馬鳳蘭，孟祥睿，劉　宏，毛文睿，魏新利

(1.鄭州市安全生產(chǎn)教育中心　河南鄭州　450006；2.熱能系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與裝備教育部工程研究中心　河南鄭州　450001；3.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院　河南鄭州　450001)

?

合成氨裝置氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)級(jí)間氣體余熱利用研究

馬鳳蘭1，孟祥睿2，3，劉宏2，3，毛文睿2，3，魏新利2，3

(1.鄭州市安全生產(chǎn)教育中心河南鄭州450006；2.熱能系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與裝備教育部工程研究中心河南鄭州450001；3.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院河南鄭州450001)

針對(duì)合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)，提出了回收氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)級(jí)間氣體余熱的工藝技術(shù)新方案。該方案以回收的氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)級(jí)間氣體余熱來(lái)驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷機(jī)制取冷水，再用冷水冷卻壓縮機(jī)一入氣體，達(dá)到降低壓縮工段能耗、提高生產(chǎn)效率的目的。通過(guò)對(duì)240 kt/a合成氨生產(chǎn)裝置壓縮工段的研究表明：該方案可節(jié)省近2/3的循環(huán)冷卻水用量；在同等耗電量的情況下，壓縮機(jī)打氣量將增加9 156 m3/h(標(biāo)態(tài))，折合氨產(chǎn)量2.1 t/h以上，噸氨電耗可降低約115 kW·h；新方案的投資回收期約為7.5個(gè)月。

余熱利用氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)級(jí)間氣體溴化鋰吸收式制冷經(jīng)濟(jì)性分析

在合成氨生產(chǎn)中，氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)(以下簡(jiǎn)稱壓縮機(jī))的能耗約占合成氨車間總動(dòng)力消耗的70%以上，其中有相當(dāng)大的一部分以低溫廢熱的形式通過(guò)循環(huán)水帶走而散失至環(huán)境中。近年來(lái)，不少專家學(xué)者對(duì)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中低溫余熱的利用進(jìn)行了研究，如采用熱管回收煙氣余熱[1]、利用溴化鋰吸收式熱泵[2- 3]回收尿素生產(chǎn)過(guò)程中的工藝余熱制取冷水等，以提高系統(tǒng)負(fù)荷和氨產(chǎn)量，然而對(duì)壓縮機(jī)級(jí)間氣體余熱的利用鮮見公開文獻(xiàn)報(bào)道。本文根據(jù)河南省某企業(yè)240 kt/a合成氨生產(chǎn)裝置的基本情況，在不改變其原有生產(chǎn)工藝流程的前提下，提出了回收利用壓縮機(jī)級(jí)間氣體余熱的方案，并對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行了分析。

1　原工藝流程分析

原壓縮工段9#，11#和12#壓縮機(jī)組工藝流程如圖1所示。

圖1　原壓縮工段壓縮機(jī)組工藝流程

原壓縮工段3臺(tái)壓縮機(jī)入口原料氣溫度為42 ℃，原料氣經(jīng)一級(jí)壓縮后，冬季溫度在125～160 ℃，夏季溫度在145～185 ℃(表1)；一級(jí)壓縮后的原料氣經(jīng)級(jí)間換熱器冷卻降溫至約40 ℃后送至二級(jí)壓縮，溫度再次上升至120～160 ℃(冬季)，再經(jīng)級(jí)間換熱器冷卻后送三級(jí)壓縮。每級(jí)壓縮機(jī)級(jí)間換熱器中的冷卻水通過(guò)涼水塔進(jìn)行循環(huán)冷卻，級(jí)間壓縮氣體的所有余熱均通過(guò)涼水塔排放至大氣中，造成了資源的浪費(fèi)并污染環(huán)境。

表19#，11#和12#壓縮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)

