提高馳放氣綜合利用的效益

侯杰

摘 要：介紹了合成氨裝置馳放氣產生的原因、特點，著重描述了馳放氣氨回收的主要方法：氨水循環洗法。結合我廠生產的實際情況論述了在我廠加裝馳放氣氫回收裝置的重要性，介紹了現今在馳放氣氫回收中使用最廣泛的膜分離法的原理和相關流程，著重描述了加裝馳放氣氫回收裝置后可能帶來的巨大經濟效益。

關鍵詞：馳放氣;綜合利用;效益

中圖分類號： TQ223.12 ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）30-17-2

0 ?引言

塔西南化肥廠，設計氨產量為20wt/a，運行過程中產生3.3-3.5t/h的馳放氣。在馳放氣中含有甲烷、氫氣、氨氣、氬氣、氮氣等成分，采用氨水循環洗法回收馳放氣中的氨，洗滌尾氣再用于轉化工序輔助燃燒。

1 ?馳放氣的概況

1.1 馳放氣的定義

合成氨放氣是在生產中，不參與合成反應的氣體或因品質過低不能利用，在設備或管道中積聚而產生的氣體。

1.2 馳放氣的排放

高壓馳放氣的排放應選擇在惰性氣體含量最高和氨含量最低的位置，這樣放空的損失最小。但同時滿足著兩個條件卻有矛盾，因為惰性氣體含量最高的位置在合成塔后和新鮮氣補入之前，而該處恰又是氨含量最高，氨含量最低的位置在氨分離之后而那里卻已補入新鮮氣。權衡得失，大型氨廠一般采用前一種做法。K型廠排放點在合成塔后。

我廠合成裝置采用的是美國凱洛格工藝（K型），該工藝在正常生產中主要從三個地點排放馳放氣：液氨排放罐（107-F）、氨受槽（109-F）、組合式氨冷器（120-C）。

1.3 馳放氣的成分

1.4 馳放氣的作用

馳放氣在合成氨裝置生產中最主要作用便是調節合成塔內的反應情況。在合成反應中惰性氣體對平衡氨含量有明顯影響。由于惰性氣體不參與反應，在循環過程中愈積愈多，它們的存在降低了氫、氮氣的有效分壓，從壓力對反應平衡的影響可知，壓力下降，會使氨的平衡含量下降。因此，應該盡可能降低混合物氣體中惰性氣體的含量。降低惰性氣體的方式便是放空一部分循環氣體，使惰性氣體保持穩定值。

根據我廠的實際生產需要，馳放氣的排放量一般維持在3.3-3.5t/h。

1.5 馳放氣氨回收的意義

由表1可知，馳放氣中含有多種易燃易爆、有毒有害性氣體，馳放氣的直接排放不僅會造成環境的污染還會造成資源的浪費，這些都決定了馳放氣是絕對不能隨意排放的。

合理利用馳放氣的辦法主要是采用深冷分離或變壓吸附法等，氫重新用作合成氨原料，甲烷送作燃料，另外還可以生產純氮和極有用的純氬、氦、氪、氙等稀有氣體。有人做過統計馳放氣綜合利用的價值比單純做燃料可提高約28倍。

以氨為例，氨是合成裝置的主要產品，大量排放氨將會造成產品的浪費和環境的污染。若燃料氣中含有CO2，直接將氨與燃料氣混合送往一段爐燃燒則有在燒嘴處生成氨基甲酸銨（NH2COONH4）結晶而堵塞燒嘴的可能。

綜合利用馳放氣不僅可以減少浪費增加產量，還可以減少對環境的污染，可謂一舉數得

2 ?氨水循環洗法

鑒于我廠合成氨裝置現采用氨水循環洗法回收弛放氣中的氨，故結合我廠氨回收裝置現狀闡述氨水循環洗法[1]。

2.1 氨水循環洗法原理

弛放氣中含有一定濃度的氨，首先用水在馳放氣洗滌塔中把弛放氣中的氨吸收，變成一定濃度的氨水，再在氨蒸餾塔中用蒸汽將氨水中的氨蒸餾出來，經冷凝成液氨送氨受槽。

2.2 氨水循環洗法流程

氨水循環洗法具體流程示意圖見下（圖1）：

圖1

來自120-C的高壓馳放氣進入噴射器117-L，與來自107-F和109-F的低壓馳放氣混合，混合后進入103-E。馳放氣自下而上通過103-E與自上而下來自104-E的洗滌水相遇，其中的氨被洗滌水吸收。洗滌后的馳放氣到燒嘴燃燒。

