浅析合成氨液氮洗工号冷量平衡与节能技术改造

浅析合成氨液氮洗工号冷量平衡与节能技术改造

摘要合成氨的生产过程主要包括造气、净化、压缩和合成等。合成氨工业是化工行业的能耗大户，能源费用是其生产成本中的重要组成部分。目前，节能降耗成为合成氨技术发展的主要趋势之-。对此，本文介绍了合成氨液氮洗工艺原理，分析了液氮洗工号的运行现状，并提出了节能改造措施。

关键词合成氨；液氮洗；冷量；节能改造

1 液氮洗工艺原理

液氮洗是合成氨装置中与甲醇洗工艺配套最为合理的工艺流程，液氮洗过程是将气体逐渐冷却与冷凝，最后用液氮吸收残余的CH4和CO。原料气中H2、N2、CO、CH4冷凝温度（101.3kPa）分别为20.27，77.35，81.00，111.60K。CO、CH4和N2的冷凝点高于H2，所以气体中各组分冷凝时，H2得到有效分离。在液氮洗涤塔中，由于CO冷凝热与N2蒸发热基本相同，所以洗涤过程视为在恒温恒压下进行[1]。

2 液氮洗工号的运行现状

2.1 冷量外损的运行现状

液氮洗净化工艺气所需冷量，主要利用板式换热器回收液氮洗涤塔尾液节流产生的冷量，将高压氮液化成低温液氮，同时降低原料气温度，原料气中CO、CH4等杂质液化后，在液氮洗涤塔中由液氮自塔顶到塔底，将塔底进入的原料气中杂质洗去，塔顶送出合格的合成氨原料气，经配氮合格后进人氨合成工号，洗去杂质后的液氮，作为尾液节流制冷为系统提供冷量，维持系统冷量平衡。其中，4116-TDCV-19、LCV-2阀通过节流向系统提供冷量，节流后的尾液，经过板式换热器回收冷量后，送往锅炉燃烧。按工况运行情况，开大4l16-TDCV-19阀可以增加节流制冷量，但对液氮洗板式换热器改造后，换热能力加强，4l16-TDCV-19阀开度在30%情况下可以满足装置100%负荷运行的需求，继续开大4116-TDCV-19阀将使得整个液氮洗系统出现过冷现象，在此种工况下，为维持41l6-C1塔液位的平衡需打开底部排放阀（PC-1609），这样就造成了部分系统冷量和尾液的双重浪费。

2.2 导致原料气消耗高的运行现状

液氮洗尾气的主要有效燃烧气体为CO、CH4、H2，正常生产中，回收冷量后送往锅炉作为燃料燃烧，氮气作为惰性气排放。如果将其部分尾气并入天然气压缩机人口，替代天然气将会产生更大的经济效益，从热值、价格和产氨量三个方面对尾气合理利用经济效益进行计算，若将尾气代替天然气则每天节约天然气消耗约3.0万元，若将尾气折合成氨产量，则每天增加的效益约为4.98万元，相对于锅炉燃烧将产生更大的经济效益，而且会辅产CO2，惰性气氮气也将作为

氨合成的原料气得到有效利用[2]。

3 节能改造

3.1 低压液氦洗节能改造

改进后的液氮洗装置主要包括高压氮气换热器、l#合成气换热器、2#合成气换热器、氮洗塔及相应的氮气制冷循环系统等。高压氮气依次经过高压氮气换热器、1#合成气换热器和2#合成气换热器冷却后，分成3部分：一部分经节流进入混合器作为配氮用；一部分继续冷却至低温后进入氮洗塔作为塔顶洗涤液用；还有一部分进入制冷循环系统，经高压氮气换热器、1#合成气换热器换热冷却后进入氮气膨胀机，经膨胀冷却后依次返回2#合成气换热器、1#合成气换热器、高压氮气换热器复热。原料气经过1#合成气换热器和2#合成气换热器冷却后，进入氮洗塔底部，在氮洗塔中被塔顶流下的液氮洗涤净化，出塔顶的合成气经混合器配氮、复热后出装置，作为产品送入下道工序。进入制冷循环系统的氮气，复热后经氮气压缩机压缩至洗涤用氮气的压力，并入高压氮气管网，实现氮气的循环利用，即增压后的氮气进入冷箱形成氮气制冷循环，为系统提供冷量，进一步达到节能的目的[3]。

3.2 消除尾液排放的改造

甲醇洗工号在天然气改造后出现了冷量不足，将尾液中冷量传递给惰性组分，送人甲醇洗将十分安全、有效。经工艺分析，液氮洗中高压氮之所以液化，是获取了尾液中冷量，生产液氮越多，消耗尾液越多，即多余尾液可以用来生产液氮（开大TDCV-19阀），这样尾液可以全部变为尾气，送锅炉燃烧，消除排放（PC-1609处于关闭状态），富余生產的液氮通过减压送往甲醇洗汽提塔作为气提氮，代替部分气体氮，降低整个气体氮温度，为甲醇洗提供冷量。技改投用后的运行效果：首先，进行抽液氮实验，结果和分析一样，尾液排放全部关闭，系统持续运行一周冷量平衡，其次，进行技术改造，将液氮洗工号多余液氮引入甲醇洗工号气提氮管线中，再次，过几个月后，甲醇洗冷量紧张，进行了抽液氮操作，使甲醇洗工号4000m3/h气提氮温度平均降低了40℃，由于方案细化，培训到位，操作一次成功，完全关闭了尾液排放，平均节约尾液排放量（气相）250m3/h，为锅炉节煤创造了有利条件，同时节约了低压蒸汽消耗。

3.3 尾气回收再利用的技术改造

为了节约压缩功耗，进行了适当的提压操作，将尾气压力由原来的0.15MPa 提高到3.0MPa，提压操作后，对整个液氮洗平衡无影响，按期进行了技术改造，其技改流程对液氮洗尾气进行加压后送往系统原料气（天然气）压缩机入口，实现了尾气中有效组分的再利用。尾气回收利用后，装置能耗得到下降。装置负荷保持氧气流量恒定条件下，尾气向系统并人5000m3/h后，天然气单耗下降30m3/t.NH3，中间产品CO2增加600m3左右，其主要原因尾气并入系统后，入炉天然气总量增加，原料天然气消耗减少，尾气中的CH4CO生成部分H2和CO2，进而体现出氨产量减少，单耗下降，CO2产量增加；按照98%负荷计算每日可

节省原料天然气约28200m3，达到了可观的经济效益[4]。

4 结束语

本文通过对合成氨液氮洗工号冷量平衡以节能改造的分析，解决了液氮洗尾液排放和尾气送锅炉燃烧的现状，使装置冷量和资源合理利用，降低了合成氨装置的综合能耗。然而，节能降耗是-项长期工作，需要在未来的工作继续进行研究。

参考文献

[1] 张旭，颜立伟，李云，等.合成氨液氮洗深冷净化过程模拟及分析[J].化工进展，2010，（S1）：484-488.

[2] 刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J].化工进展，2011，（6）：1147-1157.

[3] 任多胜.大型合成氨装置液氮洗工艺流程的优化[J].大氮肥，2011，（02）：81-83.

[4] 王士荣.合成氨系统节能降耗改造及工艺流程模拟的研究[D].武汉：武汉工程大学，2012.