項(xiàng)目平均溫度/℃冬季夏季壓力/MPa9#壓縮機(jī)組一級(jí)出口156.7164.90.330二級(jí)出口158.7184.90.820三級(jí)出口140.0164.42.10011#壓縮機(jī)組一級(jí)出口124.8153.80.248二級(jí)出口155.0176.60.800三級(jí)出口151.8177.92.28012#壓縮機(jī)組一級(jí)出口131.6148.40.290二級(jí)出口119.8153.90.800三級(jí)出口122.1156.62.250

對(duì)原壓縮機(jī)組工藝流程進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)一級(jí)入口(一入)氣體溫度過(guò)高，影響了壓縮機(jī)的工作效率。不同一入氣體溫度所對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

表2不同一入氣體溫度所對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)

一入氣體溫度/℃打氣量/(m3·h-1,標(biāo)態(tài))額定有效水蒸氣分壓/kPa水蒸氣體積分?jǐn)?shù)/%1559800557491.711.62059800544092.342.33059800516454.244.13559800501405.625.44059800484317.387.14559800465939.589.2

由表2可見，當(dāng)壓縮機(jī)一入氣體溫度由45 ℃降至15 ℃時(shí)，有效打氣量提高了16.4%，即降低壓縮機(jī)一入氣體溫度可有效提高壓縮機(jī)的有效打氣量。研究表明，壓縮機(jī)一入氣體溫度每降低10 ℃，有效打氣量可提高約6.5%，單位供氣量的功耗則可降低6%[4]左右。與此同時(shí)，壓縮機(jī)排氣溫度也會(huì)隨之降低，排氣閥使用壽命得以延長(zhǎng)，從而可減少因停機(jī)檢修給企業(yè)帶來(lái)的損失。

2　新方案設(shè)計(jì)

回收利用壓縮機(jī)級(jí)間氣體余熱工藝流程如圖2所示。

圖2　回收利用壓縮機(jī)級(jí)間氣體余熱工藝流程

在該工藝流程中，壓縮機(jī)相鄰兩級(jí)之間增設(shè)1臺(tái)換熱器，來(lái)自上級(jí)壓縮的高溫氣體首先進(jìn)入新增的級(jí)間換熱器，然后進(jìn)入原級(jí)間換熱器。在新增級(jí)間換熱器中，高溫壓縮氣體被冷卻至100 ℃左右，冷媒脫鹽水被加熱至約95 ℃；在原級(jí)間換熱器中，高溫壓縮氣體被來(lái)自涼水塔的冷卻水進(jìn)一步冷卻至40 ℃以下，然后進(jìn)入下級(jí)壓縮，以此類推。匯總各新增級(jí)間換熱器中約95 ℃的脫鹽水用于驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷機(jī)，制得的約8 ℃冷水送原料氣換熱器以冷卻壓縮機(jī)一入氣體，提高壓縮機(jī)有效打氣量。

3　分析模型的建立

文獻(xiàn)[5- 7]表明，采用Aspen Plus大型通用流程模擬軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)合成氨工藝流程的模擬研究，因此采用該軟件對(duì)合成氨壓縮工段進(jìn)行模擬分析。

壓縮工段原料氣組分分析如表3所示，壓縮機(jī)參數(shù)如表4所示。

表3壓縮工段原料氣組分分析

項(xiàng)目H2N2CH4COCO2H2OO2Ar體積分?jǐn)?shù)/%36.5421.130.002828.46167.036.830.00280.0028質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%3.7530.350.7141.8315.866.750.170.58

表4壓縮機(jī)參數(shù)

