氨水制冷装置生产运行总结

2020-06-28陈超

肥料与健康 2020年2期

陈超

(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限责任公司临猗分公司山西运城 044100)

山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司(以下简称临猗分公司)的合成氨系统一直采用冰机制冷工艺，该工艺虽然稳定，但电耗高，已成为制约合成氨生产成本下降的瓶颈。为降低合成氨生产成本，临猗分公司在2017年新建280 t/h循环流化床锅炉的同时，新建1套制冷量75.3 GJ/h的氨水制冷装置来代替冰机。该氨水制冷装置经1年多的运行，节能降耗效果显著。

1 工艺原理及工艺流程

1.1 工艺原理

氨吸收制冷是以氨为制冷剂的循环过程，气氨被来自精馏塔的稀氨水吸收，得到的浓氨水经泵提压送至精馏塔内被加热并提纯为高压气氨，气氨经冷凝液化后去氨冷器制冷，液氨气化后重新被来自精馏塔的稀氨水吸收。

(1)气氨的吸收

气氨极易溶于水，气氨与稀氨水经喷射器喷射吸收后，再依次经高效吸收器、吸收器继续吸氨，冷却后形成质量分数大于38%的浓氨水。气氨吸收过程中释放的大量热量被高效吸收器、吸收器管程的循环水带走。

(2)浓氨水的精馏

利用受热后氨水中的氨极易挥发的原理，在精馏塔中加热浓氨水，使其中溶解的氨挥发出来。

(3)气氨的冷凝

在较高压力下，气氨在常温就可以液化。出精馏塔顶部的气氨压力控制在1.3 MPa，通过蒸发式氨冷凝器被循环水冷却，气氨冷凝为液氨后进入液氨储槽，以供其他系统使用。

1.2 工艺流程

氨水制冷装置工艺流程如图1所示。

图1 氨水制冷装置工艺流程

来自1#和3#氨合成系统的气氨先分别进入过冷器与来自液氨储槽的液氨换热，然后与来自板式换热器或溶液冷却器的稀氨水同时进入喷射器中，气氨与稀氨水混合后进入高效吸收器，产生的热量被管程的循环水带走；出高效吸收器的浓氨水分2路进入吸收器再次吸收，产生的热量被管程的循环水带走；出吸收器的浓氨水先进入界区外的浓氨水储槽，然后经浓氨水泵加压后进入板式换热器，与出精馏塔的稀氨水换热后从中部进入精馏塔。

从精馏塔引出的浓氨水进入精馏塔再沸器的管程，来自外管的0.5 MPa(表压)饱和蒸汽进入再沸器的壳程并对管程中的浓氨水进行加热，产生的冷凝液经液位调节器控制后送至界区外的冷凝液管网；从精馏塔底部出塔的大部分稀氨水经板式换热器降温后送至喷射器中，吸收来自过冷器的气氨，少量稀氨水(约0.5 m3/h)去不凝气分离器；从精馏塔顶部出塔的气氨在精馏塔顶部的冷却器内被循环水降温后送至界外的氨冷凝器，得到的液氨送至液氨储槽。

高效吸收器、精馏塔和浓氨水储槽内的不凝气先分别进入集气管中，然后进入不凝气分离器底部；来自板式换热器的少量稀氨水被不凝气分离器外盘管中的液氨降温后，从不凝气分离器顶部喷头喷淋而下，与底部的不凝气逆流接触以脱除其中的气氨，达标的不凝气排放至大气中。吸收了不凝气中气氨的稀氨水从不凝气分离器底部自流至稀氨水储槽，通过稀氨水泵送至喷射器中继续吸收来自1#和3#氨合成系统的气氨。

2 操作要点

要实现精馏塔的稳定操作，就必须维持系统的物料平衡、热量平衡和汽液平衡。物料平衡控制得好，汽液接触效果好，传质效率就高。精馏塔的温度和压力是控制热量平衡的基础，三者互为影响。因此，一切工艺调整都必须缓慢地逐步进行，在进行下一步调整之前，必须待上一步调整显现效果后才能进行，否则会使工况紊乱，造成调整困难。

3 运行效果

(1)主要运行数据

精馏塔操作压力1.3 MPa，低压气氨压力0.080 MPa，稀氨水循环量230 m3/h，精馏塔底部温度130 ℃，稀氨水质量分数20%，浓氨水质量分数31%，精馏塔蒸汽添加量25 t/h。

(2)运行效果

在稀氨水循环量为230 m3/h的条件下，氨水制冷装置可以把1#和3#氨合成系统的低压气氨压力控制在0.10 MPa以下，而采用冰机制冷时的低压气氨压力在0.12 MPa。由此可见，氨水制冷装置完全可以达到冰机制冷的效果。

4 经济效益

目前临猗分公司冰机总制冷量约为67.0 GJ(实际设计按75.3 GJ计算)，电动机总功率约为7 300 kW，按效率0.9、年运行时间7 600 h、电价0.45元/(kW·h)计，则年需电费约为2 246万元。冰机制冷机组运行时需要消耗部分润滑油，年消耗量约为35 t，润滑油价格按1.5万元/t计，则冰机年消耗润滑油费用约52万元。以上2项合计，冰机运行成本在2 298万元/a。

氨水制冷装置的设备主要是塔器和换热器，运转设备只有2台加压泵(1开1备)，年运行总费用约90万元。氨水制冷装置年消耗低压蒸汽约为160 kt，按蒸汽价格100元/t计，费用约为1 600万元。以上2项合计，氨水制冷装置运行成本在1 690万元/a。

通过上述数据可知，采用氨水制冷年可节约运行成本608万元左右。