（
河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南新乡 453731）
摘 要：针对合成氨系统中膜提氢尾气内氢含量高的情况，更换合成塔内件及催化剂后，膜提氢尾气中氢的含量没有明显降低，通过对现场工艺流程及设备的优化，清洗系统过滤器，增加进出口压力差及对系统增加一根大膜以提升过气量，将膜提氢尾气中氢含量降低至理想范围内，以减少资源的浪费。
关键词：膜提氢；尾气；氢含量
1 生产现状及问题
某合成氨系统在大修后对膜提氢尾气中氢含量高进行攻关，随着合成氨系统负荷增加，（该合成氨系统共有六台压缩机进行生产，打气量最高为）加到六机后，提氢总处理气量达到了6000 Nm3/h（设计最大处理为4500 Nm3/h），提氢尾气流量增加到了3000Nm3/h，尾气内的氢含量为30～40%。尾气氢含量在不断升高，不能有效回收氢气，造成气体的浪费，2018年大修更换合成塔内件和催化剂后，以上情况没有好转，还需要合成冷交进行微过气来保证正常生产。
2 措施的采取
经过对现有设备进行工艺优化，更换了膜进口气动阀后膜提氢进口压力由原来的9.5MPa提高到10.5MPa，；通过清洗膜进口过滤器将膜进口与原料气进口压差由原来的0.6MPa降低到0.25MPa，以上两种措施实施以后提高膜渗透压差，渗透效率提升，对膜提氢的有效回收率有所增加，但仍不能达到目标要求，于是对现场装置进行了的再分析，最终确定在原系统的基础上再增一根φ200mm×3000mm的大膜，设计处理气量为2500 Nm3/h，最终使提氢尾气氢含量降低至20%。
3 运行工艺参数对比
以下是改造前后的工艺对比情况，改造前六机满量工艺情况：
日期 | 提氢泵流量M3/h | 尾气流量M3/h | 入膜氨含量ppm | 膜进口氢含量% | 膜进口甲烷% | 渗透气氢含量% | 渗透气甲烷含量% | 尾气氢含量% | 尾气甲烷含量% |
2018.12.6 | 1535 | 3051 | 90 | 62.0 | 16.0 | 88.8 | 8.0 | 30.7 | 34.0 |
2018.12.13 | 1637 | 3150 | 80 | 61.2 | 17.5 | 94.2 | 6.0 | 35.2 | 26.8 |
2018.12.20 | 1578 | 3082 | 100 | 63.1 | 19.5 | 93.0 | 6.0 | 34.8 | 37.0 |
2018.12.27 | 1568 | 3078 | 110 | 59.6 | 19.5 | 91.2 | 6.6 | 32.1 | 34.6 |
2019.1.3. | 1638 | 3200 | 120 | 64.0 | 18.0 | 95.2 | 6.5 | 35.6 | 34.0 |
2019.1.10 | 1673 | 3200 | 130 | 56.3 | 20.0 | 86.2 | 7.3 | 30.2 | 36.0 |
2019.1.17 | 1653 | 3186 | 120 | 58.7 | 19.2 | 91.2 | 6.7 | 33.5 | 33.4 |
2019.1.24 | 1658 | 3195 | 110 | 64.0 | 16.0 | 90.7 | 5.6 | 34.5 | 39.3 |
2019.1.31 | 1673 | 3198 | 120 | 65.2 | 18.5 | 91.4 | 5.3 | 36.4 | 30.7 |
平均值 | 1624 | 3149 | 108.9 | 61.6 | 18.2 | 91.3 | 6.4 | 33.7 | 34.0 |
改造后六机满量工艺情况：
日期 | 提氢泵流量M3/h | 尾气流量M3/h | 入膜氨含量ppm | 膜进口氢含量% | 膜进口甲烷% | 渗透气氢含量% | 渗透气甲烷含量% | 尾气氢含量% | 尾气甲烷含量% |
2.7夜2:00 | 1930 | 2642 | 90 | 59.0 | 20.0 | 89.3 | 6.7 | 21.3 | 40.7 |
2.7夜6:00 | 1921 | 2943 | 140 | 61.3 | 19.5 | 85.3 | 8.0 | 24.0 | 38.6 |
2.7白10:00 | 1928 | 2997 | 70 | 55.0 | 19.0 | 83.3 | 7.5 | 21.3 | 40.0 |