壓縮機(jī)型 號(hào)容積流量/(m3·min-1)9#6M32B-274/31427411#6M40-340/31434012#M-155/54155

3.1單元模型的選擇

氨合成壓縮工段及溴化鋰吸收式制冷機(jī)所涉及的單元模塊主要有換熱器模塊、流體輸送模塊和混合/分離模塊。

(1)換熱器模塊

Aspen Plus軟件提供了Heater，HeatX以及MHeatX 3種不同的傳熱單元模塊，根據(jù)模擬對(duì)象特點(diǎn)選擇不同的模塊。溴化鋰吸收式制冷機(jī)選用Heater模塊模擬，因?yàn)榕cHeatX模塊相比，Heater模塊可以對(duì)換熱器中的熱量加以規(guī)定或添加設(shè)計(jì)規(guī)定，并可對(duì)計(jì)算模塊進(jìn)行條件上的限制。氨合成壓縮工段的換熱器選用HeatX模塊模擬，因?yàn)镠eatX在模擬2股物流逆流或并流時(shí)的熱量交換過(guò)程較優(yōu)秀，并可進(jìn)行簡(jiǎn)捷計(jì)算或詳細(xì)計(jì)算。

(2)流體輸送模塊

Aspen Plus軟件提供了Pump，Compr，MCompr，Valve，Pipe和Pipeline 6種不同的流體輸送模塊。模擬中選用了Valve，Pipe和Pipeline 3種模塊，其中：Valve模塊用于調(diào)節(jié)壓力大小；Pipe模塊用于模擬計(jì)算通過(guò)單管段或環(huán)形空間的壓降或傳熱量；Pipeline模塊用于模擬多段不同直徑或斜度的管段串聯(lián)組成的管線。

(3)混合/分離模塊

Aspen Plus軟件提供了Mixer，F(xiàn)Split，Mult，Dupl，F(xiàn)lash和Sep 6種混合/分離模塊。除了在溴化鋰吸收式制冷機(jī)的發(fā)生器中選用Flash2模塊外，在多級(jí)壓縮模擬過(guò)程中，原料氣進(jìn)入每一級(jí)壓縮機(jī)前都會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)Flash2模塊，以分離出原料氣中的水蒸氣。Sep模塊用于組分分離器。

3.2物性方法的選擇

物性方法是指Aspen Plus軟件在模擬計(jì)算過(guò)程中針對(duì)流股具體成分選用適合的分析方法和計(jì)算模型。Aspen Plus軟件自身?yè)碛?個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫(kù)Aspen CD和DIPPR，還有數(shù)個(gè)專用數(shù)據(jù)庫(kù)[8]。

在溴化鋰吸收式制冷機(jī)模擬上選用了STEAMNBS方法和ELECNRTL方法，包含2個(gè)循環(huán)，分別是溴化鋰溶液/蒸氣的循環(huán)和水溶液/蒸汽的循環(huán)。在模擬氨合成多級(jí)壓縮時(shí)，采用了STEAMNBS方法和PENG-ROB方法。在脫鹽水循環(huán)和冷卻水循環(huán)中，工藝介質(zhì)主要是水，所以在模擬中采用較高精度的STEAMNBS方法。原料氣的主要成分是O2，N2，H2，Ar，CO2、CH4等非極性分子和H2O等極性分子，且不含電解質(zhì)，屬于典型的非極性組分和弱極性組分的混合物系，根據(jù)表示物性方法的特點(diǎn)，模擬中原料氣采用PENG-ROB方法表示物性。

4　模擬結(jié)果與分析

4.1原有方案的模擬與對(duì)比驗(yàn)證

為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性，以原工藝流程夏季工況(入口原料氣溫度42 ℃)為輸入條件進(jìn)行模擬并與實(shí)際操作記錄進(jìn)行對(duì)比。原工藝流程Aspen模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比如表5所示。

表5原工藝流程Aspen模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比

項(xiàng) 目模擬結(jié)果溫度/℃壓力/MPa實(shí)際數(shù)據(jù)溫度/℃壓力/MPa溫度偏差/%9#壓縮機(jī)組一級(jí)出口167.30.330164.90.3301.45二級(jí)出口184.10.820184.90.8200.43三級(jí)出口165.72.100164.42.1000.7911#壓縮機(jī)組一級(jí)出口157.20.248153.80.2482.21二級(jí)出口178.00.800176.60.8000.79三級(jí)出口182.22.280177.92.2802.4012#壓縮機(jī)組一級(jí)出口149.20.290148.40.2900.54二級(jí)出口161.80.800153.90.8005.13三級(jí)出口165.72.250156.62.2505.81

