一种合成氨生产中的氨火炬驰放气回收装置分析

王 帅，徐瑞波

（天脊煤化工集团股份有限公司，山西 长治 047500）

1 概述

天脊集团合成氨装置设计能力为年产45 万t 合成氨。其主要工艺流程为：煤在鲁奇炉中加压气化后，生成的粗煤气经过一氧化碳变换并降温后，送至低温甲醇洗装置除去粗煤气中的二氧化碳及硫化氢，所需的冷量由氨制冷装置提供；除去二氧化碳及硫化氢的粗煤气经过液氮洗或者变压吸附装置进一步除去气体中所含的一氧化碳，分离出合格的氢气；然后将氢气配入一定比例的氮气送至氨压缩机，经过压缩后送至氨合成塔，在高温高压及催化剂的作用下反应生成氨。产出的液氨一部分送至后系统作为原料继续加工，另一部分送至氨库贮存。氨库由一个常压氨储罐和一个常温氨储罐组成。为了维持常压氨库压力，常压氨库配备有一套降压装置（冰机）。常温氨储罐的压力由放空调节阀自动控制。外购液氨可通过卸氨站台，将槽车中的液氨送入氨管网，从而平衡后系统液氨需求量。氨合成单元生产中所产生的驰放气及闪蒸气送入氨回收系统进行氨的回收。持续排入氨火炬中的气体由氨火炬排放至大气。

其中氨回收系统主要包含驰放气洗涤塔、闪蒸气洗涤塔以及氨水精馏塔。主要工艺流程为：来自氨压缩机入口循环段的持续排惰气进入驰放气洗涤塔由下而上与塔顶自上而下的锅炉水在填料层充分接触，将气体中的氨溶于水中，剩余气体（主要成分为氢气、氮气）通过塔顶，送至低温甲醇洗回收利用，洗涤下的氨水送入精馏塔精馏；同样来自氨合成装置闪蒸罐的闪蒸气进入闪蒸气洗涤塔由下而上与塔顶自上而下的锅炉水在填料层充分接触，将气体中的氨溶于水中，剩余少量气体（主要成分为氢气、氮气）通过塔顶，送至燃料气管网，洗涤下的氨水送入精馏塔精馏。氨水精馏塔将稀氨水通过精馏分离，使氨和水得到彻底分离，塔顶气氨经冷凝后送入液氨管网，塔底分离出的锅炉水用于对驰放气洗涤塔、闪蒸气洗涤塔进行循环洗涤。

合成氨装置正常运行时，氨火炬管网中有持续排放的含氨气体，这些气体主要来自主要来自：

1）常压氨库降压装置（冰机）启动后冷凝系统产生的不凝气体。其成分大部分为纯氨气，以及少量氮气。

2）常温氨储罐泄压排放气。当常温氨储罐压力高时，通过调节阀自动泄压产生的气体。其成分基本为纯氨气。

3）卸氨站台氨槽车的泄压气体。只有卸氨结束时，氨槽车泄压才会产生的排放气，其成分大部分为氮气，含有少量氨气。

4）氨制冷装置冷凝系统的持续排惰气体。其成分大部分为纯氨气，以及少量氮气。

这些气体中含氨浓度较高，直接排入氨火炬管网，最终送至氨火炬排放至大气中，经检测氨火炬驰放气中氨质量浓度＞10 000 mg/m3。氨火炬虽然设置30 m 高排，但是夏季氨火炬驰放气排放量大，尤其遇到阴雨气压低时，附近空气中的氨含量依然很高。不仅对氨火炬附近环境造成污染，也会造成浪费。

2 改造方案

初步制定方案（见图1）为将氨气送入一个洗氨罐内进行洗涤，洗涤下的氨水用氨水泵连续送到氨回收系统进行精馏回收，这样就可以实现连续洗涤回收氨火炬排出的氨气，既容易操作，又安全稳定。

