20萬(wàn)噸合成裝置弛放氣回收可行性淺議

1、<p>　　20萬(wàn)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(duì)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(duì)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(méi)有參加化學(xué)反應(yīng)的惰性氣氬氣和甲烷會(huì)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(lái)自氨分離器的氣體經(jīng)過(guò)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(dòng)力氣，壓縮來(lái)自氨排放槽107-F的閃蒸的惰性放空氣和來(lái)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(guò)洗滌的弛放氣離開(kāi)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(jiǎn)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(chēng)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(lái)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(zhǎng)，滲透進(jìn)去的氫氣越多。其它氣體留在管外。管內(nèi)氣體稱(chēng)為滲透氣，管外氣體稱(chēng)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(jiǎn)述如下：從弛放氣洗滌塔頂出來(lái)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(gè)分離器組成的第一級(jí)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(gè)分離器組成的第三級(jí)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(gè)分離器組成的第二級(jí)普里森分離器，氫氣被提出，非滲透氣在此分成第二級(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(lái)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(lái)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(lái)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(chǔ)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(wàn)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(wàn)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(wàn)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(duì)于操作來(lái)說(shuō)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(jiǎn)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(duì)于地處南疆的塔西南化肥廠來(lái)說(shuō)，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(cè) </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(wàn)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(wàn)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(wàn)元，年創(chuàng)效益234.4萬(wàn)元，則10個(gè)月可以回收投資，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 </p><p><b>　　4.社會(huì)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(huì)效益。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語(yǔ) </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(lèi)化肥企業(yè)中