由表5可見，模擬結(jié)果與實(shí)際操作數(shù)據(jù)之間的溫度偏差在6%以內(nèi)，表明采用Aspen Plus軟件對(duì)多級(jí)壓縮建立的模擬模型是準(zhǔn)確可靠的。

4.2新方案的模擬分析

采用Aspen Plus軟件對(duì)新工藝流程進(jìn)行分析模擬，新壓縮工段入口原料氣輸入?yún)?shù)如表3所示，各壓縮機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6新壓縮工段各壓縮機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果

項(xiàng) 目9-COM-19-COM-29-COM-311-COM-111-COM-211-COM-312-COM-112-COM-212-COM-3入口氣體壓力/MPa0.120.290.780.120.210.760.120.250.76入口氣體溫度/℃254040254040254040指示功率/kW759.85816.45739.35702.441113.44961.54349.67444.17384.77出口氣體壓力/MPa0.330.822.100.250.802.280.290.802.25出口氣體溫度/℃157.8186.5170.6124.6196.6177.4131.9151.6158.9

注：1)9-COM-1指9#壓縮機(jī)組一級(jí)壓縮，9-COM-2指9#壓縮機(jī)組二級(jí)壓縮，以此類推。

在冷卻水循環(huán)所涉及的換熱器(熱流體溫度從100 ℃下降至40 ℃，冷流體溫度從32 ℃上升至38 ℃)中，計(jì)算類型統(tǒng)一選擇“Design”，換熱器選項(xiàng)中一律規(guī)定“Hot stream outlet temperature”的值為40 ℃(為了保證換熱后原料氣能以40 ℃進(jìn)入下一級(jí)壓縮)，每臺(tái)換熱器的壓力降設(shè)定為0.02 MPa，則計(jì)算結(jié)果如表7所示。

在溴化鋰吸收式制冷機(jī)脫鹽水循環(huán)所涉及的換熱器(熱流體由壓縮機(jī)排出后經(jīng)換熱降溫至100 ℃左右，脫鹽水溫度由約85 ℃上升至約95 ℃)中，計(jì)算類型統(tǒng)一選擇“Design”，換熱器選項(xiàng)中一律規(guī)定“Hot stream outlet temperature”的值為100 ℃，每臺(tái)換熱器的壓力降設(shè)定為0.02 MPa，則所得模擬計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表7級(jí)間冷卻水循環(huán)換熱器模擬計(jì)算結(jié)果

項(xiàng) 目9-H1-29-H2-29-H3-211-H1-211-H2-2冷卻水質(zhì)量流量/(kg·s-1)14.58818.53415.35716.88122.831冷卻水體積流量/(m3·s-1)0.0150.0190.0150.0170.023冷卻水物質(zhì)的量流量/(kmol·s-1)0.8101.0290.8520.9371.267熱負(fù)荷/W366108465087385355423584572966換熱面積(K=200W·m-2·℃-1)/m252.366.555.060.581.9殼程溫度變化/℃100/40100/40100/40100/40100/40管程溫度變化/℃32/3832/3832/3832/3832/38殼程出口氣相物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)0.9970.9860.9950.9990.986項(xiàng) 目11-H3-212-H1-212-H2-212-H3-2總計(jì)冷卻水質(zhì)量流量/(kg·s-1)19.1927.8337.9708.889132.704冷卻水體積流量/(m3·s-1)0.0190.0080.0110.0090.136冷卻水物質(zhì)的量流量/(kmol·s-1)1.0650.4350.5880.4937.476熱負(fù)荷/W4815901965642656482230643379966換熱面積(K=200W·m-2·℃-1)/m268.828.038.031.9482.9殼程溫度變化/℃100/40100/40100/40100/40管程溫度變化/℃32/3832/3832/3832/38殼程出口氣相物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)0.9950.9990.9860.995

