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摘要：合成氨生产过程中合成气循环使用，甲烷浓度不能过高，因此必须有部分含氨、甲烷等污染物质的尾气排放，以控制甲烷浓度，保证氨合成反应的正常进行。尾气中造成污染的物质主要是甲烷和氨，其中甲烷是一种温室气体，而氨是一种具有刺激性的有毒有害气体，氨气的排放对居民生活的影响非常大。鉴于此，文章重点就合成氨工业氨尾气处理方法进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键字：合成氨；工业氨；尾气处理；方法
引言
目前我国合成氨生产主要以煤为原料，在生产过程中有大量以H2、CH4、N2和NH3为主要成分的弛放气或放空气产生，这部分气体通常采用洗氨、提氢后用作造气吹风气锅炉的助燃气或直接放空，不仅利用率低、经济效益差，而且容易造成环境污染。为改变这一现状，可将弛放气和放空气通过压缩、洗氨、脱水、液化等过程制得液化天然气，同时将分离出的N2和H2返回合成氨装置作为原料气，从而为合成氨尾气综合利用提供了新的途径。
1合成氨尾气吸收系统
1.1单塔单罐氨尾气吸收法
氨吸收系统有化学吸收法和水吸收法，目前国内外对氨的吸收大都采用水洗吸收法，该工艺流程简单、操作可靠、投资低，单塔单罐氨尾气吸收法示意图如图1所示，氨尾气吸收系统主要设备包括尾气吸收塔、氨吸收剂储罐及吸收剂泵。尾气吸收塔内采用DN50的鲍尔环填料，氨吸收剂储罐内存有一定量的吸收剂，正常工况下吸收剂泵从氨吸收剂储罐抽取吸收剂，送至塔顶，吸收剂经过塔顶处液体分布器后均匀地喷淋于填料上部，穿过填料的吸收剂从塔底出口重新进入氨吸收剂储罐。由于安全阀起跳具有不可预测性，所以需保持1台吸收剂泵处于常开状态，以维持吸收剂在氨吸收剂储罐和尾气吸收塔之间的循环，该方法操作简单，但存在以下缺点，即瞬时泄放量较大，为达环保要求，吸收剂的循环量一般较大，直接导致泵的耗电量较大；氨吸收为放热过程，产生的热量无法带出，导致氨的吸收效率降低，为保证泄放时间内氨达标排放，需设计较大的储罐存放大量氨吸收剂。
图1单塔单罐氨尾气吸收系统示意图
1.2单塔两罐氨尾气吸收法
单塔两罐氨尾气吸收方法如图2所示，与单塔单罐方法对比，本系统增加以下两点内容：第一，在尾气进口管路上增加外浮顶罐，并在其后增加流量调节阀组，本设计考虑到安全阀瞬时泄放量较大，为减小下游装置的处理量，增加该缓存设计，使进塔的氨气维持较低流量；第二，氨尾气进口管路增加一流量开关，氨尾气吸收塔底部吸收液管路增加一开关阀1，并在其后增加一支路，支路上带有一开关阀2。本设计考虑了如何将吸氨过程的热量排出，避免了对氨吸收的影响。安全阀未泄放时，开关阀1开启，开关阀2关闭，实现吸收剂在氨吸收剂储罐和尾气吸收塔之间的循环；安全阀泄放时开关阀1关闭，开关阀2开启，此动作可将氨吸收过程中产生的热量排出氨尾气吸收系统。增加以上两点内容可有效地克服单塔单罐方法中的缺点，但此方法设计的氨尾气吸收系统操作过程复杂、设备的可靠性降低。
图2单塔两罐氨尾气吸收系统示意图
2合成氨工业氨尾气处理方法选择
2.1作燃料气供用户
合成氨尾气中含大量氢气、甲烷等可燃气，可以作为燃料气使用。如为生产中一段转化炉燃烧提供转化用的热量，剩余部分返回转化工段。某公司60000t/a合成氨装置进行投产，当时即采用此种方式对尾气进行利用。合成氨尾气一般经水洗除氨后再作燃料气使用，虽然经水洗除氨可消除氨对大气的污染，但尾气中含大量的氢气，氢气是化工生产中重要的原料，合成氨尾气做燃料气是一种很大的浪费。
2.2氢回收技术
