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氨吸收制冷工藝流程見(jiàn)圖1。
氨吸收制冷工藝流程主要由吸收、精餾、冷凝、節(jié)流膨脹、蒸發(fā)等組成。來(lái)自氨蒸發(fā)器制冷后的—8℃蠱(約0.2MPa)同合成車間來(lái)的部分氣氨匯合，先進(jìn)入過(guò)冷器與1.5MPa的液氨換熱，再進(jìn)入吸收器組，由稀氨水溶液(濃度30％，溫度46℃)吸收，吸收反應(yīng)熱由低于28℃的冷卻水帶走。吸收后的濃氨水(42％)溶液流入濃氨水貯槽，然后由氨水泵把濃氨水打入溶液換熱器，與來(lái)自精餾塔底的稀氨水溶液換熱，濃氨水被加熱至接近泡點(diǎn)溫度(92℃)后進(jìn)入精餾塔中部，噴淋在波紋填料上，與上升的氨水進(jìn)行熱質(zhì)交換，本身濃度變稀，再流入發(fā)生段。精餾塔頂濃度99.8％以上的氨氣少部分經(jīng)回流冷凝器冷凝下來(lái)，大部分去冷凝器，氨氣由循環(huán)冷卻水冷凝成高壓液氨。由低變系統(tǒng)來(lái)的166℃變換氣供給發(fā)生器熱量，加熱精餾塔底溶液。塔底的稀溶液，經(jīng)溶液換熱器與濃氨水溶液換熱降至46℃后，去吸收器吸收氣氨，增濃至42％，流量為64t／h。又從精餾塔頂放出高壓氨氣經(jīng)冷凝后供用戶使用。濃、稀氨水如此不斷循環(huán)。
2 系統(tǒng)改進(jìn)情況
(1)精餾塔原設(shè)計(jì)高度為28m(利用原二次碳塔)，因回流冷凝器安裝在塔頂難度大，根據(jù)實(shí)際情況將精餾塔割掉9m，改造后連同回流冷凝器的高度共為23 m。塔頂回流冷凝器改為波紋管式冷凝器，面積也由原來(lái)的709m2減為250m2。
(2)浮閥型塔板改為刺孔板波紋填料。
(3)真空泵改為蒸汽噴射泵。
(4)低變氣管道上新配蒸汽管線，目的是當(dāng)?shù)妥儦馔＼嚂r(shí)，快速送入高壓蒸汽，以保證精餾塔發(fā)生器的溫度不下降，同時(shí)避免氨吸收系統(tǒng)出現(xiàn)大的波動(dòng)。
(5)液氨貯槽增設(shè)一次表，液氨輸送管道安裝自調(diào)閥。
3 氨吸收制冷開(kāi)車情況
裝置于2000年4月底安裝結(jié)束，5月1日正式開(kāi)車。在很短的時(shí)間內(nèi)就轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。到5月 3日已生產(chǎn)出制冷劑(液氨)10～13m3／h(折合氨7t／h左右)。冷凍量大約為9.1×106kJ／h。
裝置開(kāi)車前，造氣NHD碳和合成車間氨冷器用8臺(tái)冰機(jī)(4月底)。5月氨吸收制冷正常后，冰機(jī)由8臺(tái)減至4～5臺(tái)。由于采取液氨通過(guò)過(guò)冷器過(guò)冷等措施(由40℃降至20℃以下)，同時(shí)合成立式冷凝器熱負(fù)荷大大減輕，氨冷器出口壓力由0.26MPa降至0.2MPa，出口循環(huán)氣溫度由0℃降至—3℃左右。
4 氨吸收制冷系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)想
目前氨吸收制冷量沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)的10.8t／h，主要原因如下。
(1)低變氣入精餾塔發(fā)生器溫度沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)值(166℃)。主要是發(fā)生器前洗滌水進(jìn)洗滌水加熱器溫度偏低。設(shè)計(jì)為120～130℃，而實(shí)際為104℃。因此取走的熱量相對(duì)多些。解決此問(wèn)題的方法是將642炭黑水換熱器由并聯(lián)改為串聯(lián)，盡可能多回收炭黑水的余熱，將炭黑水排放溫度降到80℃以下(現(xiàn)在為90℃)。去氣化爐急冷室的水及各級(jí)分離器加水不宜過(guò)多。
