合成氨工業氨尾氣處理方法研究

徐魁章

摘 要：合成氨裝置尾氣的綜合回收利用既能達到增產降耗、提高經濟效益的目的，又能有利于環境保護，即變廢為寶。對合成氨尾氣的綜合回收利用的研究具有十分重要的意義。基于此，本文主要對合成氨工業氨尾氣處理方法進行分析探討。

關鍵詞：合成氨；工業氨；尾氣處理方法

隨著生產裝置能力的大幅度提升，合成氨生產過程中尾氣的綜合回收利用，得到了高度關注，其回收利用方式方法也逐步并得到完善，運行好這些尾氣回收流程，對降低生產消耗和環境保護都是非常有利的。

1 合成氨尾氣回收利用的新工藝及特點

1.1 氨合成系統吹除氣中的氫和氨回收利用-普里森

目前，用于回收氫氣的方法有中空纖維膜分離法、變壓吸附分離器法和深冷分離法。其具有良好的選擇性滲透特性。它充分利用各種氣體分子的滲透速率不同，來實現不同氣體的分離與回收。由于氨對普里森膜具有很大的危害（中空纖維絲暴露在200cm3/m3以上氨的氣氛中會失效），所以合成吹除氣在進入膜分離之前，利用高壓水洗滌先除去。吹除氣中的氫氣、氮氣、甲烷、氬氣的滲透速率，按從大到小排序為氫氣、氬氣、甲烷、氮氣，所以氫氣率先滲透出來，該裝置氫回收率高達95%，氫氣純度達到90%以上。

通過普里森膜分離得到的氫，返回到氫氮氣壓縮機高壓機入口，加壓再返回合成系統繼續反應生成氨，同時得到的稀氨水送入氨庫稀氨水罐貯存。這樣不但可以改善環境，而且也讓有效氣體得到高效利用。

普里森回收裝置生產流程：合成吹除氣壓力由20～28MPa降到10MPa左右進入高壓吸氨塔，吹除氣與高壓水泵送來的冷脫鹽水逆流接觸洗去氣相中的氨，使出塔氣體中氣相的氨濃度降至≤5×10-6；經分離器后，再經蒸汽間接加熱至高于飽和溫度10～15℃，保證氣相中無液態水后，方可進入普里森膜。在壓力差作用下將氣體分離成滲透氣和非滲透氣兩部分：滲透氣（即產品氫）的壓力約1.6MPa，送往高壓機入口加壓送合成繼續生產氨。非滲透氣的壓力約2.0MPa，降低壓力后送兩個轉化工序做燃料；非滲透氣一側新增一路（或）減壓到無動力氨回收做動力氣。普里森氫回收裝置既能回收合成吹除氣中的氨，又能回收得到高濃度的氫，一舉兩得，只不過回收得到的稀氨水濃度不高，一般送氨庫進行尾氣吸氨塔循環提濃。

1.2 液氨中間罐和貯罐尾氣中氨的回收利用-無動力氨

合成氣體則會在高壓下溶解在液氨中，隨液氨分離系統離開合成工序，在減壓后從液氨中間罐和貯罐中解析出來，該馳放氣中含有氫、甲烷、氮、氬、氨等氣體。主要靠無動力氨回收技術來實現回收馳放氣中的氨。該技術工作原理是根據氨合成馳放氣中各組分間沸點的差異而實現氨的分離和回收的。

無動力氨回收裝置生產流程：

①氣體軸承透平膨脹機的軸承氣流程：普里森來的非滲透氣經過減壓閥和軸承氣過濾器后壓力穩定在0.5～0.7MPa，進入膨脹機形成氣膜“潤滑”膨脹機軸承，然后與制動氣匯合去尾氣燃燒；

②非滲透氣和分氨尾氣的膨脹制冷：首先是普里森來的非滲透氣經過硅膠干燥后，進一級熱交換器預冷，然后去1#、2#膨脹機組膨脹制冷；其次是馳放氣分離液氨后的尾氣（稱為“分氨尾氣”）回收冷量后再通過3#、4#膨脹機組（只作通道用），這兩股膨脹制冷后的低溫氣體匯合后進入二級熱交換器和一級熱交換器提供冷量，然后再去膨脹機做制動氣，最后變為低壓尾氣送新老轉化崗位燃燒；

③馳放氣中氨的冷凝：液氨中間罐和液氨儲罐的弛放氣匯合后進入油水分離器，再進入一級熱交換器和二級熱交換器逐級冷卻，溫度逐漸降低，此時馳放氣中的氣氨冷凝為液氨，液氨分別在一級氣液分離器和二級氣液分離器中分離，分離液氨后的分氨尾氣進入3#、4#膨脹機組；二級分離出的液氨減壓節流返回二級熱交換器，并與一級分離出的液氨減壓后匯合，進入一級熱交換器進行蒸發，變為低壓氣氨，低壓氣氨回收冷量后出換熱器組，低壓氣氨送入氣氨管內。

2 合成氨尾氣回收利用存在問題及對策

2.1 普里森氫回收率有待提升

隨著160kt/a生產能力的形成，合成吹除氣量明顯增加，這樣普里森高壓洗氨塔的能力就不足；加之普里森氫回收裝置中的4寸膜，在損壞后，一直單獨使用8寸膜，隨著負荷的增加，吹除氣量進一步增大，單獨使用這根已損壞的8寸膜不能保證回收氫量，將導致合成壓力的上漲，消耗增加，于是完成8寸膜的更新工作，4寸膜有待更新。

2.2 稀氨水濃度提升

普里森高壓洗氨塔和尾氣吸氨塔回收得到的氨水濃度都比較低，特別是普里森吸氨塔最低，若將這部分直接送公司聯堿廠淡液蒸餾塔回收氨，蒸汽消耗大幅度上升。因此，在合成氨廠實施稀氨水在氨庫尾氣吸氨塔內循環提濃，有利于降低稀氨水回收的脫鹽水消耗和氨回收的蒸汽消耗。

3 結語

合成氨尾氣采用普里森膜氫回收裝置和無動力氨回收裝置，使得尾氣價值得到充分利用，二者工藝流程簡單，操作靈活，設備少，占地小，運轉設備少，便于維護。而且這兩套回收裝置，臨時故障根本不影響合成氨大系統的穩定運行。實施上述一系列的合成氨尾氣回收措施后，合成氨尾氣綜合利用取得了顯著效果，既能提高氨產量，又能有效降低合成氨生產成本，同時也減少了尾氣燃燒后排入大氣帶來的污染（NOx），經濟效益和社會效益實現了“雙豐收”。

參考文獻：

[1]胡耀強，何飛，韓建紅.天然氣脫水技術[J].化學工程與裝備，2013（3）：151-153.