合成氨弛放气膜分离回收氢技术总结_罗雪峰

氮 肥 技 术 2010 年第 31 卷第 4 期 摘 要 简要介绍对合成氨弛放气采用膜分离回收氢技术的工艺流程!主要设备!生产运行!装置特点和经济效益情况" 关键词 合成氨 弛放气 膜分离 回收氢 运行总结 合成氨弛放气膜分离回收氢技术总结 罗雪峰 卢玉春 （四川美丰化工股份有限公司德阳分公司 德阳 618000） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" ! ! ! ! ! ! ! ! ! " "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " 2005 年，我公司扩能技改工程 20&10 4 t 合成 氨装置建成投产，该装置由中国成达化学工程公 司设计"原国内的二套 20&10 4 t 合成氨装置的合 成放空气都是经过简单的洗氨后，送一段炉作燃 料气，一方面使得一段炉烟气排放量增大，另一 方面也增加了生产能耗"因此在原有二套的基础 上，对合成工段的弛放气处理重新进行设计，采 用了中国科学院大连化学物理研究所的膜分离 技术"现将该膜回收装置运行情况介绍如下" 1 工艺流程及主要设备 1.1 工艺流程 本装置分为预处理和膜分离两部分"预处理 包括弛放气的净化（脱氨）和加热干燥"弛放气首 先经薄膜调节阀减压至 10%12MPa 左右，然后进 入洗氨塔，气体在洗氨塔中与高压水泵打进的软 化水在填料层中逆流接触，气相中的氨气被水吸 收后变成氨水，由塔底排出"脱氨后的气体由塔 顶排出后进入气液分离器，使水洗过程中气体夹 带的雾沫得到分离"水洗后气体中氨的体积分 数＜200&10 -6 "洗氨塔吸收过程是个放热过程， 因此，塔底氨水温度较高，约 60)" 由于水洗过程气液两相平衡，使得塔顶出来 的原料气中水蒸汽含量处于饱和状态"在气液分 离器以后的管路及膜分离器中冷却降温会出现 水雾，进入膜分离器后会造成膜分离器性能下 降"因此，气液分离器排出来的气体必须经过加 热处理"加热器为一套管式换热器，热源为 1.0MPa 饱和蒸汽"原料气在换热器中被加热到 45)左右，此时原料气中的水含量远离饱和点， 不会产生水雾，影响分离性能" 经过水洗!加热后的原料气送 入膜分离器中 进行分离，分离器组由 4 根 !200 &3 000mm 中空 纤维膜分离器组成，采用串联形式连接"每根分 离器均可采用阀门切断或接通，根据不同的处理 量改变回收氢气的纯度和回收率" 原料气进入膜分离器后，中空纤维膜对氢气 有较高的选择性"靠中空纤维膜内!外两侧分压 差为推动力，通过渗透!溶解!扩散!解吸等步骤 而实现分离"使中空纤维膜内侧形成富氢气区气 流，而外侧形成了惰性气流"前者称为渗透气，后 者成为尾气"渗透气经压缩重返合成系统，尾气 供燃烧" 原料气经

