无动力氨回收装置的改进

非 渗透 气 摩 尔 质 量 为 １．７ ｇｍ ｌ ８９６６ｋ／ ｏ，密
度为 ０ ８７１ ｇｍ ，则非渗透气中饱和水蒸气 ．４ ７ｋ／ 的质 量 分数 为 ：
８ １５×１ ×１ ．９ ０一 ８÷（２ ４× ． ４ １ ）＝ ２ ． ０ ８７ ７
７ ７ ×１ ７ ０一
里森出 口非渗透气 中含有 的饱和水分 ，２台干燥 器倒 换使 用 和再生 。新 增 干燥 器要 吸 收 的水 量 按
工程在读硕士研究 生。
００ ５ ０ ０８Ｍ ａ ．０ — ．０ Ｐ ，但运行一段时间后 阻力还是
匕 至 ０ ０ ０ ０ ａ 升 ． １～ ． ２ＭＰ 。
・
３ ４・
中 氮 肥
第 ３期
３ 原 因分析
１５９ ２ ．７÷１００ ０＝８３８×１ ～，质 量 分 数 为 ５０ ０ ．９ ０ ７． ９７×１ ～； 一４ ℃下 的饱 和 水 蒸 气 的摩 尔 分 ０ Ｏ 数为 １ ９÷１０００＝１２７×１ ～，质 量 分 数 为 ５００ ．６ ０
压节流 ，返 回换 热器 组 回收冷 量 后 得 到气 氨
产品。
高到 ０Ｏ Ｐ ，于是停车 吹扫 。后 对普里森氢 ． １Ｍ ａ 回收装置的设计压力进行了查阅，决定将普里森 装置 的操作压力提高到 １ Ｍ ａ １ Ｐ ，用膜 的第 二出
口阀控制 膜压 力差 在 ８５ＭＰ ． ａ内 ，同时将 吸收塔
利用式 （ ） １ 计算 出非渗透气在 一 ０℃和 一 ０ ２ ４
℃ 的饱 和 蒸 汽 压 分 别 为 １５９ ａ和 １ ａ ２ ．７Ｐ ９Ｐ 。据 此 计 算 出 一 ０℃ 下 的饱 和 水 蒸 气 的摩 尔 分数 为 ２
１５０ｍ ／ ０ ｈ左 右 的弛放气 经 过换 热器 组逐 级
２０ ０９年 ２月 １１开 车后运 行 到 ２月 ４１，膨 ３ ３ 胀 机 出 口压 力 与尾气 压力 的差值 由 ０ ０２ＭＰ ．０ ａ升
冷却 ，温度逐渐降低 （ ６ 一 ０一一 ０℃ ） ４ ，进入各
气 液分 离器 。由各气 液分 离器 分离 出的液 氨经减
设计制造 了 １台自热式干燥装置 ，将其设置在膨 胀机 前 以解 决 此 问题 。新 的 干 燥 器 安 装 后 ，于
２０ ０ ９年 ７月 １ 日投 运 ，最 初 运 行 时 阻 力 在 ５
［ 作者简介］张 国聪 （９ ２ ） 男 ， １７ 一 ， 高级工程师 ， 自贡鸿鹤 化 工股份有限公司合 成氨厂副厂长 ， 前 为四川 大学 化工学 院化学 目
如 果 非渗 透 气气 量 小 ，膨胀 机 组 膨 胀 量 少 ，
则提供 的冷量也相应减少 ，就要靠 回收的液氨减 压 后提 供冷 量 ，送 出 的液 氨压 力低 ；如 果非 渗透 气气量大 ，则膨胀机组提供的冷量就会很大 ，液 氨 就可 以较 高压 力送 出 。 若弛放气压力低于 １５Ｍ ａ ． Ｐ ，则进膨胀机组
［ 中图分类号 ］Ｘ ７ １４ ［ ８ ． 文献标识 码］Ｂ ［ 文章 编号 ］１０ ９ ３ （０ １ ０ ０ ３ ０ ０４— ９ ２ ２ １ ）３— ０ ３— ２
自贡鸿鹤 化工股 份有 限公 司 （ 化鸿 化 ， 简
下 同 ）合 成 氨 厂 氨 库 产 生 的 中间 罐 弛放 气 和 氨 罐 贮罐 气原 采 用混合 减 压后水 洗 ，生 成 的稀氨 水 送 联碱 厂淡 液蒸 馏 ，尾 气则送 双 系统转 化 岗位 作 燃 料气 。由于 吸收压 力低 ，吸收 不完全 ，尾气 中
换 热器造 成 阻力 升 高的难 题 。含 氨弛 放气 的加 入 量 可根据 非 渗透气 温 度计 算 。 因非 渗 透气 温 度 为 一 ０ ℃ ，根 据公 式 （ ） ７ １ 计算 出 一７ ０℃ 下 非 渗 透气 中饱 和 水 蒸 气 压 力 为
０ ４ ２ Ｐ ，则 饱 和 水 的 摩 尔 分 数 为 ０ ４ ２ ÷ ．９ ａ ．９
