20萬噸合成裝置弛放氣回收可行性淺議

1、<p>　　20萬噸合成裝置弛放氣回收可行性淺議</p><p>　　摘要：介紹了工廠概況、對膜分離、變壓吸附、深冷分離三種弛放氣氫回收技術(shù)進(jìn)行介紹和比較以及操作對比分析、選擇最合適的膜分離技術(shù)進(jìn)行核算 </p><p>　　關(guān)鍵詞：合成氨 弛放氣 回收技術(shù) 效益 </p><p>　　塔西南公司化肥廠合成氨裝置是以天然氣為原料，采用M.W凱洛格公司提供的

2、低能耗、加壓催化轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨，合成氨生產(chǎn)中， 合成塔出口沒有參加化學(xué)反應(yīng)的惰性氣氬氣和甲烷會越積越多，因合成塔出口氣在分離出氨氣后重新注入合成塔，為了穩(wěn)定合成系統(tǒng)中的惰性氣含量，提高氨合成率， 就必須排出高惰性氣組分的部分循環(huán)氣， 這部分排氣一般叫弛放氣。來自氨分離器的氣體經(jīng)過組合式氨冷器冷卻合成塔出口氣后，小部分氣體作為弛放氣經(jīng)弛放氣噴射器117-L，然后進(jìn)入弛放氣洗滌塔103-E，在進(jìn)入103-E前，弛放氣在噴射器117-L中用

3、作動力氣，壓縮來自氨排放槽107-F的閃蒸的惰性放空氣和來自109-F的冷凍閃蒸氣。在弛放氣洗滌塔103-E中從混合弛放氣中回收氨。經(jīng)過洗滌的弛放氣離開洗滌塔頂部送到一段爐的燃料系統(tǒng)，洗滌塔底部的氨水濃度大約6.6%（w）經(jīng)進(jìn)出口換熱器161-C后送到氨蒸餾塔104-E。氨水溶液在104-E中蒸餾。塔頂產(chǎn)品氨回到氨冷凝器127-C入口。弛放氣洗滌塔氣相入口，H2： 65.04（%）； N2： 21.68（%）；CH4： 8.19（%）；

4、AR： 2.64（%）；NH3： 2.45（%）；</p><p>　　以上簡介我們看以看出，這部分弛放氣中，氫氣是經(jīng)前段流程制成的，去一段爐燃燒顯然是極大地浪費(fèi)，如何回收利用這一部分有用組份，是合成氨生產(chǎn)節(jié)能降耗和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。 </p><p>　　一、弛放氣氫回收技術(shù) </p><p><b>　　1.膜分離技術(shù) </b>&

5、lt;/p><p>　　又稱普里森分離器氫回收技術(shù)，該技術(shù)主要依靠普里森分離器來分離氫氣。普里森分離器外形與管殼式換熱器相似，但里面是中空纖維管。氣體進(jìn)入分離器的殼側(cè)，利用中空纖維管內(nèi)外的壓差，氫氣滲透進(jìn)管內(nèi)。氣體流經(jīng)的中空纖維管越長，滲透進(jìn)去的氫氣越多。其它氣體留在管外。管內(nèi)氣體稱為滲透氣，管外氣體稱為非滲透氣。該技術(shù)回收氫氣純度為85 %左右，返回合成氨系統(tǒng)，從而提高氨產(chǎn)量。還能提供少量純度為99 %的氫氣供其他

6、用途。流程簡述如下：從弛放氣洗滌塔頂出來準(zhǔn)備去燃燒的的含氨氣體進(jìn)中間換熱器，被剛進(jìn)系統(tǒng)的排放氣冷卻至40 ℃后，進(jìn)氣液分離器，除去冷凝液。出氣液分離器的排放氣進(jìn)加熱器，用蒸汽加熱，排放氣溫度被提高到至少比露點(diǎn)高5 ℃， 一般為50 ℃，進(jìn)入由兩個分離器組成的第一級普里森分離器。排放氣在此分成兩路：一路為滲透氣（富氫氣） ，另一路為非滲透氣（貧氫氣） 。滲透氣或者進(jìn)入由一個分離器組成的第三級普里森分離器，進(jìn)一步提純，達(dá)到99 %的純度，作

7、工業(yè)氫氣，或者返回合成氨系統(tǒng)。非滲透氣進(jìn)入由三個分離器組成的第二級普里森分離器，氫氣被提出，非滲透氣在此分成第二級富氫氣和燃料氣，前者返回合成氨系統(tǒng)，后者作燃料用。</p><p><b>　　2.變壓吸附技術(shù) </b></p><p>　　目前變壓吸附技術(shù)發(fā)展較快，吸附工藝主要有三塔一均，四塔二均，五塔二均，六塔二均，八塔二均，八塔三均等技術(shù)。針對合成氨排放氣和弛放

8、氣的氫氣回收。工作原理是主要利用吸附劑對不同氣體的吸附容量隨壓力的不同而差異的特性，在吸附劑選擇吸附的條件下，加壓吸附除去雜質(zhì)，減壓脫附使吸附劑得以再生，各吸附塔循環(huán)操作達(dá)到連續(xù)提取氫氣的目的。系統(tǒng)操作不需加熱或冷卻，在常溫下進(jìn)行。 </p><p><b>　　3.深冷分離技術(shù) </b></p><p>　　利用不同氣體組分相對揮發(fā)度的不同，以液氮作冷源，將排放氣和

