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随着当今社会经济的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，而由环境污染带来的诸多问题，日益尖锐的摆在了我们面前。特别是化学工业的发展，一方面改善了我们的生活条件。同时生产中产生的三废物质又在污染着我们生存的空间。因此提倡清洁生产，搞好环境保护，减少三废排放，是每个生产企业必须面临的问题。
当前合成氨生产企业。对于弛放气(放空气)氨的回收。一般采用水吸收的方法进行回收利用。回收的产品为氨水，保留碳铵的尿素企业，把这部分氨水送往碳化生产碳酸氢铵。去掉碳铵的企业及一般中型厂，则把这部分氨水作为商品销售，或送往尿素进行解吸。随着环保的要求，为达标排放，部分企业陆续新上了深度水解装置或蒸氨装置，这部分氨水又被送到以上系统进行处理。利用大量的高温、高压蒸汽进行蒸氨、提浓。部分残液循环利用，而大部分则作为废水进行排放。一则增加了企业的排污量，同时造成排污水中氨、氮总量超标，给企业增加了环保压力。因此如何做好氨的回收问题，是每个生产企业应该考虑的问题。
山东郯城华润化工节能技术有限责任公司针对目前氨回收工艺的不足，结合生产实际情况，从全新的角度出发成功推出一种全新的HR-II型氨回收工艺。该工艺经过实际运行的检验，证明其工艺完善、技术安全可靠。运行平稳，操作方便。节能效果显著，无三废排放，是目前氮肥企业氨回收项目的首选。
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作为合成氨现有企业，在现有工艺条件下，为保证合成反应的顺利进行，同时获得较高的氨合成率，生产过程中，在适宜的温度，条件下，还必须将惰性气体控制在一定的范围内，随着生产过程中的不断积累，为达到这一指标，必须不断将这部分惰性气体，排出系统，排放点设在入塔前氨含量最低，惰性气含量最高处，排放中除有不参与反应的甲烷、氩、氦等，还有部分有效气体：氢、氮及少量氨，生产中将这部分排放气体称为合成放空气。
合成氨系统经过反应生成的氨，通过逐级冷却分离，最后作为产品进入氨贮罐，进行贮存，以备销售或作为下工序生产原料。液氨在贮存过程中，为稳定贮罐压力。溶解在贮罐中的氢、氮、甲烷及少量的氩气等不凝气体，须减压弛放出来。同时在减压过程中，也会闪蒸出一定量的气态氨，这部分气体将一同排出系统，生产中称此气体为弛放气。其成分一般为H2：32%，N2：12%，CH4：6.5%，Ar：4.5%，NH3：45%。
目前合成氨生产中，合成工序压力根据其工艺及设备的不同，一般分为15MPa和32MPa两个压力等级。理论计算在15MPa压力，25℃温度下，吨氨溶解氢、氮，等惰性气体，为15.2m3/吨氨，30MPa压力，25℃温度下，吨氨溶解氢氮等惰性气体，为30m3/吨氨。同时液氨在饱和状态下，贮槽气相中氨含量约为45%。实际如果考虑过饱和度10%，则为55%。因此贮槽中吨氨外排的弛放气在不同压力下的气量分别为：合成操作压力15MPa下为33.78m3，30MPa压力下为66.67m3；即15MPa压力的合成氨生产工艺，每生产1吨氨约被弛放气带出27.8Kg氨，目前一般中小型合成氨厂合成操作压力普遍在30MPa等级。因此以一个年产10万吨合成氨厂为例。每年弛放气向外带出约2700吨氨(折100%NH3)。而这部分氨如采用传统的回收方法，利用等压回收塔，用水进行吸收。回收率按95%计，制成18%左右的氨水，每年高达1.5万余立方米。这部分氨水如作产品销售，则降低了氨的附加值。若再采用水解工艺或蒸氨工艺进行加工处理，回收利用其中的氨。全年仅加工成本就近60万元。这不仅造成尿素系统氨碳比、水碳比等一系列的平衡问题，同时深度水解产生的废液又给企业环保带来一系列难题。
山东郯城华润化工节能技术有限责任公司最新推出的全新氨回收工艺，直接回收出液态氨，较好的解决了传统氨回收存在的不足。同时还有效的提高了合成氨的附加值，在氮肥企业的节能、降耗、提高效益，清洁生产等方面起到了重大作用。
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HR-II型氨回收装置，充分利用现有生产条件，配备合理的工艺，先进的设备，同时不增加额外动力，轻松的实现氨的回收。该工艺根据驰放气中各组分间沸点的不同，采取深冷的方法，降低驰放气温度，使沸点高的氨首先被冷凝，变为液态，而从混合气体中被分离出来。
为达到节能的目的，合理利用现有工艺条件，设计中根据焦耳--汤姆森效应，采用节流膨胀来降低驰放气(放空气)温度，同时利用驰放气(放空气)的压头，推动能量转换器对外做功，降低驰放气(放空气)的焓值，从而降低驰放气(放空气)的温度。经过以上几项措施，最后在恒压状态下，驰放气(放空气)被逐步冷却到-40℃以下，降低了氨在气相中的分压，使其液化，从而达到分离目的。
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 （流程图） |
