天脊集團氨回收裝置優化改造

王 帥

（天脊煤化工集團股份有限公司，山西 長治 047500）

1 氨裝置概述

天脊集團合成氨裝置設計能力為年產45 萬t 合成氨，合成氨系統正常運行時，系統多處會釋放含氨氣體,原先采用的方式是將含氨氣體匯集至氨火炬后，由氨火炬直接排放至大氣，隨著環保意識的增強，公司投入大量資金建設環保設施，其中氨回收系統和氨火炬馳放氣回收裝置陸續建成投用，它們目前正在發揮著極其重要的環保作用。

合成氨裝置生產過程中多處釋放的含氨氣體，公司采用的技術是通過氨回收系統實現其回收再利用，其中，氨火炬管網中持續排放的含氨氣體，經過氨火炬馳放氣回收裝置將含氨氣體進行洗滌，其后經過氨回收系統進一步處理，達到氨氣有效回收，提高經濟及環保效益。

氨火炬馳放氣回收裝置起初投運時，氨火炬出口氨質量濃度由原來的大于10 000 mg/m3下降至小于100 mg/m3，該裝置對氨火炬管網中含氨氣體回收效果較顯著。但在生產過程中發現，因裝置本身設計處理能力有限，生產運行出現許多問題，亟待解決，技術人員考慮對裝置進行優化改造。

2 合成氨系統工藝流程簡述

煤在魯奇爐中加壓氣化后，生成的粗煤氣經過一氧化碳變換并降溫后，送至低溫甲醇洗裝置除去粗煤氣中的二氧化碳及硫化氫，所需的冷量由氨制冷裝置提供。除去二氧化碳及硫化氫的粗煤氣經過液氮洗或者變壓吸附裝置進一步除去氣體中所含的一氧化碳，分離出合格的氫氣。然后將氫氣配入一定比例的氮氣送至氨壓縮機，經過壓縮后送至氨合成塔，在高溫高壓及催化劑的作用下反應生成氨。產出的液氨一部分送至后系統作為原料繼續加工，另一部分送至氨庫貯存。氨庫由一個常壓氨儲罐和一個常溫氨儲罐組成。為了維持常壓氨庫壓力，常壓氨庫配備有一套降壓裝置（冰機）。常溫氨儲罐的壓力由放空調節閥自動控制。外購液氨可通過卸氨站臺，將槽車中的液氨送入氨管網，從而平衡后系統液氨需求量。氨合成單元生產中所產生的馳放氣及閃蒸氣送入氨回收系統進行氨的回收。排入氨火炬中的氣體由氨火炬馳放氣回收裝置有效分離后，再送入氨回收系統進一步回收。

2.1 氨回收系統

氨回收系統主要包含馳放氣洗滌塔、閃蒸氣洗滌塔以及氨水精餾塔，隨著環保需要，后增加了氨火炬馳放氣回收裝置，并入氨回收系統。主要工藝流程為：來自氨壓縮機入口循環段的持續排惰氣進入馳放氣洗滌塔由下而上與塔頂自上而下的鍋爐水在填料層充分接觸，將氣體中的氨溶于水中，剩余氣體（主要成分為氫氣、氮氣）通過塔頂，送至低溫甲醇洗回收利用，洗滌下的氨水送入精餾塔精餾；同樣來自氨合成裝置閃蒸罐的閃蒸氣進入閃蒸氣洗滌塔由下而上與塔頂自上而下的鍋爐水在填料層充分接觸，將氣體中的氨溶于水中，剩余少量氣體（主要成分為氫氣、氮氣）通過塔頂，送至燃料氣管網，洗滌下的氨水送入精餾塔精餾。氨水精餾塔將稀氨水通過精餾分離，使氨和水得到徹底分離，塔頂氣氨經冷凝后送入液氨管網，塔底分離出的鍋爐水用于對馳放氣洗滌塔、閃蒸氣洗滌塔進行循環洗滌。氨火炬馳放氣中的氨經過氨火炬馳放氣回收裝置處理后，再通過氨水精餾塔進一步處理后并入氨管網回收。氨回收系統流程簡圖如圖1 所示。

2.2 氨火炬馳放氣回收裝置

為了將氨火炬馳放氣中的氨進行回收，增加了氨火炬馳放氣回收裝置。設備主要包含馳放氣洗滌罐及氨水泵。

2.2.1 簡圖及流程簡述

含有氨氣的氨火炬馳放氣進入到洗氨罐中部，在填料層與噴淋的鍋爐水逆流接觸進行洗滌，洗滌后的氣體依次經氣相換熱器換熱、除沫器降溫脫水后進入氨火炬管網；洗氨罐洗滌下的氨水用氨水泵泵入氨回收裝置，洗氨罐的液位由遠傳液位調節閥門控制，根據需要可以將部分洗滌下的氨水回流至洗氨罐進行二次洗滌。氨火炬馳放氣回收裝置流程簡圖如圖2所示。

2.2.2 氨火炬馳放氣氣體來源

1）常壓氨庫降壓裝置（冰機）啟動后冷凝系統產生的不凝氣體。其成分大部分為純氨氣以及少量氮氣。

2）常溫氨儲罐泄壓排放氣。當常溫氨儲罐壓力高時，通過調節閥自動泄壓產生的氣體。其成分基本為純氨氣。

3）卸氨站臺氨槽車的泄壓氣體。只有卸氨結束時，氨槽車泄壓才會產生的排放氣，其成分大部分為氮氣，含有少量氨氣。

4）氨制冷裝置冷凝系統的持續排惰氣體。其成分大部分為純氨氣，以及少量氮氣。

3 存在問題

1）在夏季由于環境溫度高，常壓氨庫降壓裝置（冰機）啟動頻繁，氨制冷裝置冷量需求量大，造成氨火炬馳放氣量偏大，氨火炬出口氣體中氨質量濃度顯著增高（大于100 mg/m3），不僅不能實現馳放氣中含氨氣體全部回收，還污染環境。