注：1)9-H1-2指9#壓縮機(jī)組一級(jí)壓縮級(jí)間的第2臺(tái)換熱器，9-H2-2指9#壓縮機(jī)組二級(jí)壓縮級(jí)間的第2臺(tái)換熱器，以此類推。

表8級(jí)間溴化鋰吸收式制冷機(jī)循環(huán)換熱器模擬計(jì)算結(jié)果

項(xiàng) 目9-H1-19-H2-19-H3-111-H1-111-H2-1冷卻水質(zhì)量流量/(kg·s-1)3.9755.6754.8392.0878.265冷卻水體積流量/(m3·s-1)0.0040.0060.0050.0020.008冷卻水物質(zhì)的量流量/(kmol·s-1)0.2210.3150.2690.1160.459熱負(fù)荷/W333782476532406344175263572966換熱面積(K=200W·m-2·℃-1)/m247.768.058.025.081.9殼程溫度變化/℃157.8/100.0182.1/100.0170.6/100.0124.6/100.0196.6/100.0管程溫度變化/℃75/9575/9575/9575/9575/95殼程出口氣相物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)1.0001.0001.0001.0001.000項(xiàng) 目11-H3-112-H1-112-H2-112-H3-1總計(jì)冷卻水質(zhì)量流量/(kg·s-1)6.5621.2552.9712.31537.943冷卻水體積流量/(m3·s-1)0.0070.0010.0030.0020.038冷卻水物質(zhì)的量流量/(kmol·s-1)0.3640.0700.1650.1282.107熱負(fù)荷/W5510611053852495281943793065240換熱面積(K=200W·m-2·℃-1)/m278.715.025.627.8437.9殼程溫度變化/℃177.4/100.0131.9/100.0175.0/100.0158.9/100.0管程溫度變化/℃75/9575/9575/9575/95殼程出口氣相物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)1.0001.0001.0001.000

注：1)9-H1-1指9#壓縮機(jī)組一級(jí)壓縮級(jí)間的第1臺(tái)換熱器，9-H2-1指9#壓縮機(jī)組二級(jí)壓縮級(jí)間的第1臺(tái)換熱器，以此類推。

由表8可知，級(jí)間溴化鋰吸收式制冷機(jī)循環(huán)換熱器能提供95 ℃脫鹽水37.943 kg/s，計(jì)算后可知其提供的熱量約3 182 kW。

4.3模擬結(jié)果分析

原工藝流程原料氣入口流量為10.68 kg/s，入口氣體溫度為42 ℃，整個(gè)流程所需32 ℃冷卻水量為311.366 kg/s。

采用新工藝流程后，在入口原料氣流量不變的情況下，新增設(shè)的溴化鋰吸收式制冷機(jī)可制得溫度約為8 ℃的冷水流量為112.303 kg/s，超過(guò)原料氣換熱器所需冷水量(60.271 kg/s)，并在充分滿足原料氣換熱器需求后還有52.032 kg/s的余量，可以供企業(yè)內(nèi)部其他用冷處使用。如將多余的冷水加入32 ℃循環(huán)冷卻水中，則壓縮工段對(duì)32 ℃循環(huán)冷卻水的需求量將由原工藝流程的311.366 kg/s下降至97.449 kg/s，即與原工藝流程相比，新工藝流程的壓縮工段可節(jié)省循環(huán)冷卻水用量68.7%。

5　新方案經(jīng)濟(jì)性分析

新工藝流程與原工藝流程的經(jīng)濟(jì)性分析對(duì)比可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：①新工藝流程節(jié)約的32 ℃循環(huán)冷卻水用量及成本；②因原料氣入口溫度降低而提高了壓縮機(jī)的效率，并由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益；③新流程中因增加設(shè)備(如溴化鋰吸收式制冷機(jī)、級(jí)間換熱器等)所需的購(gòu)置成本；④新增設(shè)備的運(yùn)行成本。