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由氨贮槽来的贮槽驰放气(称为原料气)温度约10～15℃，进入氨回收系统，经过第一特效换热器，与净氨后的低温气体(称净化气)冷热交换，回收冷量后，温度降到-6℃左右，进入第一气液分离器，分离出部分氨后，气体经高效除油装置除油后，进入第二冷热交换器，气体进一步冷却，温度降到约-14℃，进入第二气液分离器，分离出绝大部分氨后，气体进入第三冷热交换器及第三分离器，进一步分离掉少量氨后，温度降到-18℃，气体最后进入第四冷热交换器及第四气液分离器，被膨胀机来的气体冷却，温度降到-40℃以下，分离掉残余的微量氨后，气体返回第三热交换器，交换冷量复热后，净化气去能量回收装置，及保护气系统，利用膨胀制冷原理，产生低温气体，膨胀后的低温净化气依次通过四、三、二、一冷热交换器，冷热交换后，出系统，去吹风气回收工段作为助燃气用。
一段分离器分离出的液氨节流返回第一冷热交换器，进行蒸发吸热，降低贮槽来的原料气的温度，气氨排出系统，二段分离器分离出的液氨节流返回第二热交换器，蒸发吸热后排出系统。三、四级分离器分离的少量液氨与二级分离器分离出的氨混合后，一并进入第二冷交换器，蒸发换热后排出系统。
由于冷热交换器存在效率问题，以及系统冷量损失及热平衡问题，为保证被冷却气体能达到较低理想温度，从能量回收装置获得较多冷量，因此在生产条件允许的情况下，适当将合成提氢后放空气引入部分进行能量回收，将有利于降低气体温度，从而提高氨回收率，降低出系统尾气中氨含量。
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1、驰放气成分：H2：32%，N2：12%，CH4：6.5%，Ar：4.5%，NH3：45%。
2、尾气氨含量：<3.0%
3、操作压力：2.2MPa
4、分离温度：-40℃～-50℃
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序号 |
名称 |
结构形式 |
材质 |
数量 |
备注 |
1 |
换热器 |
全焊式铝翅片 |
铝 |
1 |
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2 |
换热器 |
全焊式铝翅片 |
铝 |
1 |
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3 |
换热器 |
全焊式铝翅片 |
铝 |
1 |
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4 |
换热器 |
全焊式铝翅片 |
铝 |
1 |
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5 |
换热器 |
可拆板式 |
18-8 |
1 |
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6 |
分离器 |
超滤式 |
18-8 |
4 |
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7 |
除油器 |
旋风式 |
18-8 |
1 |
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8 |
能量转换器 |
风动轴承 |
组合件 |
4 |
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9 |
氨增压机 |
V型单作用 |
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1 |
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 (按10万吨氨/年计) |
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氨回收(年回收2000吨氨，折100%NH3)成本分析表(表一)
序号 |
项目 |
单价 |
HR-II无动力氨回收 |
等压回收 |
深度水解 |
备注 |
单耗 |
年费用(万元/年) |
单耗 |
年费用(万元/年) |
单耗 |
年费用(万元/年) |
1 |
设备折旧 |
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15 |
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8.5 |
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5.5 |
9年折旧 |
2 |
财务费用 |
|
|
9 |
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0.3 |
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3 |
利率6% |
3 |
维修费用 |