００ ５ＭＰ ，比原 来 略高 ，但到 ２月 １ 压 差就 ．０ ａ ２１ ３
气体进入换热器组 ，为系统提供冷量 ，最后送往
燃 烧 系统 。
普里森氢 回收工序的非渗透气首先进入换热
器 预冷 ，然后 去膨胀 机组 膨胀 制 冷 ，膨胀后 的低
升到 ０ ０ Ｐ ，被迫停 车。根据现象判断是进 ： ．２Ｍ ａ 入无动力氨 回收装置的气体干燥不彻底 ，进入膨
第 ３期
２ １ 年 ５月 ０１
中 氮
肥
Ｎｏ ３ ． Ｍａ ２ １ ｖ ０１
Ｍ— ｉｅ ｔｏ ｅ ｏ ｒｉ ｚ ｒＰ ｏ ｒ ｓ Ｓｚ ｄ Ｎｉ ｇ ｎ ｕｓＦｅ ｔｌ ｅ ｒ ｇｅ ｓ ｒ ｉ
无 动 力 氨 回收 装 置 的 改进
张 国聪
（ 四川 大学 化工学院 ，四川 成都 ６ ０ ６ ） １０ ５
浓 度 ２ ％ 的氨 水 的冰 点 为 一７ ｃ。 以 实测 的小 ９ ０ｃ
式 中 Ｐ （） — 饱 和蒸 汽压力 ，Ｐ ； ｔ— ａ
— —
饱 和 温度 ，℃ 。
干燥器 出口非渗透气 最大含水量 ０ ３５ｇｍ 计 ．２ ／ 算 ，则非渗透气带入 的水量为 ：
１ ０ ×０ ３ ２０ ． ２５＝３ ０ ｇ ９ ／ｈ
可 以看 出 ，干燥 后 的非 渗透 气 中水 的质量 分 数低
于饱 和水蒸气的质量分数 ，但是 当压力和温度降
低 后 ，其 中含 有 的水还 是会 冷凝 出来 。 非 渗 透气 进入 无动 力 氨 回收装 置后 ，先 是从 常 温 降到 一２ ０℃ 左 右 ，然 后 进 入 １膨 胀 机 ，经 过 膨胀 制 冷后 温 度 降 到 一 ０ ℃左 右 ，再 进 入 ２ ４ 膨胀 机继 续 膨 胀 制 冷 。从 表 中查 不 到 非 渗 透 气
的 压 力 联 锁 调 整 为 １． ＭＰ （ 来 是 １． ２５ ａ 原 ０９
由最 后 一 级 气 液 分 离 器 出 来 的 分 氨 尾 气 （ 含量 ＜２ ） 进 入 换 热 器 组 ，经 过 复 热 回收 氨 ％ 冷量 后 ，进人 膨胀 机组 膨胀 制冷 ，膨 胀后 的低 温
Ｍ ａ 。２月 １ 无动力氨装置开车后 ，阻力在． Ｐ） ０日 ．
书上是 ５ ％ ，甚 至更 高）计 ，则耐水硅胶 用量 ０ 为 ５ ８７÷ ． ６． ０３＝１８６ｔ ．９ ，约 ２ ３Ｉ ，因此 新 增 ． ｎ
干燥 器装 耐水 硅胶 ２ ３Ｉ 。 ． ３ １ （ ） 非 渗透气 中加入 含氨 气体 ２ 由于非 渗透气 中加入 含 氨气体 后 ，非 渗透 气 中的水就 变 成 了稀 氨 水 ，而稀 氨水 的冰点低 ，因
汽 压 ，因此利 用 Ｍｉｈｌ简 化 公 式 ［ 国 密析 尔 ｃｅ ｌ 英
仪表有 限公 司 （ ｉ ｅ ｎｔ ｍ ｎ ｔ ） 的仪 Ｍｃ ｌＩｓｕ ｅｔ Ｌｄ ｈｌ ｒ ｓ ．
器 程序 中所 使 用 的饱 和蒸 汽压 以及 露点 温度 的简
化计算公式 ，适用 温度 范围 一 ５— ０℃ ，不 确 ４ ６ 定度小于 ± ． ％ ，置信空 间在 ９ ％］计算饱和 ０６ ５ 水 蒸 气压 力 。Ｍｉ ｅｌ ｃ ｌ简化公 式 如下 ： ｈ
氨含量 经常 高达 ６ ～ ％ ，不 仅浪 费 了资源 ， ％ ７ 而且还会 因燃烧生成 Ｎ Ｏ 等造成新 的环境污染。 为此 ， 鸿化合成氨厂增设 了无动力 氨回收装置 ， 将 混合气 中 ９ ％ 的氨分 离 变成 气 氨送 联碱 使 用 。 ０ 无 动力 氨 回收 装置 从 ２ ０ ０ ８年 ５月试 运 行 到 ２ ０ ０９
年１ ０月期 间 ，开 开停 停 ，出 现 过 许 多 问 题 。通
的膨胀前压力会降低 ，膨胀 比减小 ，导致膨胀后
的温度 升高 ，使 系统冷 量 减少 ，也会 影 响运行 效 果 。反 之 ，弛放气 压力 较 高 ，运 行效 果会 更好 。 若适 当降低 去 燃 烧 系 统 的 尾 气 压 力 （ 计 设