5.1冷卻循環(huán)水用量及成本

在扣除溴化鋰吸收式制冷機(jī)所需的循環(huán)冷卻水量后，新工藝流程比原流程節(jié)水79.224 kg/s。按循環(huán)水成本3.5元/t計(jì)，可節(jié)約循環(huán)冷卻水成本998元/h。

由于新工藝流程只在氣溫較高的季節(jié)投用，按年運(yùn)行6個(gè)月、每個(gè)月30 d計(jì)，則新工藝流程可為企業(yè)節(jié)約循環(huán)冷卻水費(fèi)用431.23萬(wàn)元/a。

5.2壓縮機(jī)效率提高而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，壓縮機(jī)進(jìn)口溫度每降低10 ℃，壓縮機(jī)有效打氣量可提高6.5%左右，單位供氣量功耗降低6%左右。則在同等耗電量的情況下，新工藝流程供氣量增加9 156 m3/h(標(biāo)態(tài))，折合氨產(chǎn)量在2.1 t/h以上，噸氨電耗降低約115 kW·h，年節(jié)電約7 180 000 kW·h(在氣溫較高的季節(jié)使用)，約合315.92萬(wàn)元/a。

5.3新增設(shè)備成本

(1)新增溴化鋰吸收式制冷機(jī)花費(fèi)資金約180.00萬(wàn)元。

(2)新增9臺(tái)級(jí)間換熱器和1臺(tái)原料氣換熱器，按級(jí)間換熱器10.00萬(wàn)元/臺(tái)、原料氣換熱器55.00萬(wàn)元/臺(tái)計(jì)，共計(jì)145.00萬(wàn)元。

(3)連接所用的管道、閥門、彎頭、保溫層等按20.00萬(wàn)元計(jì)。

(4)安裝、施工、調(diào)試費(fèi)用按總費(fèi)用的15%計(jì)，即51.75萬(wàn)元。

則新增設(shè)備成本共計(jì)約396.75萬(wàn)元。

5.4新增設(shè)備運(yùn)行成本

(1)按溴化鋰吸收式制冷機(jī)功率250 kW、每臺(tái)循環(huán)水泵功率5 kW、年工作運(yùn)行6個(gè)月、每個(gè)月30.5 d、電價(jià)0.56元/(kW·h)計(jì)，則4臺(tái)循環(huán)水泵與溴化鋰吸收式制冷機(jī)共需耗費(fèi)電量約1 185 840 kW·h，共計(jì)電費(fèi)約66.40萬(wàn)元/a。

(2)溴化鋰吸收式制冷機(jī)內(nèi)保有的溴化鋰溶液費(fèi)用按3.00萬(wàn)元/a計(jì)。

(3)溴化鋰吸收式制冷機(jī)內(nèi)保有的冷水(8～13 ℃)費(fèi)用按2.00萬(wàn)元/a計(jì)。

(4)設(shè)備運(yùn)行中所需要的維護(hù)費(fèi)用按照20.00萬(wàn)元/a計(jì)。

(5)新工藝流程中循環(huán)脫鹽水(75～95 ℃)原始成本按8.00萬(wàn)元/a計(jì)。

則新增設(shè)備年運(yùn)行成本共計(jì)約99.40萬(wàn)元,費(fèi)用匯總?cè)绫?所示。

表9費(fèi)用匯總

項(xiàng) 目費(fèi)用1)/(萬(wàn)元·a-1)節(jié)約冷卻循環(huán)水的成本+431.23壓縮機(jī)效率提高而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益+315.92新增設(shè)備成本-396.75新增設(shè)備運(yùn)行成本-99.40

注：1)+表示經(jīng)濟(jì)效益提高，-表示增加的成本和費(fèi)用。

由表9可知，投資回成期約0.61年，折合7.4個(gè)月。

6　結(jié)語(yǔ)

采用Aspen plus軟件，對(duì)240 kt/a合成氨裝置壓縮工段級(jí)間氣體余熱回收利用方案進(jìn)行了技術(shù)可行性研究，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行了初步分析，得到的主要結(jié)論如下。