9、弛放氣在氫塔、甲烷塔、氬塔內(nèi)進(jìn)行液化和精餾，使各組分得以分離。從弛放氣洗滌塔頂出來準(zhǔn)備去燃燒的的含氨氣體經(jīng)冷卻器、氣液分離器分離出游離水，進(jìn)入干燥器脫除微量水和氨，然后進(jìn)入冷箱。冷箱內(nèi)有回收氣換熱器，精餾塔，制液氮用換熱器。弛放氣在常溫狀態(tài)下進(jìn)入主、副換熱器，分別與氫塔、甲烷塔、氬塔出來的低溫組分換熱，降溫后進(jìn)氫塔，從塔頂分離出純度≥85 %的氫氣經(jīng)主換熱器回收冷量后，返回合成氨系統(tǒng)。氫塔釜組分剩下N2 、CH4 、Ar ，經(jīng)截流閥進(jìn)入

10、甲烷塔，從塔釜分離出純度≥95 %的CH4 ，經(jīng)主換熱器回收冷量后去充瓶或送燃燒氣系統(tǒng)。塔頂出來的N2 、Ar 進(jìn)入氬塔，在此分離，塔釜得到純度≥99.995 %的純氬，進(jìn)入液氬儲槽供供充瓶出售。塔頂分離出的氮?dú)饨?jīng)氮?dú)鈸Q熱器回收冷量后放空或回收進(jìn)制冷系統(tǒng)。 </p><p>　　二、三種回收方法的比較 </p><p>　　三種方法都能從合成氨排放氣、弛放氣中回收氫氣和氨，但在裝置投資、回

11、收效率及能源消耗等方面有較大區(qū)別。膜分離法產(chǎn)品純度85～99%；回收率65～80%；裝置投資200萬元；能耗為6（kW?h?km-3） </p><p>　　變壓吸附法產(chǎn)品純度85～99.99%；回收率60～90%；裝置投資270萬元；能耗為10（kW?h?km-3）。深冷分離法產(chǎn)品純度≥85；回收率95%；裝置投資700萬元。以上數(shù)據(jù)可以看出，膜分離法是投資最小，能耗最低的一種弛放氣回收方法，但是該技術(shù)只能回收

12、氫氣。膜分離技術(shù)只需在現(xiàn)有流程上串聯(lián)一膜分離器，對于操作來說不需新增人員，只需完善現(xiàn)有操作規(guī)程即可，維護(hù)也簡便。變壓吸附技術(shù)和深冷分離技術(shù)所需添加設(shè)備較多，操作難度相應(yīng)增大，同時(shí)增加了維護(hù)保養(yǎng)的難度。對于地處南疆的塔西南化肥廠來說，膜分離法是最適宜的弛放氣回收方式。 </p><p><b>　　三、效益預(yù)測 </b></p><p>　　1.按照回收純度和回收率90

13、%計(jì)算，每天回收氫氣： </p><p>　　回收氫氣量=弛放氣摩爾流量×氫含量×回收純度×回收率×24小時(shí) </p><p>　　360.4Kmol/h×65.04%×90%×90%×24=190mol </p><p>　　根據(jù)合成氨反應(yīng) ：N2+3H2→2NH3 氨摩爾量=氫摩爾量

14、×2/3 190mol的氫反應(yīng)生成126.67mol的氨 </p><p>　　氨質(zhì)量=摩爾量×分子量，那么這些氫氣返至合成氨系統(tǒng)每天可以增加氨產(chǎn)量：126.67×17=2154kg </p><p>　　按照每年生產(chǎn)330天計(jì)算，2154kg×330=710820kg≈711噸，年增產(chǎn)液氨711噸，以每噸氨2500元計(jì)算， </p>

15、<p>　　年創(chuàng)效益：711×2500=1777500≈178萬元。 </p><p>　　2.按照化肥廠2009年噸氨能耗1001.1kgoe/t計(jì)算，一千克標(biāo)油=1.4286千克標(biāo)煤。 </p><p>　　節(jié)煤：1036.52×1.4286×710=1015噸標(biāo)煤，則年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益=1015×556元=56.4萬元。 </p&g

16、t;<p><b>　　3.項(xiàng)目回收周期 </b></p><p>　　膜分離法設(shè)備投資200萬元，年創(chuàng)效益234.4萬元，則10個月可以回收投資，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 </p><p><b>　　4.社會效益 </b></p><p>　　按照每年增產(chǎn)液氨710噸計(jì)算，節(jié)煤1015噸，以節(jié)約1千克標(biāo)準(zhǔn)煤=減

17、排2.493千克“二氧化碳”標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，1015×2.493=2530。 每年可減少二氧化碳排放量為2530噸，具有很好的節(jié)能減排和社會效益。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　　利用膜分離法回收弛放氣中的氫氣，不僅增加了合成氨的產(chǎn)量，而且年節(jié)煤千噸，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)， 又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。非常值得在各類化肥企業(yè)中