ｌ ￡ ＝ ｎ６１２＋ ７６ ÷（４．２ ｔ （ ） ｎｐ （） Ｉ １． １．２ｔ ２３１ ＋ ） １
１００ ０＝３２ ５００ ．８×１ 一。可 以认 为 非 渗 透 气 中 的 ０
水完全冷凝下来 了，因此用非渗透气里的饱和含
水 量计 算需 要加 入 氨 的量 。
查 《 肥工 艺设 计 手册 》 的理 化数 据 知 ， 氮
４ Ｏ℃下 水 的饱 和蒸气 压 为 ７３５ ８Ｐ ，则 饱 ７ ． ａ 和水 蒸气 摩 尔分 数 为 ：
７３ ５ ７ ．８÷９ ０ ０ ＝８ ９５×ｌ ０ ００ ０ ．１ ０～
（ ）新 增 １台非 渗 透气 干燥 器 １
增加 １台 干 燥 器 （ ｌ２０ ｍ 西 ０ ｍ，容 积 ２ ８ ． ｎ） ｌ ，同时原 来 的小 干燥 器 也 保 留 ，用 以吸 收 普
４ 改进 措施
非渗透气是 合成 吹除气在 ４ Ｏｏ Ｃ、９ ０Ｍ ａ ． Ｐ 的条件下经脱盐水洗涤及膜分离后 的部分产物 ， 其组 成 （ 积 分 数 ） 如 下 ：Ｈ ５９ ％ ，Ｎ 体 ：２．４
３ ６．１ ％ ， ＣＨ４２ １ ， Ａｒ８ ８ １ ９． ％ ． ５％ 。
最大 １０ ２０×０ ６８ ．５２＝７９ ８ ／ ８．４ ｇｈ计 算 ， 即每 月
要 吸收水 分 ７ ９ ８ ８ ． ４×２ ４×３ ０÷１ ０ ０ ０＝５ ８ ７ ｋ 。 ６ ． ｇ
耐水 硅胶 的用量根 据 再生 周期 确定 ，若 按 每月 再 生 １次 ，耐 水 硅 胶 吸 水 量 按 照 ３ ％ （ 家 说 明 ０ 厂
胀 机后 结冰 造成 阻力 上升 。
温气体进入换热器组 ，为系统提供冷量 ， 最后送 往 燃烧 系统 。
经 与设 计制 造单 位交 流 ，确认膨 胀 机结 冰是 非 渗透气 中含有饱 和 水分造 成 的 ，于是 厂家重 新
［ 收稿 日期］２ １ —１ ９ ００ １－ ２
［ 修稿 １ ］２ １ ￣ － ３ 期 ０１ １ ０ ２
过改进 ，目 前装置运行稳定 ，产 出合格产品。现 将装 置运 行 中 出现 的 问题及 改进 措施 介 绍如下 。
１ 工艺简 述
值为 ０ ２ Ｐ ） 则膨胀后压力会降低 ，膨胀 比 ．５Ｍ ａ ， 增大 ，膨胀后的温度降低 ，提供给系统的冷量增
加 ，运行效 果 会更好 。
２ 投 运后存 在 的 问题
１ × １ Ｏ ２ ０一
无 动力 氨 回收装 置 阻力上 升 ，表 象是 膨胀 机 结冰 所致 ，本 质 问题 是 非 渗 透 气 的水 分 含 量 高 ， 露点 没 有 降 到 一４ ０℃ 甚 至 更 低 。下 面 通 过 一 些 简单 的计 算来 分 析 。
通过 以上 数据 可 以看 出 ，非渗 透气 在进 入无 动力 氨 回收装 置后源自文库因压 力 和温 度 的降低 会有 较 多 的饱 和 水 析 出 ，而 水 在 一 Ｏ℃ 以 下很 快 就 结 冰 ２ 了 ，这是 造成 换热 器堵 塞 的直 接原 因。
（ 压力 １ ５ＭＰ ） 在 一 ０℃和 一 Ｏ℃下 的饱 和蒸 ． ａ ２ ４
此向非渗透气中配人一定量的含氨弛放气也是解 决无 动力 氨 回收 装置 膨胀 机 冰堵 的一 种方 法 。于
是从 弛放 气 管 道 上 配 １根 副 线 到 非 渗 透 气 管 道
上 ，用来配入含氨的气体 ，以解决低温结冰堵塞
质 量浓 度 为 ：
８ ９ ．１ ５×１ ×１ ０一 ８＋２ ． ０ ２ ４ ｘ１ 。＝０ ６ ８ ２ ｇ ． ５ ／ｍ
对干燥器后非渗透气含水量进行多次检测 ， 结果 分 别 为 ：２２×１ （ ．８ｇｍ ） ８ １ ０ ０ １ ／ ，３４×
１ （ ． ２ ／ ｌ） ３ ０ ０ ３ ４ｇ ｎ ，３ ６×１ （ ． ８ ／ 。 ０ ０ ２ ５ｇ ｍ ）