2.7白14:00 | 1926 | 2947 | 85 | 54.0 | 17.5 | 85.4 | 8.0 | 16.2 | 43.3 |
2.7中18:00 | 1928 | 2810 | 100 | 62.6 | 20.6 | 88.9 | 8.0 | 24.0 | 38.6 |
2.7中22:00 | 1923 | 2790 | 100 | 60.3 | 19.7 | 86.7 | 8.5 | 22.5 | 39.9 |
2.8夜2:01 | 1919 | 2850 | 120 | 60.3 | 20.5 | 85.6 | 7.2 | 23.1 | 37.3 |
2.8夜6:01 | 1926 | 2861 | 120 | 59.0 | 20.0 | 84.8 | 7.6 | 20.4 | 38.0 |
2.8白10:01 | 1920 | 2937 | 130 | 58.0 | 19.5 | 84.0 | 7.3 | 19.1 | 38.6 |
2.8白14:01 | 1923 | 2823 | 160 | 61.0 | 18.0 | 84.4 | 6.6 | 21.2 | 38.6 |
2.8中18:01 | 1923 | 2829 | 80 | 59 | 17.5 | 86.4 | 6.4 | 22.2 | 38.7 |
2.8中22:01 | 1927 | 2846 | 65 | 55.7 | 18 | 87.6 | 6.8 | 20.4 | 36.7 |
2.9夜2:02 | 1924 | 2860 | 130 | 63.3 | 19.5 | 87.1 | 7.3 | 21.3 | 39.3 |
2.9夜6:02 | 1928 | 2835 | 120 | 58.3 | 17.5 | 84.8 | 7.3 | 20 | 34.6 |
2.9白10:02 | 1923 | 2839 | 100 | 60.3 | 18.5 | 85.3 | 7.2 | 24 | 36.6 |
2.9白14:02 | 1935 | 2827 | 130 | 61.6 | 19 | 86.4 | 7.2 | 19.1 | 40.6 |
2.9中18:02 | 1928 | 2891 | 130 | 61 | 20.5 | 85.8 | 7.2 | 22.2 | 38.6 |
2.9中22:02 | 1924 | 2878 | 120 | 58.3 | 20.5 | 84.2 | 7.6 | 20.4 | 41.3 |
平均值 | 1925 | 2856 | 110.6 | 59.3 | 19.2 | 85.9 | 7.4 | 21.3 | 38.9 |
从以上两个表中可以看出：提氢泵目前变频为100%，流量为1925 M3/h，尾气流量在3000 M3/h可以保证入膜氨含量＜200ppm的指标，说明高压洗氨塔可以满足目前生产需要，但如果新鲜气甲烷含量升高时，合成需要加大放空量时，就需要持续关注入膜氨含量。
2、提氢尾气流量比原来减少293M3/h，也不在需要合成低压放氨过气就能保证合成甲烷的正常控制范围以内。尾气内的氢含量也由原来的33.7%降低到目前的21.3%，大大减少有效气体成分浪费。
3、按照每个膜的渗透气处理气量为总膜处理气量的3/5计算：目前渗透气流量为6500*3/5=3900M3/h，理论上渗透气流量增加1000-1200M3/h,气体成分出现变化，氢含量比原来降低5.4%，甲烷含量升高1.0%。
4 结语
对膜提氢系统装置优化改造后，使提氢尾中的氢含量由原来的33.7%减至21.3%，，提氢尾气放空按照2900NM3/h，则有效回收氢量为2900×12.4%=359.6Nm3/h，经过理论计算，折算液氨产量为0.18t/h，即液氨每月增加产生效益：0.18×24×30×2300/1.17=24万元/月，大大避免了资源的浪费，同时也提高了公司的经济效益。
参考文献：
[1] 陈洪钫,刘家祺.化工分离过程：第二版.北京：化学工业出版社，2014
[2] 王志魁.化工原理：第三版.北京：化学工业出版社，2004
[3] 杨春升.中小型合成氨厂操作问答：第三版.北京：化学工业出版社，2010
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