合成氨工业氨尾气处理方法研究

徐魁章

摘 要：合成氨装置尾气的综合回收利用既能达到增产降耗、提高经济效益的目的，又能有利于环境保护，即变废为宝。对合成氨尾气的综合回收利用的研究具有十分重要的意义。基于此，本文主要对合成氨工业氨尾气处理方法进行分析探讨。

关键词：合成氨；工业氨；尾气处理方法

随着生产装置能力的大幅度提升，合成氨生产过程中尾气的综合回收利用，得到了高度关注，其回收利用方式方法也逐步并得到完善，运行好这些尾气回收流程，对降低生产消耗和环境保护都是非常有利的。

1 合成氨尾气回收利用的新工艺及特点

1.1 氨合成系统吹除气中的氢和氨回收利用-普里森

目前，用于回收氢气的方法有中空纤维膜分离法、变压吸附分离器法和深冷分离法。其具有良好的选择性渗透特性。它充分利用各种气体分子的渗透速率不同，来实现不同气体的分离与回收。由于氨对普里森膜具有很大的危害（中空纤维丝暴露在200cm3/m3以上氨的气氛中会失效），所以合成吹除气在进入膜分离之前，利用高压水洗涤先除去。吹除气中的氢气、氮气、甲烷、氩气的渗透速率，按从大到小排序为氢气、氩气、甲烷、氮气，所以氢气率先渗透出来，该装置氢回收率高达95%，氢气纯度达到90%以上。

通过普里森膜分离得到的氢，返回到氢氮气压缩机高压机入口，加压再返回合成系统继续反应生成氨，同时得到的稀氨水送入氨库稀氨水罐贮存。这样不但可以改善环境，而且也让有效气体得到高效利用。

普里森回收装置生产流程：合成吹除气压力由20～28MPa降到10MPa左右进入高压吸氨塔，吹除气与高压水泵送来的冷脱盐水逆流接触洗去气相中的氨，使出塔气体中气相的氨浓度降至≤5×10-6；经分离器后，再经蒸汽间接加热至高于饱和温度10～15℃，保证气相中无液态水后，方可进入普里森膜。在压力差作用下将气体分离成渗透气和非渗透气两部分：渗透气（即产品氢）的压力约1.6MPa，送往高压机入口加压送合成继续生产氨。非渗透气的压力约2.0MPa，降低压力后送两个转化工序做燃料；非渗透气一侧新增一路（或）减压到无动力氨回收做动力气。普里森氢回收装置既能回收合成吹除气中的氨，又能回收得到高浓度的氢，一举两得，只不过回收得到的稀氨水浓度不高，一般送氨库进行尾气吸氨塔循环提浓。

1.2 液氨中間罐和贮罐尾气中氨的回收利用-无动力氨

合成气体则会在高压下溶解在液氨中，随液氨分离系统离开合成工序，在减压后从液氨中间罐和贮罐中解析出来，该驰放气中含有氢、甲烷、氮、氩、氨等气体。主要靠无动力氨回收技术来实现回收驰放气中的氨。该技术工作原理是根据氨合成驰放气中各组分间沸点的差异而实现氨的分离和回收的。

无动力氨回收装置生产流程：

①气体轴承透平膨胀机的轴承气流程：普里森来的非渗透气经过减压阀和轴承气过滤器后压力稳定在0.5～0.7MPa，进入膨胀机形成气膜“润滑”膨胀机轴承，然后与制动气汇合去尾气燃烧；

②非渗透气和分氨尾气的膨胀制冷：首先是普里森来的非渗透气经过硅胶干燥后，进一级热交换器预冷，然后去1#、2#膨胀机组膨胀制冷；其次是驰放气分离液氨后的尾气（称为“分氨尾气”）回收冷量后再通过3#、4#膨胀机组（只作通道用），这两股膨胀制冷后的低温气体汇合后进入二级热交换器和一级热交换器提供冷量，然后再去膨胀机做制动气，最后变为低压尾气送新老转化岗位燃烧；

③驰放气中氨的冷凝：液氨中间罐和液氨储罐的弛放气汇合后进入油水分离器，再进入一级热交换器和二级热交换器逐级冷却，温度逐渐降低，此时驰放气中的气氨冷凝为液氨，液氨分别在一级气液分离器和二级气液分离器中分离，分离液氨后的分氨尾气进入3#、4#膨胀机组；二级分离出的液氨减压节流返回二级热交换器，并与一级分离出的液氨减压后汇合，进入一级热交换器进行蒸发，变为低压气氨，低压气氨回收冷量后出换热器组，低压气氨送入气氨管内。

2 合成氨尾气回收利用存在问题及对策

2.1 普里森氢回收率有待提升

随着160kt/a生产能力的形成，合成吹除气量明显增加，这样普里森高压洗氨塔的能力就不足；加之普里森氢回收装置中的4寸膜，在损坏后，一直单独使用8寸膜，随着负荷的增加，吹除气量进一步增大，单独使用这根已损坏的8寸膜不能保证回收氢量，将导致合成压力的上涨，消耗增加，于是完成8寸膜的更新工作，4寸膜有待更新。

2.2 稀氨水浓度提升

普里森高压洗氨塔和尾气吸氨塔回收得到的氨水浓度都比较低，特别是普里森吸氨塔最低，若将这部分直接送公司联碱厂淡液蒸馏塔回收氨，蒸汽消耗大幅度上升。因此，在合成氨厂实施稀氨水在氨库尾气吸氨塔内循环提浓，有利于降低稀氨水回收的脱盐水消耗和氨回收的蒸汽消耗。

3 结语

合成氨尾气采用普里森膜氢回收装置和无动力氨回收装置，使得尾气价值得到充分利用，二者工艺流程简单，操作灵活，设备少，占地小，运转设备少，便于维护。而且这两套回收装置，临时故障根本不影响合成氨大系统的稳定运行。实施上述一系列的合成氨尾气回收措施后，合成氨尾气综合利用取得了显著效果，既能提高氨产量，又能有效降低合成氨生产成本，同时也减少了尾气燃烧后排入大气带来的污染（NOx），经济效益和社会效益实现了“双丰收”。

参考文献：

[1]胡耀强，何飞，韩建红.天然气脱水技术[J].化学工程与装备，2013（3）：151-153.