摘要：煤化工工艺一般包括煤的气化、一氧化碳的变换、煤气净化和产品气的合成等工序，从高温的气化、变换到低温的净化以及合成气的降温过程都有大量的工业余热可以利用，低温操作的煤气净化及合成气降温冷凝又需要外供冷量。目前，煤化工行业普遍采用氨压缩制冷工艺，如何将可以利用工业余热的氨吸收制冷工艺应用到煤化工生产中，是每个煤化工项目设计者都应认真考虑的。本文举例分析了工业余热的氨吸收制冷工艺应用到煤化工生产的工艺计算结果。
关键词：氨吸收制冷；煤化工；余热；制冷剂
引言
化工工艺一般包括煤的气化、一氧化碳的变换、煤气净化和产品气的合成等工序，从高温的气化、变换到低温的净化以及合成气的降温过程都有大量的工业余热可以利用，低温操作的煤气净化及合成气降温冷凝又需要外供冷量。目前，煤化工行业普遍采用氨压缩制冷工艺，如何将可以利用工业余热的氨吸收制冷工艺应用到煤化工生产中，是每个煤化工项目设计者都应认真考虑的。
1氨制冷剂
1.1氨制冷剂的优点
作为制冷剂来说，氨的热物性非常好。它的主要优点表现在标准沸腾温度低（-33.4℃），在冷凝器和蒸发器中的压力适中（-15℃时的蒸发压力为0.24作为制冷剂来说，氨的热物性非常好。它的主要优点表现在标准沸腾温度低（-33.4℃），在冷凝器和蒸发器中的压力适中（-15℃时的蒸发压力为0.24。
1.2氨吸收制冷缺点
（1）氨水成碱性，易腐蚀设备，所以必须在系统介质中加入防腐剂以抑制或减缓腐蚀的发生；（2）工艺复杂，对操作水平要求较高；（3）应用范围较小，只适合大型煤气化和液化企业.
2氨吸收制冷工艺原理
以氨为制冷剂，水为吸收剂，利用水对氨有良好的吸收效果的特性，将蒸发器中蒸发出的气氨吸收下来，形成氨水溶液，在更具氨和水灾加压条件下沸点相差较大的特点，将氨水溶液通过精馏的方法得到99%以上的气氨，在冷凝得到液氨，然后循环利用。
图１逆行卡诺循环的Ｔ－Ｓ图
气体在气缸中，由1开始，以等熵过程压缩至2，再以等温过程压缩至3｡在此等温过程中气体向冷却水放热｡气体由3以等熵过程膨胀到4，再以等温过程膨胀回到1，完成一个闭口循环｡由4到1的等温膨胀过程中，气体被冷却物系吸取热量｡设Q1为低温时吸取的热量，Q2为高温时放出的热量，T1与T2分别为冷冻剂吸取热量时与放出热量时的绝对温度（K）｡图1中，Q1=T1（S1-S4），如面积1-4-5-6-1｡而Q2=T2（S2-S3），吸热与放热之差Q2-Q1，如图1中面积1-2-3-4-1｡它等于外界净功加入的当量值｡上述的逆卡诺循环，为一切冷冻操作的物理基础，称之为理想冷冻循环｡在此循环中所得到的冷效应，为吸取的热量Q1，而所消耗的能量为外界净功的当量值，或补充热量Q2-Q1｡氨吸收制冷与压缩制冷原理类似，利用水对氨的吸收作用和脱吸作用，将氨蒸汽由低压的蒸发器取出，而传于高压的冷凝器｡
3吸收制冷优点
3.1节省电能
吸收制冷的循环水消耗是压缩制冷的２倍多，但尤其应注意的是，如果在以后设计蒸汽透平压缩机表冷器冷却水时，把脱盐水预热过程中所代替工业冷却水量扣除，那么其综合用冷却水量将会大幅度下降。另外，压缩制冷的汽轮机需要消耗大量的中压蒸汽，而这部分中压蒸汽如果用来发电，则可以得到４５９８ｋＷ的电量。所以，压缩制冷的电耗量是吸收制冷的十二倍多。
3.2可以利用余热资源，节能降耗
氨水被粗煤气余热加热，主解析塔精馏出氨蒸汽的过程，也是煤气自身被冷却的过程［３］，减少了煤气降温所需水量，煤气温度可降至１３０℃，这是使用废热锅炉远远不能达到的。同时，也减少了低压蒸汽的使用量。因此，从余热回收角度看，节省了废热锅炉的一次性投资费用和运行费用，同时，也为冷却工段减少了压力，节省了冷却煤气余热的投资和运行费用。3.3大型化以后，氨吸收制冷能耗低的优势更明显在大型煤化工产业中，氨吸收制冷优势明显，且随着规模和制冷深度的增加，优势将更为突出。当制冷温度每降低１℃时，压缩制冷的电、汽耗量将增加４％～５％；而吸收制冷的蒸汽耗量仅增加２％左右。同时，溶液循环泵的动力消耗，不大于压缩机的１０％，甚至更低.