(1)利用合成氨裝置氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)級(jí)間氣體余熱驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷機(jī)組制取冷水，再用制得的8 ℃冷水冷卻壓縮機(jī)入口原料氣，該工藝技術(shù)方案在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的。

(2)通過(guò)對(duì)目標(biāo)企業(yè)3臺(tái)壓縮機(jī)組前三級(jí)壓縮的模擬分析，與原工藝流程相比，新工藝流程節(jié)省循環(huán)冷卻水用量68.7%；在同等耗電量的情況下，壓縮機(jī)打氣量增加9 156 m3/h(標(biāo)態(tài))，折合氨產(chǎn)量2.1 t/h以上，噸氨電耗降低約115 kW·h。

(3)通過(guò)對(duì)目標(biāo)企業(yè)3臺(tái)壓縮機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性分析可知，新工藝技術(shù)方案的投資回收期約為7.4個(gè)月，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1]王璐，閆潤(rùn)生.熱管技術(shù)在中低溫?zé)煔庥酂峄厥罩械膽?yīng)用[J].工業(yè)鍋爐，2014(1)：36- 38.

[2]溫志梅.余熱-地?zé)嵩翠寤囄帐綗岜脵C(jī)組研究[D].唐山：河北聯(lián)合大學(xué)，2012.

[3]王江，趙治泉.溴化鋰制冷技術(shù)在氨合成系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].中氮肥，2013(3)：14- 15.

[4]魏新利，湯本凱.降低壓縮機(jī)吸氣溫度對(duì)排氣量和功耗的影響分析[J].化肥工業(yè)，2012(3)：29- 32.

[5]陳倩倩.合成氨反應(yīng)器及工藝流程的模擬計(jì)算[D].上海：華東理工大學(xué)，2011.

[6]王定標(biāo)，張榮，向颯，等.氨合成工段過(guò)程模擬與優(yōu)化[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2009(4)：48- 52.

[7]楊玉和，徐顯明，李方偉，等.合成氨系統(tǒng)反應(yīng)溫度對(duì)能耗影響模擬研究[J].天然氣化工，2005(6)：19- 22.

[8]孫蘭義.化工流程模擬實(shí)訓(xùn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

Study of Waste Heat Utilization of Nitrogen Hydrogen Compressor Interstage Gas of Synthetic Ammonia Plant

MA Fenglan1, MENG Xiangrui2,3, LIU Hong2,3, MAO Wenrui2,3, WEI Xinli2,3

(1.Zhengzhou Safety Production Education CenterHenan Zhengzhou450006；2.Ministry of Education Engineering Research Center of Thermal System Energy Saving Technology and EquipmentHenan Zhengzhou450001； 3.School of Chemical Engineering and Energy, Zhengzhou UniversityHenan Zhengzhou450001)

In connection with synthetic ammonia production system, a new process technology scheme to recover waste heat of nitrogen hydrogen compressor interstage gas is proposed. The scheme, which uses the recovered waste heat of nitrogen hydrogen compressor interstage gas to drive lithium bromide absorption refrigerator to make cooling water, then the cooling water is used to cool primary entrance gas of compressor, can achieve the aim of reducing energy consumption of compression section and improving productivity. Study results of compression section of 240 kt/a synthesis ammonia production plant indicates that this scheme can save nearly 2/3 of circulating cooling water; under same power consumption, the capacity of the compressor will increase 9 156 m2/h (standard conditions), converted into ammonia output it is above 2.1 t/h, power consumption per ton of ammonia can decrease about 115 kW·h; investment recovery period of the new scheme is approximately 7.5 months.

waste heat utilizationnitrogen hydrogen compressorinterstage gaslithium bromide absorption refrigerationeconomic analysis

馬鳳蘭(1964—)，煤田地質(zhì)與勘探工學(xué)學(xué)士，工程師。

X706

A

1006- 7779(2016)04- 0033- 07

2016- 05- 05)