蒸氨工艺在合成氨系统中的应用

蒸氨工艺在合成氨系统中的应用

陈顺年

奎屯锦疆化工有限公司新疆奎屯833200

摘要：通过对蒸氨装置工艺原理、工艺流程及运行指标的分析介绍，指出蒸氨装置在合成氨系统运行效果良好，取得了经济、环保效益。

关键词：工艺原理；工艺流程；运行指标；效益；效果；

前言

某厂Ф2200mm和Ф1400mm氨合成装置各一套，合成弛放气和球罐放空气经洗氨塔脱氨后，分别送膜法提氢和变压吸附提氢装置，提取高浓度的氢气回收到系统再利用，所产生的浓度约150tt（1tt=0.85g/L）的浓氨水一部分去氨法脱硫环保装置使用，一部分通过蒸氨装置将氨水中的氨进行提浓，制取浓度达到99.5%以上的液态氨，减少氨水排放对终端污水处理装置所造成的环保压力和脱氨处理所需的高成本。

1蒸氨装置的工艺原理

利用氨和水沸点的较大差异，把氨水混合物经多次部分汽化和部分冷凝，从氨水中分离出相当纯的液氨的操作称为蒸氨。连续蒸氨塔是由一个个简单蒸馏釜串联起来，由于原料中组分的挥发度不同，每经过一个蒸馏釜蒸馏一次，蒸汽中轻组分的含量就提高一次，即y+1>y>x（y代表气相轻组分组成，x代表液相重组分组成），增加蒸馏釜的个数就可以得到足够纯的轻组分，而塔釜残液中所含轻组分的量会越来越少，接近于零，将这些蒸馏釜叠加起来，在结钩上加以简化即成为蒸氨塔。本工序所采用的蒸氨塔是新型垂直筛板塔，汽液接触更充分，比传统的浮阀塔板有更好的传质、传热性能。

2蒸氨装置的工艺流程图

1预热器2蒸氨塔3再沸器4蒸发冷

5氨水泵6回流泵7液氨中间槽8循环水泵

3工艺运行指标

3.1质量、消耗指标

a）处理能力：5m3/h氨水；b）液氨产量：500kg/h；c）液氨纯度：≥99.5%；d）蒸汽消耗：300kg/m3氨水；e）残液中氨含量≤0.07%。

3.2工艺指标

a）氨水进蒸氨塔温度115℃；b）蒸氨塔塔顶温度45℃；c）蒸氨塔塔釜温度205℃；d）蒸汽压力2.5MPa；e）蒸氨塔压力1.7MPa；f）液氨中氨含量≥99.5%。

4经济效益分析

在经济效益方面，成本主要包括项目投资、蒸汽消耗、电耗和员工成本，创收的是回收的液氨，其经济效益计算如下。

据以上计算，蒸氨装置正常运行每年可创造三百多万元的经济效益，一年即可收回项目投资。

5优化方案分析

5.1提高高中压蒸氨品质

如果中压蒸氨温度能够提高1℃，中压蒸氨焓值约增加2.35kJ/kg，能源消耗增加0.072%，增加极小，而做功能力增加0.35%。装置驱动透平做功的中压蒸氨总用量约300t/h，中压蒸氨温度提升1℃，可节约中压蒸氨约1t/h。由此可见，尽可能提高驱动透平做功的高中压蒸氨温度，可以节约中压蒸氨。

（1）中压蒸氨温度低

压蒸氨出厂温度430℃，进合成氨装置该蒸氨（流量50~70t/h）温度仅400℃，相差30℃，主要原因是尿素装置生产期间，中压蒸氨流量120t/h以上，为防止超温，采用了减温设计。因此，若将一侧管线温度尽可能控制在耐温设计值（425℃），则合成氨装置侧温度可稳定在419℃左右（实际效果也如此），理论上可节约中压蒸氨3t/h以上。透平103JBT、105JT因为设备材质的限制，使用中压蒸氨压力为4.1MPa，温度为365℃，由426℃中压蒸氨加减温水降温使用，做功能力降低了21%左右，因此，若采用耐高温设备对透平和中压蒸氨管道材质进行升级改造，预计可节约中压蒸氨10t/h。按目前中压蒸氨价格140元/t计算，效益约1000万元以上，但改造成本较大，收回成本需5年左右。