2）由于負荷高，洗滌罐氣相出口溫度偏高，將部分水帶至氨火炬管網，造成氨火炬管網積水，氨火炬管網背壓升高，給上游各裝置帶來了安全隱患。

經過現場排查以及數據分析研判，發現根本問題是洗滌罐對含氨氣體處理能力不足。為解決以上問題，結合現場設備實際情況擬采取對原洗滌罐進行部分優化改造，解決裝置存在缺陷，提高氨回收效率，保障裝置安全穩定運行。

4 優化方案

為了解決洗滌罐對含氨氣體洗滌能力差的問題，結合現場設備實際情況決定從增加氣、液接觸面積，以及洗滌水量和回流液溫度著手考慮。

首先將原洗滌罐單段洗滌改為上、下塔兩段分別對含氨氣體進行洗滌。在不增加新設備的前提下，考慮原設備基礎承重以及連接方式的因素，增加一段以法蘭形式連接的筒體，新增筒體內增加一組填料層用來增加氣、液接觸面積；增加一組洗滌水噴頭用來加大洗滌水量。保留原筒體上部的換熱器用來降低出口氣體溫度。保留除沫器用來除去出口氣體中水分。

其次在氨水泵回流管線上增加一臺利舊換熱器用來降低回流液溫度，將回流液溫度從70 ℃降至30 ℃，降溫后的回流液作為水洗罐底部一段洗滌水的補充。經換熱后的鍋爐水溫度30 ℃從頂部二段噴頭配入，作為二段洗滌水。

相比原裝置，改造后的設備不僅增加了洗滌水量和罐內洗滌面積，還降低了回流液洗滌水溫度，從而提升了洗滌效果。

5 優化洗滌罐結構及優化工藝流程

優化洗滌罐結構：洗滌罐由下至上依次設有液相換熱器、兩層填料層、氣相換熱器和除沫器，在洗滌罐上還有馳放氣進口、馳放氣出口、氨水出口和上下兩段進水口；馳放氣進口位于液相換熱器和氣相換熱器之間，通過馳放氣入口管線與氨火炬管網連通；馳放氣出口位于洗滌罐頂部，通過氣相出口管線將洗滌脫水后的氣體輸送至氨火炬管網；氨水出口設在洗滌罐底部通過出水管與氨回收裝置連接，并在出水管上設有氨水泵；氨水泵回流管線上設有換熱器；進水口通過鍋爐水管線連接，用于向洗滌罐中連續提供鍋爐水，并在洗滌罐內設有噴頭，噴頭位于馳放氣進口和氣相換熱器之間；其中，填料層為矩鞍環填料層。

優化工藝流程：含有氨氣的氨火炬馳放氣通過馳放氣進口進入到洗滌罐中部，在填料層與上、下兩段噴淋的鍋爐水逆流接觸進行洗滌，洗滌后的氣體依次經氣相換熱器換熱、除沫器降溫脫水后進入氨火炬管網；洗滌罐洗滌下的氨水用氨水泵泵入氨水精餾塔，洗滌罐的液位由遠傳液位調節閥門控制，根據需要可以將部分洗滌下的氨水經換熱器換熱后，回流至洗滌罐進行二次洗滌。

優化洗滌罐結構及優化工藝流程簡圖如圖3所示。

圖3 優化后洗滌罐結構及優化工藝流程簡圖

6 裝置投運步驟

1）先建立水循環：具體是洗滌罐液相及氣相換熱器循環水投用后，通過閥門控制將氨回收裝置內部循環鍋爐水作為洗滌水配入洗滌罐中，啟動氨水泵，通過遠傳液位調節閥門將洗滌罐液位恒定。

2）水循環建立后進行氨洗，將氨火炬馳放氣逐漸引入洗滌罐，洗滌后的氣體返回氨火炬管網；洗滌下的氨水送入氨水精餾塔精餾，精餾出的液氨直接并入氨管網，供后系統使用。

7 優化后運行效果及經濟效益

優化改造完成投運后，通過數據分析（詳見表1）逐漸調整氨水泵回流洗滌液量和新鮮洗滌水量，將洗滌罐出口氣體氨含量指標控制在最低。改造后的氨火炬馳放氣回收裝置達到了預期效果，在夏季氨火炬馳放氣氣量大時不僅實現了氨火炬馳放氣全部回收，而且解決了氨火炬管網帶水的問題。

表1 氨回收裝置優化改造后數據

氨火炬排馳放氣回收裝置的改造，使氨回收系統在夏季氨火炬馳放氣量大的情況下每日可多回收1.5 t左右液氨。按夏季（4 個月）裝置運行120 d，以及氨以3 000 元/t 計算，每年可創造直接經濟效益約54 萬元。因項目本身為環保投入項目，其社會效益積極良好。

8 結語

合成氨生產過程中普遍存在含氨氣體排放問題，含氨氣體排放大氣既造成資源浪費，而且污染環境。本裝置經過對裝置優化改造并實際應用論證（見圖4），不僅可以有效脫除馳放氣中的氣氨成分，保證馳放氣達標排放，而且將含氨氣體回收再利用（制成合格液氨產品送入氨管網供后系統使用）是節能、環保行為，為公司創造了良好的經濟及社會效益，具有積極推廣應用價值。

圖4 優化改造前后效果圖