蒸氨氨分解改为磷铵法生产氨水的实践

2018-07-04黄发亮

安徽化工 2018年3期

关键词：二铵氨水吸收塔

黄发亮

（拜城县众泰煤焦化有限公司，新疆拜城842300）

蒸氨氨分解改造为磷铵法生产氨水或无水氨，彻底解决尾气中氮氧化物超标排放的问题，同时合理地使用资源和能源，实现氨分解燃烧烟气零排放，满足环保要求，同时增加氨水或无水氨的产品。

拜城县众泰煤焦化有限公司（以下简称众泰煤焦化）生产规模为年产焦炭60万吨，洗精煤180万吨，煤焦油2.5万吨，粗苯5500吨。现有两座44孔炭化室高4.3m焦炉和煤气净化系统，其对煤气中氨的处理原采用水洗氨蒸氨氨分解工艺。

原蒸氨采用管式炉法蒸氨工艺，氨汽送氨分解焚烧，分别耗用煤气1100m3/h和500m3/h，合计1600m3/h，并排放燃烧烟气。

为实现资源综合利用，节能减排，降本增效，众泰焦化进行焦炉煤气氨回收工艺装备技术升级改造，采用磷铵法吸收焦炉煤气中的氨和蒸氨氨汽生产氨水或无水氨。

1 工艺技术方案

1.1 总体工艺路线（图1）

来自蒸氨塔分缩器的氨汽和焦炉煤气分别进入磷酸吸收塔，在吸收塔内被磷酸溶液吸收氨。含氨的磷铵富液送解吸塔解吸，塔底贫液经换热和冷却后返回吸收塔，塔顶氨汽经换热和冷却后得到产品氨水及液氨。

图1 蒸氨氨汽回收生产氨水及液氨流程图

1.2 生产方法

首先通过酸碱反应，用磷酸一铵选择性地与氨反应生成磷酸二铵，把氨从氨汽中吸收分离出来。接着利用磷酸二铵热稳定性差的特点，通过加热把氨分解出来，冷凝冷却得到氨水，氨水再经精馏塔精馏得到99.8%液氨。

1.3 工艺原理

磷铵溶液中的盐类主要以磷酸一铵（NH4H2PO4）和磷酸二铵（（NH4）2HPO4）两种化合物存在。磷酸一铵十分稳定，在130℃以上才能分解；磷酸二铵较不稳定，达到70℃时即开始分解放出氨，而变成磷酸一铵。氨汽从磷铵溶液中分离出氨生产氨水，是利用磷酸一铵和磷酸二铵之间的转化，通过气体吸收和富液解吸，实现对氨汽中氨的分离和回收。其化学反应式如下：

吸收反应：NH3+NH4H2PO4=（NH4）2HPO4

解吸反应：（NH4）2HPO4=NH3+NH4H2PO4

氨吸收效率主要取决于磷铵溶液中磷酸一铵和磷酸二铵的含量，一般用溶液中NH3和H3PO4的摩尔比间接表示。用磷酸一铵贫液（溶液中NH3和H3PO4的摩尔比为1.25～1.35）洗涤吸收氨汽中的氨，生成磷酸二铵富液（溶液中NH3和H3PO4的摩尔比为1.65～1.75）。磷铵贫液进入吸收塔，自上而下与氨汽逆流接触，其中磷酸一铵与氨汽中的氨反应生成磷酸二铵。氨汽中的氨被吸收，尾气从吸收塔顶排出，送至氨法脱硫塔前的煤气中。

磷铵富液进入解吸塔上部，自上而下与上升的高温汽提汽逐板接触传热传质，其中磷酸二铵分解为磷酸一铵和氨。氨和水蒸气从解吸塔顶排出，冷凝冷却为氨水。塔底液相在加热器中加热后，返回塔内供热，塔底贫液返回吸收塔。

磷铵法生产氨水工艺，即用磷铵溶液吸收氨汽中的氨，吸收氨的富液通过解吸获得氨汽，氨汽再经过冷凝冷却，制成氨水。

由于氨汽中含有一定量的酸性组分和油类，因此，在整个生产过程除上述洗氨、解吸两个主要过程外，还包含磷铵溶液的净化过程，以确保氨水产品负荷质量要求。

富液净化，即富液由富液泵从吸收塔底部抽出，进入富液过滤器除渣，除渣后的富液在贫富液换热器中与来自解吸塔底部的贫液换热后，进入脱气器。渣掺入炼焦煤中炼焦。

脱气器闪蒸出来的酸性组分和油类，由脱气器顶部排出，进入吸收塔。

1.4 工艺流程特点

1.4.1 循环溶液酸度低

吸收-解吸过程磷铵循环溶液选择在低酸度下运行，即溶液中磷酸质量浓度控制在25%，降低溶液的结晶温度。这种选择尤其适应本项目地处寒冷地区，同时，酸度降低也使溶液的腐蚀性减弱，整个装置在设备结构、材料的选择方面具有极大的优势，使设备制造的国产化成为可能。

