侯杰

摘 要：介紹了合成氨裝置馳放氣產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)，著重描述了馳放氣氨回收的主要方法：氨水循環(huán)洗法。結(jié)合我廠生產(chǎn)的實(shí)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(xiàn)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(guān)流程，著重描述了加裝馳放氣氫回收裝置后可能帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：馳放氣;綜合利用;效益

中圖分類(lèi)號(hào)： TQ223.12 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2016）30-17-2

0 ?引言

塔西南化肥廠，設(shè)計(jì)氨產(chǎn)量為20wt/a，運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)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?dú)獾瘸煞郑捎冒彼h(huán)洗法回收馳放氣中的氨，洗滌尾氣再用于轉(zhuǎn)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(chǎn)中，不參與合成反應(yīng)的氣體或因品質(zhì)過(guò)低不能利用，在設(shè)備或管道中積聚而產(chǎn)生的氣體。

1.2 馳放氣的排放

高壓馳放氣的排放應(yīng)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(shí)滿(mǎn)足著兩個(gè)條件卻有矛盾，因?yàn)槎栊詺怏w含量最高的位置在合成塔后和新鮮氣補(bǔ)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(bǔ)入新鮮氣。權(quán)衡得失，大型氨廠一般采用前一種做法。K型廠排放點(diǎn)在合成塔后。

我廠合成裝置采用的是美國(guó)凱洛格工藝（K型），該工藝在正常生產(chǎn)中主要從三個(gè)地點(diǎn)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(chǎn)中最主要作用便是調(diào)節(jié)合成塔內(nèi)的反應(yīng)情況。在合成反應(yīng)中惰性氣體對(duì)平衡氨含量有明顯影響。由于惰性氣體不參與反應(yīng)，在循環(huán)過(guò)程中愈積愈多，它們的存在降低了氫、氮?dú)獾挠行Х謮海瑥膲毫?duì)反應(yīng)平衡的影響可知，壓力下降，會(huì)使氨的平衡含量下降。因此，應(yīng)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(huán)氣體，使惰性氣體保持穩(wěn)定值。

根據(jù)我廠的實(shí)際生產(chǎn)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(huì)造成環(huán)境的污染還會(huì)造成資源的浪費(fèi)，這些都決定了馳放氣是絕對(duì)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(chǎn)純氮和極有用的純氬、氦、氪、氙等稀有氣體。有人做過(guò)統(tǒng)計(jì)馳放氣綜合利用的價(jià)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(chǎn)品，大量排放氨將會(huì)造成產(chǎn)品的浪費(fèi)和環(huán)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(jié)晶而堵塞燒嘴的可能。

綜合利用馳放氣不僅可以減少浪費(fèi)增加產(chǎn)量，還可以減少對(duì)環(huán)境的污染，可謂一舉數(shù)得

2 ?氨水循環(huán)洗法

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

2.1 氨水循環(huán)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(lái)，經(jīng)冷凝成液氨送氨受槽。

2.2 氨水循環(huán)洗法流程

氨水循環(huán)洗法具體流程示意圖見(jiàn)下（圖1）：

圖1

來(lái)自120-C的高壓馳放氣進(jìn)入噴射器117-L，與來(lái)自107-F和109-F的低壓馳放氣混合，混合后進(jìn)入103-E。馳放氣自下而上通過(guò)103-E與自上而下來(lái)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(jīng)161-C換熱器管程進(jìn)入104-E。在104-E內(nèi)部高濃度氨水經(jīng)160-C加熱氣化形成氣氨，進(jìn)入127-C冷凝回收。

2.3 氨回收的經(jīng)濟(jì)效益

由（表1）可以計(jì)算出在正常生產(chǎn)中每小時(shí)隨馳放氣帶出合成系統(tǒng)的氨的量：

120-C ：131.9kg/h;

107-F： 13.15kg/h;

109-F： 4.79kg/h;

共計(jì)：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(shí)就可回收149.84-60=89.84kg

的氨，按每年生產(chǎn)時(shí)間為330天計(jì)算就可以多回收711噸氨。2016年4月全國(guó)液氨價(jià)格在2180-2280元之間，以2200元計(jì)算，711噸氨價(jià)值156萬(wàn)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(wú)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——?dú)錃鈪s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(fèi)。

對(duì)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(duì)技術(shù)成熟、性?xún)r(jià)比較高的膜分離法進(jìn)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(jìn)入脫氨塔，在洗氨塔中與循環(huán)洗滌水泵打入的循環(huán)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(jìn)入氣液分離器，將多余的水汽分離排除。

但是由于水洗過(guò)程是同時(shí)一個(gè)氣液平衡過(guò)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(tài)，在處理過(guò)程的后端遇冷就會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水，然而影響膜分離效果最關(guān)鍵的便是原料氣不能帶水，帶水會(huì)嚴(yán)重影響分離效果。所以從氣液分離器分離出的氣體必須經(jīng)過(guò)預(yù)先加熱。

經(jīng)氨回收處理過(guò)的原料氣進(jìn)入膜分離裝置進(jìn)行氫氣分離。膜分離器是一個(gè)含有多組膜分離器整合而成的裝置，可以單獨(dú)切出某一個(gè)膜分離器，方便維修與更換。通過(guò)控制原料氣的氣量和進(jìn)入膜分離器數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)氫回收的純度和效率。原料氣進(jìn)入膜分離器后，特制的薄膜有選擇性的只允許氫氣通過(guò)，膜內(nèi)側(cè)形成氫氣富集區(qū)外側(cè)則是雜氣富集區(qū)。氫氣經(jīng)壓縮后進(jìn)入合成塔反應(yīng)，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(chǔ)上直接加裝膜分離裝置，從而降低基建費(fèi)用。

3.3 加裝氫回收裝置后可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)（表1）可計(jì)算出在正常生產(chǎn)中每小時(shí)隨馳放氣帶出合成系統(tǒng)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(chǎn)時(shí)間為330天計(jì)算，可回收1669844kmol氫氣，折合3740萬(wàn)Nm3。這些氫氣如果全部用來(lái)生產(chǎn)氨，可生產(chǎn)18924噸氨。2016年4月全國(guó)液氨價(jià)格在2180-2280元之間，以2200元計(jì)算，18924噸氨價(jià)值4163萬(wàn)元。

由此可以看出，回收氫氣甚至比回收氨所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益還要巨大。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 塔西南化肥廠20萬(wàn)噸/年合成氨裝置操作規(guī)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(yùn)行問(wèn)題及改造[J].中氮肥，2010.