氨罐弛放氣中氨和氫氣綜合回收技術的應用

張 毅，劉萬超，齊云明

（安徽三星化工有限責任公司，安徽 渦陽 233610）

0 引 言

在國際經濟持續低迷，國內經濟錯綜復雜的形勢下，2012年我公司按照務實重干、穩中求進的工作思路，苦練成本內功，強化行業對標管理，突出技術改造降消耗；全年完成氨（醇）315kt、尿素336kt，氨（醇）耗原料煤1.093t／t、與上年相比下降39kg／t，噸尿耗電993kW·h、與上年相比下降23kW·h／t，取得多年來最好水平。

我公司氨罐弛放氣約2200m3／h，之前弛放氣中的氨采用二塔串聯間斷補水鼓泡吸收，吸收后的氨水送尿素工段進行解吸回收；經過氨回收工段吸收凈氨后的弛放氣，送入吹風氣余熱回收裝置進行燃燒，氫氣的價值沒有得到充分利用。為了進一步節能降耗，降低生產成本，我公司采用無動力氨回收與低壓膜技術相結合的工藝，回收利用氨罐弛放氣中氨和氫氣，該裝置于2012年7月投運，節能效果明顯。具體介紹如下。

1 工藝流程簡介

1.1 無動力氨回收工藝流程（圖1）

圖1 無動力氨回收工藝流程

從合成系統高壓膜提氫裝置來的提氫尾氣（1.9MPa），首先進入氨回收干燥系統，除去夾帶的水分后，進入第一高效換熱器，降溫后氣體進入第一分離器，溫度約－5℃以下氣體進入膨脹機膨脹，經膨脹機減壓后提氫尾氣溫度降至－50℃，再依次經過第三、第二換熱器，與氨貯槽來的弛放氣交換冷量后，尾氣進入膨脹機鼓風端后去燃燒系統。

由氨貯槽來的1540m3／h、2.2MPa弛放氣（氨含量18.96%），首先進入氨回收系統第二高效換熱器，與低溫氣體（膨脹后低溫提氫尾氣及液氨蒸發潛熱）進行冷熱交換，溫度降至－45℃后，進入第二氣液分離器，分離出大部分氨。分氨后氣體進入第三高效換熱器，氣體被低溫氣體（膨脹后低溫提氫尾氣、低溫弛放氣）進一步冷卻后，溫度降至－28℃后，進入第三氣液分離器，分離氨后的弛放氣氨含量在1.2%左右，氣體返回第三換熱器，交換冷量后，進入第一換熱器，冷卻膨脹機進口氣體后去低壓膜提氫系統。無動力氨回收裝置熱交換過程中，降低弛放氣溫度的冷量由高壓膜提氫尾氣壓頭推動膨脹機對外做功，降低提氫尾氣的焓值而得到。

分離器分離出的液氨匯合后，返回第二換熱器，進行蒸發吸熱，降低貯槽來弛放氣的溫度，蒸發后的氣氨去冰機系統回收利用（由此避免了對氨水進行解吸時的蒸汽消耗）。經核算，每天可回收氨5～6t。

1.2 低壓膜分離氫回收工藝流程（圖2）

圖2 低壓膜分離氫回收工藝流程

經過無動力氨回收裝置分離氨后的1200m3／h弛放氣，在2.1MPa（G）下進入低壓膜分離氫回收裝置。弛放氣先進入φ600mm氨洗塔，與從塔頂噴淋下來的水逆流接觸（洗滌），使進入膜分離器的氣體中氨濃度小于10×10－6，保證膜的正常使用。

水泵將1.5m3／h脫鹽水輸送至φ600mm氨洗塔頂部，氨洗塔采用一段噴淋、兩段吸收的方式。脫鹽水與弛放氣逆流接觸，洗去原料氣中含有的氨，濃度約10%的氨水作為尿素工段的工藝補水而進行利用。

弛放氣從氨洗塔出來，經氣液分離器將夾帶的霧滴除去；進入加熱器，通過蒸汽將弛放氣加熱到50℃左右，以保證進膜前的氣體遠離露點；加熱后的弛放氣進入精過濾器，把夾帶的微小霧滴及粉塵雜質除去后，進入膜分離器。膜分離器內部為中空纖維膜絲，原料氣從下端底面進入膜分離器，氫氣以較快的速率透過纖維膜絲，稱為滲透氣；擴散速率較慢的組分則滯留在纖維芯一側，稱為尾氣。通過膜分離器后的含氫85%～90%的滲透氣約500m3／h，作為合成氨原料氣回收利用；尾氣則送后工段燃燒。

2 工藝指標及運行情況（表1）

表1 低壓膜分離器運行情況

（1）無動力氨回收工藝指標

原料氣進口壓力 2.2～2.4MPa

原料氣出口壓力 ≥2.1MPa

系統出口氣體中NH3≤2%

系統出口產品氣氨壓力 ≥0.15MPa

（2）低壓膜分離氫回收工藝指標

原料氣壓力 2.1～2.4MPa

氨洗塔出口氣體NH3濃度 ≤10×10－6滲透氣中氫氣濃度 ≥85%

滲透氣中甲烷濃度 ≤9%

尾氣中氫氣含量 ≤10%

氫氣回收率 ≥90%

滲透氣壓力 ≤0.15MPa

3 經濟效益分析

氨罐弛放氣流量為1540m3／h（流量計計量）、氨含量19.96%，氨回收出口弛放氣氨含量1.2%；低壓膜進口原料氣流量1229m3／h，氫含量53.7%，低壓膜出口尾氣流量740m3／h（流量計計量），滲透氣氫含量91.74%，尾氣中氫含量11.18%。

（1）回收氨的效益（450元／t計） 1540m3／h×（19.96% －1.2%）÷22.4m3／kmol×17kg／kmol×7920h／a×0.001t／kg×450元／t＝78.14萬元／a。

（2）回收氫的效益 氫氣折標煤系數0.43 kg／m3，標煤以1100元／t計，則為（1229 －740）m3／h×91.74%×7920h／a×0.43kg／m3×0.001t／kg×1100元／t＝168.06萬元／a。

（3）氨回收裝置耗電費用 增壓機運行電流60A，功率因數0.9；電費以0.465元／（kW·h）計，則為×380V×60A×0.9×7920h／a×0.465元／（kW·h）＝13.09萬元／a。

（4）合計 綜合經濟效益為78.14＋168.06－13.09＝233.11萬元／a。

4 結 語

無動力氨回收與低壓膜裝置綜合應用回收氨罐弛放氣中氨及氫氣，目的在于降低蒸汽消耗、簡化工藝流程、減少維修量及設備占地面積，實現低成本回收氨罐弛放氣中的氫氣與氨。裝置投運后，經濟效益良好；受氨罐弛放氣及高壓膜提氫尾氣氣量波動的影響，操作調整頻繁。