(2)現(xiàn)用的氨水換熱器面積為168m2。生產(chǎn)運(yùn)行表明，此換熱器換熱面積偏小，影響換熱，去吸收器的氨水溫度在70％的負(fù)荷下達(dá)到56℃(設(shè)計(jì)46℃)，濃氨水進(jìn)精餾塔的溫度只有72℃ (設(shè)計(jì)92℃)，影響了精餾塔的生產(chǎn)能力。
(3)此系統(tǒng)投油量應(yīng)盡量調(diào)到7.5～8t／h(現(xiàn)7.2t／h)，以增加更多的余熱提供給氨吸收裝置。另外，結(jié)合我廠中低低變換工藝流程特點(diǎn)，當(dāng)催化劑老化或其他原因造成變換氣CO含量偏高時(shí)，可以考慮向變換系統(tǒng)添加高壓蒸汽的方法，這樣不僅能變換氣出口CO含量，同時(shí)為氨吸收制冷提供更多的熱量。
5 本裝置設(shè)計(jì)用水量和實(shí)際用水量比較
10.8t／h液氨設(shè)計(jì)冷卻水消耗情況見(jiàn)表1。
從表1可以看出，設(shè)計(jì)冷卻水消耗總量為1323 m3／h，即每噸液氨設(shè)計(jì)消耗冷卻水量為 122.5 m3。
現(xiàn)實(shí)際氨吸收制冷液氨量只有7 t／h左右，總用水量應(yīng)為857.5 m3／h。
7t／h液氨實(shí)際冷卻水消耗情況見(jiàn)表2。即7t／h液氨實(shí)際消耗冷卻水量為475.4m3／h。
根據(jù)以上比較可知，實(shí)際用水量要比設(shè)計(jì)用水量少得多，用水量少的主要原因一是氨吸收制冷系統(tǒng)冷卻水的換熱面積設(shè)計(jì)富裕量大，實(shí)際每臺(tái)換熱器冷卻水出入口的溫差△t>10℃，回流冷凝器的溫差△t甚至可達(dá)到20℃；二是入冷卻器上水溫度為22℃，較低(設(shè)計(jì)為28℃)。
如果碳系統(tǒng)改造不采用氨吸收制冷，精餾塔發(fā)生器所用的熱量(1.8×107kJ／h)也靠低變氣水冷器移走，其用水量至少需880m3／h；而氨吸收制冷開(kāi)車后，冷卻水只需260m3/h。另外，合成冰機(jī)停用3～4臺(tái)后，相應(yīng)立式冷凝器冷卻水減少500m3／h。以上數(shù)據(jù)表明，氨吸收制冷用水依托老廠改造其綜合用水量反而少些。
6 氨吸收制冷工藝的特點(diǎn)
(1)用氨吸收制冷時(shí)氨水泵的電耗經(jīng)計(jì)算為65kW•h，比壓縮制冷節(jié)約電耗。
(2)設(shè)備簡(jiǎn)單，容易加工制造，除氨水泵外都是靜置設(shè)備，全部可以露天安裝。
(3)操作彈性大，一般適用于(400～1200)×104kJ／h的規(guī)模，能在30％～110％設(shè)計(jì)范圍內(nèi)正常運(yùn)行。
(4)裝置投資和操作費(fèi)用隨蒸發(fā)溫度的升高。
我廠利用余熱進(jìn)行氨吸收制冷[(840～1280)×104kJ／h]，總投資大約280萬(wàn)元，針對(duì) NHD碳的匹配至少節(jié)省4臺(tái)8AS17型冰機(jī)及配套設(shè)備、廠房等，節(jié)省投資約150萬(wàn)元。通過(guò)計(jì)算表明，由于采用氨吸收制冷工藝多投入的工程資金，不到一年時(shí)間即可收回。
另外，夏季合成氨蒸發(fā)器出口氣溫度在同等條件下，由過(guò)去的0℃下降到—2℃左右，同時(shí)減少入合成塔循環(huán)氣量，會(huì)帶來(lái)更可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
從目前運(yùn)行效果來(lái)看，氨吸收制冷工藝用于NHD碳，設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作方便，為低品位熱能的回收開(kāi)辟了新的途徑。