过两根膜分离后，其中质量分数为 86％以上氢气被分离出来，剩余尾气中氢气含量 很少，通过第 4 根分离器的尾部薄膜调节阀减压 至 0.4MPa 排出" 1.2 主要设备 （1）高压水泵 高压水泵为弛放气水洗用泵"水泵的额定压 力为 16MPa，额定流量为 4.0m 3 /h，功率为 22kW" （2）洗氨塔 洗氨塔为一填料塔"软化水由塔上部输入， 氨水由塔底排出，弛放气由塔下部进入"脱氨后 原料气由塔顶排出进入气液分离器"氨水液位通 过高压液位计自动控制，操作压力为 10% 12MPa" （3）气液分离器 气液分离器用来分离原料气中夹带的雾沫" 液体从气液分离器底部手动定时排放，设有液位 上限报警"分离后的气体从顶部排出进入加热 器" （4）加热器 加热器为一管式换热器"加热介质为 1.0MPa 的饱和蒸汽，原料气走管程，蒸汽走壳程，原料气 被加热到 45)"温度通过薄膜调节阀调节蒸汽量 控制" 14（5）中空纤维膜分离器 中空纤维膜分离器组采用了 4 根结构相同 的 !200&3 000mm 膜分离器组成"膜分离器是本 装置的核心，它的芯部由数以万计的中空纤维管 组成"原料气由分离器下端侧口进入，沿纤维束 外表面向上流动，气体接触到中空纤维膜时便进 行渗透!溶解!扩散!解析过程"由于中空纤维膜 对各种气体渗透的选择性不同，从而达到分离的 目的"如氢气在膜表面渗透速率是甲烷!氮气及 氩气等的几十倍"氢气进入每根中空纤维管内， 汇集后从膜分离器下口排出，未渗透的尾气从膜 分离器的上口排出" （6）冷却器 冷却器为列管式冷却器"冷却介质为 0.3MPa 的循环冷却水，原料气走管程，冷却水走壳程，原 料气被冷却到 45)以下"两台冷却器串联使用" 2 运行情况 装置建成投产后，运行稳定，渗透气中 H 2 的 体积分数基本都保持在 90％左右，氢回收率也达 到或超过设计指标 86％"具体操作数据见表 1" 表 1 膜回收装置操作数据(2007 年) 日期 压力 MPa 入膜 温度 ) 原料气组分 的体积分数 % 渗透气组分 的体积分数 % 尾气组分的 体积分数 % 氨水中 氨的质 量分 数% 入膜气 中氨的 体积分 数&10 -6 氢回 收率 % 入膜气 渗透气 入膜气 渗透气 尾气 H 2 H 2 H 2 CH 4 2.15 6 128 3 612 9.60 2.79 0.25 41 67.26 7.76 90.62 2.15 16.21 22.47 11.73 0 93 2.16 6 060 3 538 9.49 2.88 0.25 41 63.10 7.77 90.36 1.99 15.47 22.77 11.45 0 91 2.17 5 953 3 600 9.71 2.87 0.25 41 66.45 8.66 90.04 2.24 1 6.98 21.34 10.03 0 92 2.18 6 147 3 668 9.76 2.82 0.25 41 66.31 8.14 90.36 2.04 16.32 22.41 11.53 0 92 2.19 6 270 3 556 9.34 2.86 0.25 41 64.65 8.53 90.44 1.89 15.87 22.23 11.75 0 92 2.20 6 264 3 509 9.40 2.85 0.25 41 62.23 8.24 90.24 1.86 16.31 21.88 11.77 0 90 2.21 6 204 3 644 9.58 2.82

0.25 41 62.57 8.57 89.93 2.26 16.75 22.14 11.56 0 90 2.22 6 194 3 521 9.45 2.80 0.25 41 62.37 9.37 89.67 2.19 16.36 21.89 11.03 0 91 2.23 5 968 3 519 9.52 2.85 0.25 41 59.94 8.49 88.15 2.49 16.78 22.15 10.56 0 89 2.24 6 082 3 405 9.44 2.88 0.25 41 62.26 7.23 87.99 2.04 15.98 22.31 11.05 0 91 流量 Nm 3 /h CH 4 CH 4 3 装置特点 在生产运行过程中，该装置体现出了以下特 点" （1）自动化程度高，操作简单，生产稳定，加 减负荷以及开停车方便" （2）装置安全保护措施周全，设计了多种预 防膜损坏的联锁，如水流量低联锁，氨含量高联 锁等，在膜受损前就可将膜安全隔离出来，可有 效地延长膜的使用寿命" （3）预处理效果好，高压洗氨塔出口气体在 线氨检测没有检测到有氨的存在，对膜的使用寿 命起到了非常关键的保障作用" （4）该国产膜采用聚砜材质，其耐氨性能很 好，耐氨的体积分数可达- 200&10 -6 "但耐温性 差一些，不能超过 60)" 4 经济效益 按年生产 330d!弛放气量 6 000Nm 3 /h!氨的 体积分数 7％!氢的体积分数 61％!氢气回收率 为 86％计算，每小时回收氨 0.32t，按吨氨价 格1 100 元计算，年可创产值 278.78 万元；回收氢 3 147.6Nm 3 /h，可多产氨 1.4t/h，则年可多产氨 11 088 t，年可创产值 1 219.68 万元；脱盐水消耗 按 2.5t/h!2.5 元 /t 计，年耗脱盐水费用 4.95 万元； 蒸汽消耗按 0.1t/h!80 元 /t 计，年耗蒸汽费用 6.34 万元；人工费用按 6 万元；一台高压水泵 22kW，则年电费约 4 万元"综合以上几项，年综合 经济效益为 1 477.17 万元"扣除设备折旧!维修 等费用，年可创效益 1 181.74 万元"3 个月左右可 收回全部投资，经济效益非常显著" 5 结论 该装置运行稳定，自动化程度高，操作简单 方便，年可创效益 1 181.74 万元，且减少了废气 排放，社会效益和经济效益都非常显著" （收稿日期：2010-4-02） 第 4 期罗雪峰等：合成氨弛放气膜分离回收氢技术总结 15