图1 氨火炬驰放气回收装置

后针对氨火炬管网现状结合方案的可行性，继续将该方案细化为：将常压氨储罐、常温氨储罐、卸氨站台和氨制冷装置的排放气管线合并为一条管线后，在汇入氨火炬前加装截止阀。将合并后的驰放气通过洗氨罐入口管线送入洗氨罐进行洗涤，洗涤下的氨水由氨水泵送至氨回收系统，经过换热器升温后，最终进入精馏塔精馏，精馏出的液氨直接并入氨管网，供后系统使用。

氨水泵出口氨水一部分作为回流液返回洗氨罐参与吸收。来自氨回收装置精馏塔塔底锅炉水经循环水换热器冷却后温度30 ℃左右，作为洗氨罐的洗涤水使用。洗氨罐液位由氨水泵出口调节阀控制。洗涤后的无氨气体送入氨火炬管网放空。

方案确定后，进行风险评估，即将各工号氨火炬排放气汇合处理有憋压和窜气的风险，应加相应的切断阀方便隔离，同时各工号操作要协调、加强联系。该风险为可控风险。

3 洗氨罐结构及工作流程

洗氨罐由下及上依次设有液相换热器、填料层、气相换热器和除沫器，在洗氨罐上还有驰放气进口、驰放气出口、氨水出口和进水口；驰放气进口位于液相换热器和气相换热器之间，通过驰放气入口管线与氨火炬管网连通；驰放气出口位于洗氨罐顶部，通过气相出口管线将洗涤脱水后的气体输送至氨火炬管网；氨水出口设在洗氨罐底部通过出水管与氨回收装置连接，并在出水管上设有氨水泵；进水口通过锅炉水管线连接，用于向洗氨罐中连续提供锅炉水，并在洗氨罐内设有喷头，喷头位于驰放气进口和气相换热器之间；其中，填料层为矩鞍环填料层。

含有氨气的氨火炬驰放气通过驰放气进口进入到洗氨罐中部，在填料层与喷淋的锅炉水逆流接触进行洗涤，洗涤后的气体依次经气相换热器换热、除沫器降温脱水后进入氨火炬管网；洗氨罐洗涤下的氨水用氨水泵泵入氨回收装置，洗氨罐的液位由远传液位调节阀门控制，根据需要可以将部分洗涤下的氨水回流至洗氨罐进行二次洗涤。

4 投运步骤

1）建立水循环。洗氨罐液相及气相换热器循环水投用后，通过阀门控制将氨回收装置内部循环锅炉水作为洗涤水配入洗氨罐中，待液位合适时启动氨水泵，通过调节远传液位调节阀门及氨水泵出口回流阀使洗氨罐液位保持恒定。

2）水循环建立后进行氨洗，将氨火炬驰放气逐渐引入洗氨罐，洗涤后的气体返回氨火炬管网；洗涤下的氨水送入闪蒸汽洗涤塔，经过换热器升温后，最终进入精馏塔精馏，精馏出的液氨直接并入氨管网，供后系统使用。

5 运行效果及经济效益

该套装置投运后，通过一个月的调整发现，氨火炬中氨气排放量对数据影响较大，逐渐调整回流洗涤液量和新鲜洗涤水量将指标控制在最优。并对操作人员进行系统培训，熟悉流程及调整方法，学会应急情况的处置，以保证洗氨装置的安全稳定运行。经过一段时间的数据监测及对比，结果见表1。

表1 氨火炬驰放气回收装置投运前后数据对比

本套氨火炬驰放气回收装置能够将氨火炬驰放气中的气氨经过洗涤后有效分离出来，洗涤下的氨水经精馏提纯后，得到合格的液氨产品。含氨浓度大于10 000 mg/m3的氨火炬驰放气经过洗涤分离后，洗氨罐出口气相氨浓度可以控制在100 mg/m3以内。不仅大大减少了氨火炬驰放气中气氨的排放，而且通过对氨水的回收，每天可增加液氨回收量12 t 左右。按一年装置运行330 d，每吨氨以3 000 元计算，每年可创造经济效益约1 188 万元，而且该装置所创造的环保效益更是无法估量的。该套装置已成功申请实用新型专利。