陳 超

(山西陽煤豐喜肥業(yè)〔集團〕有限責任公司臨猗分公司 山西運城 044100)

山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司臨猗分公司(以下簡稱臨猗分公司)的合成氨系統(tǒng)一直采用冰機制冷工藝，該工藝雖然穩(wěn)定，但電耗高，已成為制約合成氨生產(chǎn)成本下降的瓶頸。為降低合成氨生產(chǎn)成本，臨猗分公司在2017年新建280 t/h循環(huán)流化床鍋爐的同時，新建1套制冷量75.3 GJ/h的氨水制冷裝置來代替冰機。該氨水制冷裝置經(jīng)1年多的運行，節(jié)能降耗效果顯著。

1 工藝原理及工藝流程

1.1 工藝原理

氨吸收制冷是以氨為制冷劑的循環(huán)過程，氣氨被來自精餾塔的稀氨水吸收，得到的濃氨水經(jīng)泵提壓送至精餾塔內(nèi)被加熱并提純?yōu)楦邏簹獍保瑲獍苯?jīng)冷凝液化后去氨冷器制冷，液氨氣化后重新被來自精餾塔的稀氨水吸收。

(1)氣氨的吸收

氣氨極易溶于水，氣氨與稀氨水經(jīng)噴射器噴射吸收后，再依次經(jīng)高效吸收器、吸收器繼續(xù)吸氨，冷卻后形成質(zhì)量分數(shù)大于38%的濃氨水。氣氨吸收過程中釋放的大量熱量被高效吸收器、吸收器管程的循環(huán)水帶走。

(2)濃氨水的精餾

利用受熱后氨水中的氨極易揮發(fā)的原理，在精餾塔中加熱濃氨水，使其中溶解的氨揮發(fā)出來。

(3)氣氨的冷凝

在較高壓力下，氣氨在常溫就可以液化。出精餾塔頂部的氣氨壓力控制在1.3 MPa，通過蒸發(fā)式氨冷凝器被循環(huán)水冷卻，氣氨冷凝為液氨后進入液氨儲槽，以供其他系統(tǒng)使用。

1.2 工藝流程

氨水制冷裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 氨水制冷裝置工藝流程

來自1#和3#氨合成系統(tǒng)的氣氨先分別進入過冷器與來自液氨儲槽的液氨換熱，然后與來自板式換熱器或溶液冷卻器的稀氨水同時進入噴射器中，氣氨與稀氨水混合后進入高效吸收器，產(chǎn)生的熱量被管程的循環(huán)水帶走；出高效吸收器的濃氨水分2路進入吸收器再次吸收，產(chǎn)生的熱量被管程的循環(huán)水帶走；出吸收器的濃氨水先進入界區(qū)外的濃氨水儲槽，然后經(jīng)濃氨水泵加壓后進入板式換熱器，與出精餾塔的稀氨水換熱后從中部進入精餾塔。

從精餾塔引出的濃氨水進入精餾塔再沸器的管程，來自外管的0.5 MPa(表壓)飽和蒸汽進入再沸器的殼程并對管程中的濃氨水進行加熱，產(chǎn)生的冷凝液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器控制后送至界區(qū)外的冷凝液管網(wǎng)；從精餾塔底部出塔的大部分稀氨水經(jīng)板式換熱器降溫后送至噴射器中，吸收來自過冷器的氣氨，少量稀氨水(約0.5 m3/h)去不凝氣分離器；從精餾塔頂部出塔的氣氨在精餾塔頂部的冷卻器內(nèi)被循環(huán)水降溫后送至界外的氨冷凝器，得到的液氨送至液氨儲槽。

高效吸收器、精餾塔和濃氨水儲槽內(nèi)的不凝氣先分別進入集氣管中，然后進入不凝氣分離器底部；來自板式換熱器的少量稀氨水被不凝氣分離器外盤管中的液氨降溫后，從不凝氣分離器頂部噴頭噴淋而下，與底部的不凝氣逆流接觸以脫除其中的氣氨，達標的不凝氣排放至大氣中。吸收了不凝氣中氣氨的稀氨水從不凝氣分離器底部自流至稀氨水儲槽，通過稀氨水泵送至噴射器中繼續(xù)吸收來自1#和3#氨合成系統(tǒng)的氣氨。

2 操作要點

要實現(xiàn)精餾塔的穩(wěn)定操作，就必須維持系統(tǒng)的物料平衡、熱量平衡和汽液平衡。物料平衡控制得好，汽液接觸效果好，傳質(zhì)效率就高。精餾塔的溫度和壓力是控制熱量平衡的基礎(chǔ)，三者互為影響。因此，一切工藝調(diào)整都必須緩慢地逐步進行，在進行下一步調(diào)整之前，必須待上一步調(diào)整顯現(xiàn)效果后才能進行，否則會使工況紊亂，造成調(diào)整困難。

3 運行效果

(1)主要運行數(shù)據(jù)

精餾塔操作壓力1.3 MPa，低壓氣氨壓力0.080 MPa，稀氨水循環(huán)量230 m3/h，精餾塔底部溫度130 ℃，稀氨水質(zhì)量分數(shù)20%，濃氨水質(zhì)量分數(shù)31%，精餾塔蒸汽添加量25 t/h。

(2)運行效果

在稀氨水循環(huán)量為230 m3/h的條件下，氨水制冷裝置可以把1#和3#氨合成系統(tǒng)的低壓氣氨壓力控制在0.10 MPa以下，而采用冰機制冷時的低壓氣氨壓力在0.12 MPa。由此可見，氨水制冷裝置完全可以達到冰機制冷的效果。

4 經(jīng)濟效益

目前臨猗分公司冰機總制冷量約為67.0 GJ(實際設(shè)計按75.3 GJ計算)，電動機總功率約為7 300 kW，按效率0.9、年運行時間7 600 h、電價0.45元/(kW·h)計，則年需電費約為2 246萬元。冰機制冷機組運行時需要消耗部分潤滑油，年消耗量約為35 t，潤滑油價格按1.5萬元/t計，則冰機年消耗潤滑油費用約52萬元。以上2項合計，冰機運行成本在2 298萬元/a。

氨水制冷裝置的設(shè)備主要是塔器和換熱器，運轉(zhuǎn)設(shè)備只有2臺加壓泵(1開1備)，年運行總費用約90萬元。氨水制冷裝置年消耗低壓蒸汽約為160 kt，按蒸汽價格100元/t計，費用約為1 600萬元。以上2項合計，氨水制冷裝置運行成本在1 690萬元/a。

通過上述數(shù)據(jù)可知，采用氨水制冷年可節(jié)約運行成本608萬元左右。

5 結(jié)語

氨水制冷裝置既有效利用了富余的低壓蒸汽，又減少了大量運轉(zhuǎn)設(shè)備，從而降低了合成氨生產(chǎn)成本，達到了預期效果。