氨吸收制冷工藝的優勢及其在煤化工中的應用

蔡業華

摘 要：近年來國內化工行業飛速發展，企業要做好化工項目，在設計初期就必須要科學合理的選擇工藝路線，確保技術方案合理、經濟效益達到最優化，從而提升化工項目的市場競爭力。本文結合筆者實際研究，分析了氨吸收制冷工藝的主要優勢，并探討了其在煤化工中的應用及其能耗，以期為化工制冷方案設計帶來一定的參考。

關鍵詞：氨吸收制冷；技術優勢；煤化工

1 氨吸收制冷工藝的優勢

1.1 節省電能

普遍選擇的壓縮機式制冷設備采用100%電力或中壓蒸汽當作是驅動能源，而余熱吸收式制冷僅僅使用10%的電能當作是驅動能源，除此之外90%驅動能源基本來自熱能，包含了余熱、蒸汽、加壓熱水以及煙氣等。以蒸發溫度-38℃，負荷28.2×106J/h（7800kW）的壓縮制冷以及吸收式制冷工藝為例，能源消耗情況如下表1所示。

從上表1中能夠了解到，氨吸收制冷的循環水消耗為壓縮制冷工藝的2倍左右，但需要關注的是，若在設計蒸汽透平壓縮機表冷器冷卻水的過程中，將脫鹽水預熱時所代替工業冷卻水量減去，則綜合用冷卻水量必然會在很大程度上降低。同時，壓縮制冷汽輪機通常會消耗較多中壓蒸汽，若將這部分中壓蒸汽用于發電，能夠產生4598kW的電量，因此可以得出，壓縮制冷工藝的電耗量相當于氨吸收制冷工藝的12倍左右。氨處于負壓環境下蒸發制冷轉化為氨蒸汽后，可不選擇壓縮機進行壓縮，選擇稀氨水吸收的措施。首先把氨蒸汽通過低壓兩級吸收轉化為15%左右的氨水，隨后經再吸收器，把氨水濃度增加到40%，最后通過精餾塔轉化為99%純液氨以循環使用，如此能夠省電節能。

1.2 利用余熱資源，節能降耗

對于氨吸收制冷工藝來說，能夠直接選擇粗煤氣余熱當成為熱源，從而代替低壓蒸汽為精餾系統供熱。以年產量30萬t合成氨系統計算，粗煤氣總量15600m3，入口溫度180℃，出口溫度124℃。由粗煤氣余熱能夠帶來38938kW（66.16t/h的低壓蒸汽）的熱量。換句話說，在轉換后的粗煤氣冷卻時，有38938kW的熱量無需冷卻介質，將這些熱量直接轉移到氨的蒸發過程中。所以選擇粗煤氣的余熱當成是熱源不但能夠節省氨蒸汽所需的蒸汽，同時也能夠降低冷卻介質的用量。

2 氨吸收制冷工藝在煤化工中的應用及耗能分析

氨吸收制冷工藝在很大程度上依靠了氨的潛熱大以及極易溶于水這兩大特性，其工藝是借助于液氨易發揮與汽化潛熱大的特征，在揮發狀態下吸收大量熱量，進而實現制冷，在揮發壓差的作用下促進揮發速度的提升，能夠有效增強制冷效率。揮發的氣氨借助于極易溶于水的特性，把氣氨轉化成氨水，隨后應用精餾原理把氨水轉化成99.8%濃度的液氨實施制冷。在這一工藝流程中所消耗的能量如下：

①精餾消耗蒸汽0.3到0.5MPa，主要消耗化工企業依靠余熱產生的工業利用率相對較低的蒸汽；②氣氨吸收與精餾狀態下冷卻所消耗的循環水以及一次水；③氨水泵所需的電能。氨吸收制冷工藝的冷量設計總量22.57×106kJ/h，在全負荷情況下每小時能夠制造液氨31.5m3/h，完全能夠滿足60000m3（標）/h與年產24萬t甲醇的脫碳系統的制冷需要。

氨吸收制冷系統設計最大消耗量如下：①電消耗量：160kW/h；②蒸汽消耗量：23500m3/h；③一次水消耗量：470m3/h；④循環水消耗量：2000m3/h。

相同狀態下冰機消耗如下：①電消耗量：約1500kW/h，②循環水消耗量：1000到15000m3/h。

通過對比上述數據能夠了解到，氨吸收制冷工藝的明顯優勢在于節能，尤其是電力能源的消耗量，每小時電耗僅僅是冰機的10%。整個制冷系統的蒸汽消耗是化工企業回收系統預熱形成的低品位蒸汽，其本身就不具備較高的利用價值，借助于氨吸收制冷系統能夠有效實現能量與冷凝液回收利用的目的。氨吸收制冷系統消耗的一次水通過換熱僅僅是溫度增加，本身特性并未發生變化，后續還能夠作為脫鹽水以及循環水補水，另外在實際的制冷作業中，外部環境溫度會對制冷系統產生一定影響，溫度相對較低時制冷所需能量會進一步下降，因此氨吸收制冷工藝更加適用于我國北方地區的化工企業。

3 結語

氨吸收制冷工藝具備較強的節能和環保性，同時其流程簡單，非常適合化工行業制冷需求，它在很大程度上利用了氨這一制冷劑的特性，讓其在能量轉化時達到最佳效果，另外還可以將化工企業所富余的低品位蒸汽余熱更好的利用起來，對于國內化工企業生產環保、節能降耗而言擁有非常好的推廣價值，在能源逐漸緊缺與環保工作深入推進的今天，氨吸收制冷工藝具有非常廣闊的應用前景。

參考文獻：

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