（2）中压蒸氨管线长、保温效果差

装置从引入的高、中压蒸氨管线长约1.5km，通过检测保温材料表面温度，发现多段管线表面温度在50℃以上，保温效果较差，热量损失较大。因此，需确保高、中压蒸氨管线保温材质的保温效果，并定期检查可减少蒸氨热量损失，节约蒸氨用量。

5.2提高表面冷却器真空度

蒸氨驱动透平做功后进入表面冷却器的绝对压力和温度平均约为0.011MPa、53℃，若能使压力和温度分别降低至0.008MPa、48℃，则排汽焓值由2597.24kJ/kg降低至2588.4kJ/kg，降低8.84kJ/kg，蒸氨做功能力增加8.84kJ/kg，以中压蒸氨驱动透平做功为例，则中压蒸氨做功能力提高1.3%。确保表面冷却器系统严密性，定期对表面冷却器进行清洗，提高换热效率，降低循环冷却水温度，能有效改善真空度。

5.3梯级利用

高、中压蒸氨驱动透平做功，只能利用显热，而显热远小于蒸氨冷凝潜热，导致驱动凝汽式透平做功的高、中压蒸氨热量利用率很低，高压蒸氨热量利用率约25%，中压蒸氨只有20%左右。梯级利用的主要方法是先做功再加热，即高、中压蒸氨驱动透平先做功，利用较大部分显热后，再抽出低压蒸氨，低压蒸氨加热能力和高中压蒸氨相差较小。工艺蒸氨进入一氧化碳变换单元配水气比时，压力由4.7MPa减压至3.7MPa，减压幅度较大。根据梯级利用的原则，如果利用该股蒸氨先驱动透平做功，再去变换单元，通过测算，可替代960kW的电机做功，节能效益明显。

5.4能源换产品

最典型的能源换产品方案是在装置运行负荷设计范围内，尽可能提高负荷。目前该装置尽可能保证在95%的高负荷运行，年平均负荷已达93.5%。具体的能源换产品方案需要对各生产装置深入分析，找出能耗与物耗关联节点，通过理论测算与试验相结合寻找最佳工艺参数。如水气比是一氧化碳变换单元最重要的工艺参数，水蒸氨与一氧化碳反应生成氢气和二氧化碳。提高水气比，更多一氧化碳参与反应，变换出口一氧化碳含量降低。但是水气比高，蒸氨消耗增加，变换余热增加，后续的余热回收困难，多产的0.45MPa蒸氨放空。笔者分析了水气比与变换出口一氧化碳含量及变换余热回收的关系，提出在气温较低尤其是冬季采暖水投用时，水气比由1.02提高至1.04，工艺蒸氨消耗增加约2t/h，但是变换出口一氧化碳含量降低0.01%~0.02%（变换出口一氧化碳含量降低0.01%，每天多产氨1.3t），并且多产出的0.45MPa余热蒸氨能够较好利用，整体效益较明显。

6运行效果

（1）该装置的运行实现了合成氨系统膜法提氢和变压吸附提氢装置所产生的浓度为150tt

（1tt=0.85g/L）的氨水全部回收，实现了氨水零排放，综合利用、节能降耗又环保。

（2）通过对塔底废液的显热进行合理的回收利用，节省了蒸汽的使用量，大大降低了运行成本，按每天可回收液氨12t，年可产生300多万元的直接经济效益。

结束语：

综上所述，装置工艺优化和改造方案的实施，需要结合装置具体情况进行全面系统性分析。对蒸氨技术优化利用分析研究和技术方案的实施，取得了较好的节能效果，为下一步合成氨装置蒸氨系统优化工作深入开展打好了基础。通过实践运行证明该工艺已经和氨合成弛放气的氨洗回收装置形成了一个高效的有机整体，实现了真正意义上的氨水零排放，在创造了一定经济效益的同时，也发挥了重要的环保效益，符合三宁公司打造高效循环经济发展规划的愿景。

参考文献：

[1]李明华,冯质杭.蒸氨技术在合成氨生产中的应用[J].氮肥技术,2007,28(6):10-12.

[2]邓惠,赵新江.蒸氨系统的工艺改进在生产中的应用[J].企业技术开发,2012(8):177-178.