出103-E的溶液含大約6-8%的氨，經161-C換熱器管程進入104-E。在104-E內部高濃度氨水經160-C加熱氣化形成氣氨，進入127-C冷凝回收。

2.3 氨回收的經濟效益

由（表1）可以計算出在正常生產中每小時隨馳放氣帶出合成系統的氨的量：

120-C ：131.9kg/h;

107-F： 13.15kg/h;

109-F： 4.79kg/h;

共計：149.84 kg/h。

按照送往一段爐燃燒的馳放氣中氨含量為1%。假定總流量、平均分子量不變的情況下，送往一段爐燃燒的弛放氣中的氨含量為：（表2）

由表2可得，我們每小時就可回收149.84-60=89.84kg

的氨，按每年生產時間為330天計算就可以多回收711噸氨。2016年4月全國液氨價格在2180-2280元之間，以2200元計算，711噸氨價值156萬元。

3 ?馳放氣中氫氣的回收

3.1 我廠添加馳放氣氫回收裝置的必要性

由表2可知，我廠排放的馳放氣中屬于無用組分的惰性氣體所占比例并不大，而合成工段最重要的原料——氫氣卻占了總量的一半以上，在未回收氫氣的情況下就將馳放氣送往一段爐燒掉是一種極大的浪費。

對于氫的回收，主要有低溫冷凝法、變壓吸附法和膜分離法等，下面僅對技術成熟、性價比較高的膜分離法進行介紹。

3.2 膜分離法氫回收裝置流程

膜分離氫回收裝置分為氨回收和膜分離兩部分。馳放氣先進入脫氨塔，在洗氨塔中與循環洗滌水泵打入的循環水逆向接觸，馳放氣中的氨被洗滌水吸收后變成氨水，在洗氨塔底部排出。脫氨后的氣體由洗氨塔頂部進入氣液分離器，將多余的水汽分離排除。

但是由于水洗過程是同時一個氣液平衡過程，這使的洗氨塔頂部排出的氣體中含有的水屬于飽和狀態，在處理過程的后端遇冷就會凝結成液態水，然而影響膜分離效果最關鍵的便是原料氣不能帶水，帶水會嚴重影響分離效果。所以從氣液分離器分離出的氣體必須經過預先加熱。

經氨回收處理過的原料氣進入膜分離裝置進行氫氣分離。膜分離器是一個含有多組膜分離器整合而成的裝置，可以單獨切出某一個膜分離器，方便維修與更換。通過控制原料氣的氣量和進入膜分離器數量來調節氫回收的純度和效率。原料氣進入膜分離器后，特制的薄膜有選擇性的只允許氫氣通過，膜內側形成氫氣富集區外側則是雜氣富集區。氫氣經壓縮后進入合成塔反應，廢氣供燃燒。

由于我廠已有馳放氣氨回收裝置，所以可以在已有裝置的基礎上直接加裝膜分離裝置，從而降低基建費用。

3.3 加裝氫回收裝置后可產生的經濟效益

根據（表1）可計算出在正常生產中每小時隨馳放氣帶出合成系統的氫氣的量為234.27kmol，按90%的回收率，可回收210.84kmol氫氣，按每年生產時間為330天計算，可回收1669844kmol氫氣，折合3740萬Nm3。這些氫氣如果全部用來生產氨，可生產18924噸氨。2016年4月全國液氨價格在2180-2280元之間，以2200元計算，18924噸氨價值4163萬元。

由此可以看出，回收氫氣甚至比回收氨所產生的經濟效益還要巨大。

參 考 文 獻

[1] 塔西南化肥廠20萬噸/年合成氨裝置操作規程[J].2010.

[2] 李坤，王敏，高玉林，張濤.合成氨廠膜分離氫回收裝置運行問題及改造[J].中氮肥，2010.