4氨吸收制冷工艺流程简述
氨吸收制冷主要工艺设备：氨蒸馏塔，塔顶冷却器，回流泵，液氨过冷器，氨蒸发器，塔底重沸器，氨水吸收冷却器，浓氨水储槽，进料泵，稀氨水-浓氨水换热器等.来自脱硫、脱碳工段的-38℃氨气体，压力约为0.07MpaA，进入一段进口分离器，将气体中的液滴分离出来后进入离心式氨压缩机一段进口，经三段压缩后，出压缩机气体压力为1.65MpaG，温度约为135℃，进入氨冷凝器。氨蒸汽通过冷却水冷凝成液体后，靠重力排入氨储槽。由储槽出来的温度为40℃氨液体节流到0.3MpaG进入氨闪蒸槽，氨液体降温至约-2℃，氨闪蒸气经二段分离器后进入压缩机二段进一步压缩至排气压力。出闪蒸槽的氨液体进氨过冷器的管程，温度进一步降低后送往脱硫、脱碳工段。再次经各冷点调节阀节流至-38℃，蒸发后的气体返回到本系统完成制冷循环。当用冷负荷降低时，可通过回路调节压缩机进气量，使压缩机在正常工况下运行，不发生喘振.
5氨吸收制冷存在的问题及采取的措施
5.1存在的问题
（１）工业冷却水质量不达标，易造成吸收器列管被堵而影响装置的能力发挥。（２）精馏塔塔底温度控制高时，其出口氨水在减压过程闪蒸氨气，与氨水混合物对换热器列管等设备会产生冲刷。（３）系统补充液氨带油问题等。
5.2针对上述问题，采取的措施
（１）加强水质管理，及时调节各项工艺指标。（２）精馏塔出口增设闪蒸罐，将闪蒸汽单独引到精馏塔出口氨汽管道，或直接送至吸收器里。（３）系统补氨时要严防油类等脏东西补进。
结束语
综上所述，以氨制冷剂工艺大体上分为冰机制冷（压缩制冷）工艺和氨吸收制冷工艺。（１）氨吸收制冷是对上（煤气变化）下（低温甲醇洗）工序的良好衔接，既解决了粗煤气余热的处理，又为吸收制冷工艺中贫氨水和浓氨水的两级精馏，提供了等级适当的满足工艺需要的热源，为下一工序的煤气冷却和净化创造了良好的工艺条件，整体工艺搭接配合合理，优化了工序。从能量合理利用角度来讲，既回收了余热，又节省了电能，与压缩制冷工艺相比具有良好的经济效益。（２）氨吸收制冷工艺存在一定的问题，但是通过一定的方法是可以解决的。（３）在工厂有足够的低位热能可回收的前提下，采用氨吸收制冷工艺可以使系统的热量得到充分的利用，优化系统的热量平衡。如果低位热能不足，可以考虑采用“吸收－压缩”混合制冷的方式。（４）一般化工项目，建议选用氨作为制冷剂，这对平时生产管理较简单，同时投资也低。
参考文献：
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论文作者:李维,李杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/28
标签：氨水论文; 工艺论文; 余热论文; 制冷剂论文; 煤气论文; 煤化工论文; 闪蒸论文; 《基层建设》2018年第8期论文;