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能量转换器在合成氨新装置内的应用
 
 

一、 前言

    化工行业的化肥厂在合成氨生产过程中减压以后,从液氨内释放出来的含有气氨、甲烷、氮气、氢气等,组分的混合气体称为驰放气。

   将这种驰放气内残留的氨组分从混合气中分离出来的方法、工艺流程和装置分别称为合成氨系统驰放气残氨回收的方法,残氨回收的工艺流程和残氨回收的装置。

   至今为止,国内化工行业的氮肥企业对合成氨驰放气中残留气氨的回收一般仍都采用水洗氨的传统工艺­——即水洗法。

这种方法是将合成氨驰放气中的氨利用水洗制成氨水。传统的水洗法工艺虽然也能回收驰放气内的残留气氨,但却存在许多固有的无法克服的不足之处:

(1)  需耗费大量洗氨用软水;

(2)  浪费了大量的蒸气;

(3)  生产过程中有大量稀氨水无法处理,不合环保要求;

(4)  氨的附加值低。

近年来国内已经研发成功了一种新方法——深冷法,来回收驰放气内残留的气氨。此方法有很多独到之处,克服了水洗法中很多不足。

本文主要介绍回收驰放气内残氨的新方法——深冷法,着重介绍该新装置内采用的高科技产品——快速能量转换器。

深冷法是利用驰放气内各组分的气液相变点温度不同,采用深冷技术,使合成氨驰放气的温度快速下降到低温零下60—70。C左右,从而使驰放气内残留的气态氨相变成液态氨,将氨从驰放气内分离出来得以回收。                                                 

这种新装置、新工艺可一次性地将驰放气中的残氨回收后使其残留量下降到2%左右,提氨后的驰放气经过换热器逐段回收冷量后送到造气吹风气锅炉内燃烧。

由于新装置不消耗任何外来能量的情况下(故称为无动力氨回收新装置)将驰放气中的残氨提取出来,再返回到系统内制成尿素,不仅降低了厂家大量的耗能开支,而且很大程度上提高了合成氨驰放气的附加值,给生产厂家增加了高额收益,一般情况下,3~6个月就能回收全部的投资。

这种新工艺在氨回收系统中引进了新的高科技产品——快速能量转换器。

二、能量转换器

快速能量转换器,其实是多种能量转换器内的一种,也称为“透平膨胀机”,它是驰放气残留氨回收装置内唯一制造冷源的高精度设备,是该装置内的核心。

这种能量转换器无须外能源就能将具有一定压力能的工作介质快速膨胀降压,使工作介质的压力能转换成动能,再通过自身的耗能部件吸收工作介质的内能,从而使工作介质快速深度降温,数十分钟内就能使工作介质的温度值下降几十度甚至近百摄氏度,使混合气介质内不同组分在不同温度段内液化分离出来。故也称它为无动力能量转换器。

能量转换器的结构主要由制冷部件(或称通流部件)、自身耗能部件(或称负载通流部件)和主体部件组成。它具有高速转动部件——转子和静止不动部件——壳件两大部分。

这种能量转换器一般按其自身结构的不同,所采用的工质种类不同、工作介质压力高低不同、透平通流部分处理量大小不同等而分成多种类型:

如按其结构内采用的转子轴承不同可分为:气轴承透平膨胀机和油轴承透平膨胀机等;

如按其采用的工作介质种类不同可分为:液(如水等多种液体)透平膨胀机、气(氢气、氮气、烟气、化工混合尾气、空气)透平膨胀机等。

   如按其采用的工作介质压力高低不同可分为:中压、低压透平膨胀机等。

如此类推,分成多品种、多系列的各类能量转换器。

在合成氨系统的驰放气,压力为1.2~1.6Mpa,(有的厂家压力为2.0~2.2Mpa)。通过能量转换器,驰放气体在通流部分膨胀获得动能而通过风机、轴输出外功,从而消耗了驰放气本身的内能,获得了最大的绝热焓降,驰放气得到了所需要的低温,氨分子液化,从驰放气中分离出来,从而达到组分分离的目的。

合成氨驰放气残氨深冷法回收的新装置内除了这种快速能量转换器具有高速转动部件转子外,其余的设备都属于无转动部件的静止设备,只要工艺流程布局合理,设计符合要求,都可以制造运行得比较理想。唯独具有高速转动部件的这种高科技产品——无动力能量转换器要求精度高,它的设计、制造、安装、调试等质量对整个装置的安全性、可靠性、运行周期及企业效益有着直接的影响,一旦它出了故障,整个装置就无法运行了。

特别是化肥厂属于易燃易爆的化工行业。因此,在材料上、密封上都必须要安全可靠无泄漏。一般要求能量转换器的连续运转时间不低于装置的连续运转时间。这就要求它的设计合理,材料钢性好,轴承止推力强。只有这样,在高速旋转下,才能保证转子和轴承工作的稳定性。

三、我公司主要产品简介:

由上可知,合成氨驰放气内残留氨用深冷法回收时,其装置内采用的这种高科技产品——无动力能量转换器,其技术含量高,在性能计算、结构布局、设计、选材、加工制造、装配、调试等方面要求均很严格,技术难度较大。

苏州申华低温成套设备有限公司成立于九十年代初,是专业设计低温流程,专业制造低温设备的厂家。公司汇集有西安交通大学的教授,有获得透平膨胀机三等发明奖的元老,有西安交大毕业多年工作在生产第一线的工程师。有着丰富的工作经验,具有研发、设计、生产、改造、调试一条龙服务的能力。

自2004年起,公司为了将低温技术运用在化肥生产中,在合成氨尾气中实现“无动力氨回收”做了大量工作。成功的研制出了安全、可靠的“能量转换器”。

2004年底,公司设计、生产的第一套能量转换器,成功的运行在山东青州海化盛兴化工有限公司的“无动力氨回收装置”中,一年多来,一直运行稳定,无故障,得到了用户的一致好评。随后又相继在河南中信化工厂、山东潍坊海星化工有限公司的“无动力氨回收装置”改造中,都一次运行成功,给各家企业带来了明显的效益。

可靠的运行来自可靠的质量,可靠的质量来自科技的创新。公司在能量转换器的设计中,针对化肥厂气源脏、易燃、易爆、压力、流量不稳定的特点,从材料、结构和密封上,都采用了技术创新。实践证明使用效果很好,机组长期运行可靠。现已申报专利,专利号为(2006200692662)。

四、结语

 综上所述,采用高科技产品——快速能量转换器来回收合成氨驰放气内残氨的新方法—深冷法和相应的无动力新装置具有其独特的优点。伴随的是可观的经济效益与社会效益,国内当前已有不少化肥企业投资建成了这种新装置,经一段时期监视运行,取得了可喜的成绩,故此可予见,这种新工艺、新装置在化肥行业会具有广阔的推广应用前景的!

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