1.4.2 一塔式吸收与冷却

磷铵吸收氨为放热反应，煤气升温且增湿，通常需后续配置终冷装置冷却煤气以满足洗苯要求。这种配置的主要缺点是煤气在终冷过程中产生工艺废水外排，加剧工厂废水处理的负荷。一塔式吸收与冷却是将氨的吸收与煤气冷却同时在吸收塔内完成，氨吸收塔出口煤气温度可控制在25℃～27℃，因而不必单独设置煤气终冷设施，从根本上杜绝了终冷废水的产生。

1.4.3 高效的塔内件结构

基于磷铵溶液结晶点的降低，采用填料吸收塔，相比空喷方式可大大降低循环喷洒量，减少循环泵的动力消耗。

由于本项目氨处理量小，解吸塔和精馏塔的塔径相应很小，可采用UniChem开发的高效填料，以实现更高效的传质与分离和更大的操作（负荷）弹性。

1.4.4 解吸供热模式环保

解吸塔的供热采用蒸汽间接加热模式，蒸汽冷凝水可回收使用，这样不仅大大地减少了进入蒸氨系统的新鲜水量，而且也减少了外排废水量。当前，在工厂外排污水日益受到严格限制的环境下，这种改变将降低整个工厂污水处理的运行成本。

1.4.5 解析压力低

解吸选择在低压下操作，控制操作压力为0.9MPa（G），减缓装置的腐蚀程度。在此基础上，设备、管道器件的质量等级要求也相应降低，建设投资和生产维护量都将减少。

低压条件下解吸，从操作参数的控制上区别于国内目前运行的引进装置。针对本项目总氨处理量小的特点，在满足工艺要求、设备便于安装检修的基础上，设备结构、材料选择达到最优化。

1.4.6 先进的富液净化方式

富液脱除焦油等杂质的净化过程采用了目前新型设备——陶瓷过滤器，其结构内部具有大量贯通的细微通道，广泛用于过滤、分离净化。与依靠密度差静置分离除油技术相比，具有净化效果好，操作密闭，不污染环境的特点。

2 存在问题及解决措施

工艺改造后，进入吸收塔的水分由原来的煤气饱和水变成现在的煤气饱和水与蒸氨塔氨汽水两部分，而氨汽水进入吸收塔不仅影响磷铵循环液中H3PO4的质量浓度（酸度），而且影响系统水平衡的控制。

影响系统水平衡的因素主要有三个方面：

（1）由于煤气在吸收塔内冷却降温，溶液在吸收单元获得多余水分，而在解吸单元又失去水分，整个系统因煤气减湿增加的水分以解吸塔氨汽带水的方式得以脱出。因此，吸收塔煤气出口温度和解吸塔氨汽温度是影响水平衡的主要因素。

（2）解吸单元采用间接与直接蒸汽相结合的加热方式，故直接蒸汽量也成为影响水平衡的关键。

（3）如果富液过滤器采用蒸汽冷凝水冲洗，将有大量水进入并积存在溶液系统，需逐步从系统脱出。这部分水的增加导致富液处理能力的加大，引起解吸和精馏操作参数的调整，因此实际操作中，应尽量避免在冲洗富液过滤器时大量使用蒸汽冷凝水。

此次技术改造影响系统水平衡的主要因素是由于蒸氨塔氨汽中的水进入吸收塔，使磷铵溶液酸度降低，循环液的摩尔比减小，影响吸收效率，可通过调高吸收塔煤气出口温度，增加饱和煤气的含水量，将蒸氨氨汽中的水以饱和煤气的形式带出系统，控制系统水平衡。因此只需将吸收塔出口煤气温度做相应调整，根据蒸氨塔氨汽带入水量，核算吸收塔出口煤气温度（经核算吸收塔出口煤气温度只需提高2℃～3℃，即可满足要求），相应调整循环水量，控制循环液温度，不需增加换热设备，操作简单。