陳 超

(山西陽煤豐喜肥業(yè)〔集團(tuán)〕有限責(zé)任公司臨猗分公司 山西運(yùn)城 044100)

山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司(以下簡(jiǎn)稱臨猗分公司)的合成氨系統(tǒng)一直采用冰機(jī)制冷工藝，該工藝雖然穩(wěn)定，但電耗高，已成為制約合成氨生產(chǎn)成本下降的瓶頸。為降低合成氨生產(chǎn)成本，臨猗分公司在2017年新建280 t/h循環(huán)流化床鍋爐的同時(shí)，新建1套制冷量75.3 GJ/h的氨水制冷裝置來代替冰機(jī)。該氨水制冷裝置經(jīng)1年多的運(yùn)行，節(jié)能降耗效果顯著。

1 工藝原理及工藝流程

1.1 工藝原理

氨吸收制冷是以氨為制冷劑的循環(huán)過程，氣氨被來自精餾塔的稀氨水吸收，得到的濃氨水經(jīng)泵提壓送至精餾塔內(nèi)被加熱并提純?yōu)楦邏簹獍?，氣氨?jīng)冷凝液化后去氨冷器制冷，液氨氣化后重新被來自精餾塔的稀氨水吸收。

(1)氣氨的吸收

氣氨極易溶于水，氣氨與稀氨水經(jīng)噴射器噴射吸收后，再依次經(jīng)高效吸收器、吸收器繼續(xù)吸氨，冷卻后形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于38%的濃氨水。氣氨吸收過程中釋放的大量熱量被高效吸收器、吸收器管程的循環(huán)水帶走。

(2)濃氨水的精餾

利用受熱后氨水中的氨極易揮發(fā)的原理，在精餾塔中加熱濃氨水，使其中溶解的氨揮發(fā)出來。

(3)氣氨的冷凝

在較高壓力下，氣氨在常溫就可以液化。出精餾塔頂部的氣氨壓力控制在1.3 MPa，通過蒸發(fā)式氨冷凝器被循環(huán)水冷卻，氣氨冷凝為液氨后進(jìn)入液氨儲(chǔ)槽，以供其他系統(tǒng)使用。

1.2 工藝流程

氨水制冷裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 氨水制冷裝置工藝流程

來自1#和3#氨合成系統(tǒng)的氣氨先分別進(jìn)入過冷器與來自液氨儲(chǔ)槽的液氨換熱，然后與來自板式換熱器或溶液冷卻器的稀氨水同時(shí)進(jìn)入噴射器中，氣氨與稀氨水混合后進(jìn)入高效吸收器，產(chǎn)生的熱量被管程的循環(huán)水帶走；出高效吸收器的濃氨水分2路進(jìn)入吸收器再次吸收，產(chǎn)生的熱量被管程的循環(huán)水帶走；出吸收器的濃氨水先進(jìn)入界區(qū)外的濃氨水儲(chǔ)槽，然后經(jīng)濃氨水泵加壓后進(jìn)入板式換熱器，與出精餾塔的稀氨水換熱后從中部進(jìn)入精餾塔。

從精餾塔引出的濃氨水進(jìn)入精餾塔再沸器的管程，來自外管的0.5 MPa(表壓)飽和蒸汽進(jìn)入再沸器的殼程并對(duì)管程中的濃氨水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的冷凝液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器控制后送至界區(qū)外的冷凝液管網(wǎng)；從精餾塔底部出塔的大部分稀氨水經(jīng)板式換熱器降溫后送至噴射器中，吸收來自過冷器的氣氨，少量稀氨水(約0.5 m3/h)去不凝氣分離器；從精餾塔頂部出塔的氣氨在精餾塔頂部的冷卻器內(nèi)被循環(huán)水降溫后送至界外的氨冷凝器，得到的液氨送至液氨儲(chǔ)槽。

高效吸收器、精餾塔和濃氨水儲(chǔ)槽內(nèi)的不凝氣先分別進(jìn)入集氣管中，然后進(jìn)入不凝氣分離器底部；來自板式換熱器的少量稀氨水被不凝氣分離器外盤管中的液氨降溫后，從不凝氣分離器頂部噴頭噴淋而下，與底部的不凝氣逆流接觸以脫除其中的氣氨，達(dá)標(biāo)的不凝氣排放至大氣中。吸收了不凝氣中氣氨的稀氨水從不凝氣分離器底部自流至稀氨水儲(chǔ)槽，通過稀氨水泵送至噴射器中繼續(xù)吸收來自1#和3#氨合成系統(tǒng)的氣氨。

2 操作要點(diǎn)

要實(shí)現(xiàn)精餾塔的穩(wěn)定操作，就必須維持系統(tǒng)的物料平衡、熱量平衡和汽液平衡。物料平衡控制得好，汽液接觸效果好，傳質(zhì)效率就高。精餾塔的溫度和壓力是控制熱量平衡的基礎(chǔ)，三者互為影響。因此，一切工藝調(diào)整都必須緩慢地逐步進(jìn)行，在進(jìn)行下一步調(diào)整之前，必須待上一步調(diào)整顯現(xiàn)效果后才能進(jìn)行，否則會(huì)使工況紊亂，造成調(diào)整困難。

3 運(yùn)行效果

(1)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)

精餾塔操作壓力1.3 MPa，低壓氣氨壓力0.080 MPa，稀氨水循環(huán)量230 m3/h，精餾塔底部溫度130 ℃，稀氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，濃氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)31%，精餾塔蒸汽添加量25 t/h。

(2)運(yùn)行效果

在稀氨水循環(huán)量為230 m3/h的條件下，氨水制冷裝置可以把1#和3#氨合成系統(tǒng)的低壓氣氨壓力控制在0.10 MPa以下，而采用冰機(jī)制冷時(shí)的低壓氣氨壓力在0.12 MPa。由此可見，氨水制冷裝置完全可以達(dá)到冰機(jī)制冷的效果。

4 經(jīng)濟(jì)效益

目前臨猗分公司冰機(jī)總制冷量約為67.0 GJ(實(shí)際設(shè)計(jì)按75.3 GJ計(jì)算)，電動(dòng)機(jī)總功率約為7 300 kW，按效率0.9、年運(yùn)行時(shí)間7 600 h、電價(jià)0.45元/(kW·h)計(jì)，則年需電費(fèi)約為2 246萬元。冰機(jī)制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)需要消耗部分潤(rùn)滑油，年消耗量約為35 t，潤(rùn)滑油價(jià)格按1.5萬元/t計(jì)，則冰機(jī)年消耗潤(rùn)滑油費(fèi)用約52萬元。以上2項(xiàng)合計(jì)，冰機(jī)運(yùn)行成本在2 298萬元/a。

氨水制冷裝置的設(shè)備主要是塔器和換熱器，運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備只有2臺(tái)加壓泵(1開1備)，年運(yùn)行總費(fèi)用約90萬元。氨水制冷裝置年消耗低壓蒸汽約為160 kt，按蒸汽價(jià)格100元/t計(jì)，費(fèi)用約為1 600萬元。以上2項(xiàng)合計(jì)，氨水制冷裝置運(yùn)行成本在1 690萬元/a。

通過上述數(shù)據(jù)可知，采用氨水制冷年可節(jié)約運(yùn)行成本608萬元左右。

5 結(jié)語

氨水制冷裝置既有效利用了富余的低壓蒸汽，又減少了大量運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，從而降低了合成氨生產(chǎn)成本，達(dá)到了預(yù)期效果。