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2.25 |
|
0.75 |
|
0.75 |
总投资的15%计 |
| 4 |
人员工资 |
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1.2 |
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1.2 |
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0.35 |
各项费用按深度水解处理尿素解吸废液量和氨水量的比例分摊 |
5 |
高压蒸汽 |
76元/吨 |
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8.36 |
6 |
低压蒸汽 |
76元/吨 |
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16.72 |
7 |
电 |
0.3元/KWh |
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1.54 |
8 |
循环水 |
0.2元/m3 |
10t/m3 |
2.2 |
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3.2 |
9 |
脱盐水 |
2.5元/m3 |
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4.125 |
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| 10 |
合计 |
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26.95 |
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14.07 |
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38.92 |
注：年运行时间按7200小时设计。
深度水解处理氨水量按16000m3/年计，约占其总处理能力的15%。
等压回收总投资80万元计
深度水解处理氨水的费用按总处理能力的15%分摊。
结论：按年回收2000吨氨(折100%NH3)总量计，则回收每吨氨的成本分别为：
HR-II无动力氨回收：148.25元/吨氨
等压回收：264.95元/吨氨
回收氨加工后的附加值效益分析(表三)
序号 |
项目 |
单位 |
产
品 |
备注 |
氨水 |
碳铵 |
尿素 |
1 |
产量 |
吨/吨合成氨 |
0.136 |
0.106 |
0.045 |
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2 |
加工成本 |
元/吨产品 |
2.72 |
3.18 |
8.1 |
| 3 |
市场价 |
元/吨产品 |
350 |
480 |
1700 |
4 |
产值 |
元 |
47.6 |
50.88 |
76.5 |
5 |
效益 |
元 |
44.88 |
47.7 |
68.4 |
6 |
年效益 |
万元 |
44.88 |
477.0 |
684.0 |
注：加工成本包括水、电消耗
此表每生产1吨合成氨按回收26.41Kg氨(折100%NH3)计算(回收率95%)
氨水按220tt计算
年生产能力按10万吨氨计算
结论：回收氨用于生产尿素其附加值将比生产碳铵高202万元，比生产氨水高235.2万元。
结论：
1、成本效益：
HR-II氨回收工艺成本 29.65万元/年
现有工艺成本 52.99万元/年
HR-II氨回收工艺要比现有工艺节约=52.99-29.65=23.34万元/年
2、附加值：(生产能力按10万吨/年计)
回收的氨加工成尿素其效益为684.0万元
加工成碳铵其效益为477.0万元。
加工成氨水其效益为448.8万元。
如果一个尿素生产企业把回收的氨转化为尿素，则其综合效益为：
23.34+(684.0-448.8)=258.54(万元/年)
(如果包括工厂每年因此少交的排污费，则效益更加可观)
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目前众多企业都在进行大的技改投入，企业在向规模化、大型化发展，但发展的同时，环保工作决不可忽视。目前国家扶持推广氮肥企业污水零排放项目，并在一部分企业建设投运，而作为新型的HR-II节能环保型氨回收工艺将有助于企业更好的实现污水零排放。
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山东郯城华润化工节能技术有限责任公司
联系电话：013608997951
胡新田
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低温(-19℃)下含氨介质的设备材质
