸器加熱蒸發，氣氨從塔頂逸出，經循環水冷凝為液氨，送至氨庫球罐儲存。經過一段時間運行，主要存在以下問題。

(1)氨水制備與氨回收并聯運行時，氣量分配不平衡，調節困難。氨水制備氣量大時，導致回收氣氨量較小，氨水濃度低，精餾塔壓力提不起來，塔底的稀氨水不能回到吸收塔進行循環吸收，塔頂蒸發的氣氨無法冷凝；氨水制備氣量小時，不能保證煙氣脫硫氨水濃度，脫硫排放指標超標，氨回收塔氨水濃度高，吸收效果不好，吸收塔頂排放的尾氣中氨含量高，經取樣分析達7%以上，造成浪費。另一方面，吸收塔氨水濃度高容易使氨水泵1氣蝕。

(2)經氨水制備吸收器吸收后的含氨尾氣直接放火炬燃燒，因循環吸收的氨水濃度較高(達26%以上)，所以吸收效果差，吸收后含氨尾氣中氨含量較高(達20%以上)，這部分氨未經回收直接排放火炬燃燒，浪費極大。

(3)氨回收精餾塔再沸器使用的加熱蒸汽為4.0MPa(g)、251℃的飽和蒸汽，加熱完后產生的冷凝液溫度高，因冷凝液管網溫度低，高溫冷凝液并管網時形成水擊，管道振動大，前期運行過程中，冷凝液均現場直接排放，造成極大浪費。

(4)在系統停車后的開車過程中，環保裝置煙氣脫硫需提前運行，這時氨庫沒有閃蒸的氣氨，無法向煙氣脫硫提供氨水。

(5)氨回收裝置因氨水濃度高、溫度高，氨水泵1經常夾氣，泵機械密封泄漏頻繁，使用壽命短，備件消耗量大，約一個月就需更換一次機械密封。

2 改造的實施過程

針對以上存在的5個問題，制定了改造實施方案，利用系統停車的機會，有針對性地對氨水制備及氨回收進行了改造。

(1)通過配管，將氨水制備吸收器吸收后排放的含氨不凝氣送至氨回收吸收塔進口氣氨管道，使氨水制備與氨回收形成串聯，氣氨經氨水制備吸收器吸收后，再經過氨回收吸收塔進行二次吸收，降低吸收塔氨水濃度，提高吸收塔的吸收效果，從而降低吸收塔頂放空氣中氨含量。

(2)將氨回收冷卻器出口的氨水一部分送至氨水制備吸收器，另一部分返回吸收塔循環吸收。這樣就能夠將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餾系統，節約蒸汽耗量和解決冷凝液現場排放浪費的問題。

(3)改造前，氨水制備裝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，會瞬間放出大量的熱，熱量無法完全充分移出，將造成設備振動及損壞，針對這種情況，我們在吸收器入口稀氨水管道上增加1臺液氨混合器，使液氨在混合器中均勻混合，然后再送入吸收器中配制成氨水，這樣就實現了在系統開車前即使沒有閃蒸氣氨的情況下，也能為煙氣脫硫裝置提供合格的氨水。改造后氨回收裝置與氨水制備裝置串聯運行工藝流程見圖2。

圖2 改造后氨回收裝置與氨水制備裝置串聯運行工藝流程

3 改造后運行效果

(1)改造后，氨水制備裝置與氨回收裝置實現串聯運行，氨水制備吸收器吸收后的尾氣全部送至氨回收吸收塔進行二次吸收，尾氣從塔頂排放至火炬燃燒。

停用回收精餾后放空氣氨含量對比見表1，從表1中可看出，尾氣中氨含量已降至0.08%以下，且尾氣放空氣無明顯氨味，改造前氨火炬燃燒的火焰是橘黃色，改造后已消除。

表1 停用回收精餾后放空氣氨含量對比

(2)氨水制備過程中氨水濃度比改造前穩定，不會出現大幅波動，調節更為方便，調節補水量時只需用遠控閥V1調節，減少大量的工作量。

(3)停運氨回收精餾系統，每小時節約4.9t 4.0MPa(g)飽和蒸汽，并解決了冷凝液因溫度高不能并管網，導致現場排放的問題。

(4)改造后，回收吸收塔吸收后的氨水濃度低于5%、氨水溫度低，改善了氨水泵1的工作條件，延長了氨水泵機械密封的使用壽命，改造后氨水泵連續運行4個多月未出現問題。

(5)改造后，實現了在合成系統開車前，利用液氨配制合格氨水供煙氣脫硫提前使用，保證環保指標達標排放。

4 經濟效益及社會效益分析

4.1 經濟效益

4.1.1 放空尾氣中氨回收量

按照氨水制備氣氨量1 200Nm3/h、氨回收氣氨量1 200Nm3/h計算：氨水制備放空尾氣量約400Nm3/h，其中氨含量23%，其余為H2、N2，每小時放空氣中的氨=400×23%=92Nm3/h，按1年運行8 000h計算，92×8 000=736 000Nm3/a，氨回收放空尾氣量約250Nm3/h，其中氨含量7.25%，其余為H2、N2，每小時放空氣中的氨=250×7.25%=18.125Nm3/h，按1年運行8 000h計算，168×8 000=145 000Nm3/a。年合計氣氨量=73 600+145 000=881 000Nm3/a。

換算為液氨：

節約881 000×17/(22.4×1 000)≈668.6t/a

液氨價格按3 600元/t計算，668.6×3 600≈240.7萬元/a

4.1.2 節約蒸汽量

中壓飽和蒸汽價格按110元/t計算，氨回收耗蒸汽4.9t/h，按1年運行8 000h計算：

可節約4.9×110×8 000=431.2萬元/a

4.1.3 年總經濟效益

改造后，從放空尾氣中氨回收及節約飽和蒸汽用量的總經濟效益=240.7+431.2=671.9萬元/a。

4.2 社會效益

(1)因氨水制備裝置與氨回收裝置吸收不完全，造成大量含氨尾氣放火炬燃燒，但因量大而燃燒不完全，部分尾氣未經燃燒排放至大氣，造成周圍大氣污染，對周圍的生態環境和居民造成影響，改造后，放空尾氣中的氨得以有效回收，解決了火炬排放有毒有害氣體的問題，社會效益和環保效益明顯。

(2)改造后，制備的氨水濃度穩定、產量增加，為熱電鍋爐煙氣脫硫、脫硝提供吸收劑，使得單位煙氣達標排放。另外，富余的氨水外銷給周圍火電廠，用于煙氣脫硫、脫硝， 為周邊環保工作作出了積極的貢獻。

5 結語

液氨在儲存過程中，均會產生大量的閃蒸氣及儲罐氣，合成氨廠都必須充分考慮這部分放空氣的回收利用，實現有毒有害氣體零排放，提升裝置的環保性能和經濟效益，并針對現有生產裝置，深入挖潛，尋找每一個可以利用的資源，在工藝上有所改善，在設計上有所創新，達到節能降耗的目的，實現企業可持續發展，提高企業經濟效益。