合成氨尾气经水洗除氨后，利用中空纤维膜回收其中的氢气，是一种具有较高的氢回收效率的技术，回收氢气后的尾气仍可作为燃烧气使用。中空纤维膜氢回收系统可根据回收氢气的用途确定回收氢气的纯度，确定回收装置的设计。回收的氢气可以返回生产系统，也可以供其它用户，如用于生产双氧水等。中空纤维膜氢回收技术是一种先进、成熟、资源利用效率高的技术，符合清洁生产的要求。某公司有两套合成氨系统，现已采用此技术回收处理合成氨尾气，其中硝铵系统60000t/a合成氨尾气采用二级分离，回收的氢气供双氧水生产，尿素系统150000t/a合成氨尾气采用一级分离，回收的氢气返回合成氨生产系统，这两种方式产生的稀氨水都必须回收利用。过去企业稀氨水利用简单的氨回收装置回收一部分，或出售给用户，剩余部分直排，直排会导致水体严重的氨氮污染，同时也是一种资源的浪费，稀氨水的治理一般是直接或回收液氨回用于生产。
3工艺流程简述
合成氨系统排放的尾气经水洗除氨后，含氨小于0.02％的尾气送氢回收分离提纯氢气，提纯后的氢气返回生产系统，配入原料气中用于合成氨的生产，或供其它用户使用。分离出来的解吸气作为燃料气使用，共有两条使用路线：一是送锅炉替代部分燃料煤以节约能源，二是送焦炉作回炉煤气，替代出来的回炉煤气用于合成氨生产，过程中甲烷被分解为二氧化碳和水，水洗产生的稀氨水送水解解吸装置回收氨后排放。
4效益分析
4.1环境效益分析
以年生产8000h计，年减排气氨1548t，年减排甲烷8583t。稀氨水送水解解吸回收后，实际回收氨1545t，即实际少向环境中排氨约1545t。由于合成氨增产及稀氨水中氨回收，用于生产尿素每年还可减少温室气体二氧化碳排放。
4.2经济效益分析
回收的氢气年可产氨16000t，考虑到生产成本、税收及燃料气减少因素，每吨氨可获利在500元以上，年效益可达800万元以上。稀氨水中回收的氨，直接用于生产尿素，考虑到生产成本以及税收等因素，回收每吨氨可获利1000元以上，年效益可达150万元以上。两项合计年可获利950万元以上。
5提高资源利用效率的措施
由于作为燃烧气有效成分较低，热能利用效率并不高，而解吸气中的氢气、甲烷、氮气都是生产中的有效气体。甲烷可转化为氢气用于生产，甲烷转化后从解吸气中可得到氢气约3800Nm3/h，可生产合成氨1.9t/h，如能回收利用，可有效提高资源的利用效率。解吸气中不含硫化氢、萘等杂质，若有效气体返回150000t/a合成氨生产系统，可以在不增加煤耗及脱硫剂等化工物料消耗的情况下，达到增产的目的。综合考虑各种因素，年可增加利润500万元以上，是一种既经济又环保的利用方式，60000t/a合成氨装置转化工段可以将甲烷转化为氢气，理论上可将解吸气返回到转化工段，但合成氨系统已处于满负荷甚至超负荷运行状态，实际上这部分解吸气无法并入系统。因此，新上一套转化装置或对现有转化装置进行改造增加转化能力，是相对合理的选择。
结束语
综上所述，通过对合成氨尾气的水洗除氨，膜分离回收氢气以及稀氨水的回收利用，不但可以有效地解决合成氨尾气的污染，还可以创造可观的经济效益，符合“节能、减排、减污、增效”的要求，对氢回收解吸气进一步处理回用，可以取得增产不增污的效果。
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论文作者:史银霞,何晓文,李娜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/17
标签：尾气论文; 合成氨论文; 氢气论文; 甲烷论文; 氨水论文; 系统论文; 吸收剂论文; 《基层建设》2018年第22期论文;