尿素合成氨装置工艺冷凝液中氨测定方法的探讨

摘 要：随着国家资源税和排碳税的开征，节能减排成为合成氨尿素生产企业生存发展的重要出路。测定合成氨生产过程中的工艺冷凝液的回收利用是一项很重要的节能措施。但是合成氨系统的冷凝液往往由于管壁渗漏，使少量氨以游离状或铵盐形式存在于冷凝液中。而为了确保合成氨系统工艺冷凝液回收装置回收的工艺冷凝液不影响后续工序的正常运行，工艺冷凝液中氨等杂质的含量必须控制在一定的范围内，因此精确测定冷凝液中氨含量是回收利用冷凝液的先决条件。测定工艺冷凝液中氨离子用选择电极等测定法，该方法在工艺中受温度、压力和膜头密封等因素的影响使其不能正常与运行、且仪器价格昂贵。采用电导率和氨根离子之间的浓度关系诺模图快速准确地反映合成氨冷凝液浓度值，满足合成氨冷凝液回收装置的运行要求。

关键词：尿素合成氨装置工艺；冷凝液；氨；测定方法；探讨

随着国家正在制定的资源税和排碳税的开征，节能减排必将成为合成氨、尿素生产企业生存和发展的核心所在。国家启征资源税和减排CO2税是时代的必然。氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位；同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业，合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70%的比例，称之为化肥氨；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为工业氨。未来合成氨技术进展的主要趋势是大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行。

1 世界合成氨技术的现状和进展

1.1 传统型蒸汽转化制氨工艺阶段

从20世纪20年代世界第一套合成氨装置投产，到20世纪60年代中期，合成氨工业在欧洲、美国、日本等国家和地区已发展到了相当高的水平。美国Kellogg公司首先开发出以天然气为原料、日产1000t的大型合成氨技术，其装置在美国投产后每吨氨能耗达到了420GJ的先进水平。Kellogg传统合成氨工艺首次在合成氨装置中应用了离心式压缩机，并将装置中工艺系统与动力系统有机结合起来，实现了装置的单系列大型化（无并行装置）和系统能量自我平衡（即无能量输入），是传统型制氨工艺的最显著特征，成为合成氨工艺的经典之作。之后英国ICI、德国Uhde、丹麦Topsoe、德国Braun公司等合成氨技术专利商也相继开发出与Kellogg工艺水平相当、各具特色的工艺技术，其中Topsoe、ICI公司在以轻油为原料的制氨技术方面处于世界领先地位。这是合成氨工业历史上第一次技术变革和飞跃。传统型合成氨工艺以Kellogg工艺为代表，其以两段天然气蒸汽转化为基础，包括如下工艺单元：合成气制备（有機硫转化和ZnO脱硫+两段天然气蒸汽转化）、合成气净化（高温变换和低温变换+湿法脱碳+甲烷化）、氨合成（合成气压缩+氨合成+冷冻分离）。

1.2 低能耗制氨工艺

能耗制氨工艺技术主要以节能降耗为目的，立足于改进和发展工艺单元技术，其主要技术进展包括：①温和转化。一段转化炉采用低水碳比、低出口温度、较高的出口CH4含量操作，将负荷转移至二段转化炉；同时二段转化炉引入过量空气，以提高转化系统能力；②燃气轮机。使用燃气轮机驱动空气压缩机，并与一段转化炉紧密结合；③低热耗脱碳。采用低热耗Benfield或a-MDEA脱碳，以降低能量消耗。

2 用电导率自定义曲线反映氨浓度值

①经实验室多点分析合成氨正常生产中冷凝液电导率在0.6-0.9us/cm之间。在发生氨泄漏时工艺冷凝液电导率会急剧上升，此时电导率的变化能及时反映氨的泄漏浓度（实验室已证实）。合成氨工艺冷凝液的电导率是一个容易测量，准确度很高的数据，仪表的价格也低。因此只要测出一个正确的电导率数据进行计算或根据曲线，表格进行查找，就可以很方便的得到氨浓度的数据，并且电导率分析仪可以灵活的进行在线校正，进一步提高测量的准确度；②由于电导率受温度的影响比较大，水样温度升高时，电导率上升；水样温度降低时，电导率下降。电导率分析仪具有在线温度补偿功能，使其补偿温度为25℃，氨的电离是在25℃时候的数据，因此电导率的数据也应该是同一温度下的数据；③实际验证过程中，在实验室测量5组浓度值，根据公式求其对应的电导率，同时对温度变化的影响进行校正，就会得到一个浓度和电导率的对应关系，将此关系在电导率的自定义曲线中输入，就制作成了一个诺模图；④电导率测量的优点有：a.测量电极是流通池安装，拆卸方便，便于清洗和校准；b.测量电极的耐高温为80℃、耐压为5MPa，完全能达到合成氨工艺的要求；c.维护成本低，正常测量电极使用寿命是1年左右，并且该表的价格低，在使用性、可行性和经济性上都有很大的改就进。

3 结束语

合成氨生产过程产生的工艺冷凝液的回收处理，以及工艺冷凝淮中存在不能被离子交换剂脱除的微量杂质是否在锅炉内累积和生成酸性物质，目前仍存在不同的争议，就冷凝水中NH3对铜材质凝汽器的腐蚀和合成氨装置废水外排量水质达标一直是个争论的问题。此项技改的成功为工艺提供了可靠的依据，使得污水处理站负荷减低，取得了显著的经济效益和环保效益，对同类生产工艺具有一定借鉴作用。

参考文献：

[1]王森.在线分析仪器手册[M].北京：化学工业出版社，2008 （10）.

[2]合成氨、尿素工业冷凝液回收探讨[J].泸天化科技，2002（3）.

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