大型氨吸收制冷技术在煤化工企业中的应用

摘 要：根据某煤化工企业氨吸收制冷技术在煤气低温甲醇洗装置中的应用及工艺原理，总结了氨吸收制冷装置安全、节能、环保的优势和特点。

关键词：氨吸收 制冷 应用

一、前言

氨吸收制冷是利用低燃烧值尾气、蒸汽余热来制冷的一种新型的节能、环保制冷技术。其最大特点是可以利用低品位余热，使能源得到最大程度的利用，从而实现节约能源的一种方式，氨吸收制冷在我国的利用开始于上世纪60年代，先后在我国石油化工、化肥制造等企业中得到应用，目前已被广泛应用与煤化工煤气低温甲醇洗工艺的制冷。

二、工艺原理

目前制冷的方法很多，大体上可以分为两大类，一类是物理法，一类是化学法。氨吸收余热制冷工艺流程采用的是物理制冷方法。

物理制冷方法的基本原理为相变制冷。所谓相变是指物质集聚状态的变化。在相变过程中，由于物质分子重新排列和分子运动速度改变就需要吸收或放出热量，这种热量称为相变热。

液氨蒸发为气氨，从环境吸热，使环境达到冷冻的目的。在这个过程中只有将氨循环利用，在经济上和工艺上才合理。气氨变成液氨必须采用冷却的方法。可是蒸发温度很低，要把低温下的气氨冷凝成液态，则要求冷却剂的温度更低，与制冷相矛盾。从上表看出，如果把气氨压力提高，冷凝温度也相应提高，当冷凝温度高于冷却水温后，就可用冷却水来冷却。如：把气氨压力提高到16大气压（1.5544Mpa）后，冷凝温度达40℃，显然可以用冷却水来冷凝气氨，使气氨重新变成液氨，液氨再减压蒸发，如此循环操作，进行制冷。

吸收制冷是通过吸收和精馏装置来完成循环过程的。吸收制冷是利用二元溶液中各组分蒸气压不同来进行的。即使用在一定压力下各组分挥发性（或蒸汽压）不同的溶液为工质，以挥发性大的组分为制冷剂，如氨，而以挥发性小的组分为吸收剂，如水，利用氨水溶液在液氨蒸发压力下吸收氨气。液氨在蒸发器中气化变成气氨达到制冷目的。氨水二元溶液中氨易挥发，气化潜热大，用作制冷剂，水的挥发性小，用作吸收剂。氨吸收制冷循环由冷凝、节流后蒸发、吸收及精馏过程所组成。吸热蒸发后的气氨用稀氨水溶液吸收变成浓氨水溶液。然后在精馏塔中借精馏将氨分离。再用冷却水冷凝成液氨，液氨节流减压送至蒸发器供循环使用。

三、工艺流程简述

1.装置设计规模及组成

该氨吸收制冷装置分吸收制冷Ⅰ和吸收制冷Ⅱ两个界区。吸收制冷Ⅰ正常制冷能力为：-40℃级冷量：7.7×106kcal/h；0℃级冷量：1.2×106kcal/h；吸收制冷Ⅱ：正常制冷能力为-40℃级冷量：3.06×106 kcal/h；0℃级冷量：0.74×106 Kcal/h，装置设计负荷弹性50～115%。

2.流程特点

制冷装置采用两级吸收，两级解吸的吸收式制冷流程，这种流程的特点是分别用两个压力级的吸收器来吸收来自-40℃级和0℃级的蒸发器的制冷剂蒸汽，又经过两级解吸和两级精馏以产出合格的氨液送往用冷设备。另一个特点是：整个装置除了氨水泵真空泵外没有其它转动设备，因而运行平稳、可靠，便于维修。与压缩式或混合式制冷不同的是，吸收制冷完全利用低位热能，故能量利用率较高，不足之处是投资高、冷却水耗用大。

3.工艺流程介绍

该煤化工企业氨吸收制冷装置采用两级吸收，两级解吸的吸收式制冷流程，这种流程的特点是分别用两个压力级的吸收器来吸收来自-40℃级和0℃级的蒸发器的制冷剂蒸汽，又经过两级解吸和两级精馏以产生合格的液氨送往用冷设备。另一个特点是：整个装置除了氨水泵真空泵外没有其他转动设备，因而运行平稳、可靠，便于维修。与压缩式或混合式制冷不同的是，吸收制冷完全利用地位热能，故能量利用率较高，不足之处是投资高，冷却水耗用大。

3.1低压部分

来自低温甲醇洗Ⅰ系列的0.064MPa，-40℃气氨分别进入制冷Ⅰ的低温级过冷器壳程，被管程1.78MPa，36℃的液氨加热到25℃，同时液氨被过冷到8℃送出装置用于-40℃级制冷。换热后的气氨送往级吸收器Ⅰ，被来自氨水冷却器的贫液吸收成11.99%，38℃的溶液，用氨水泵加压送到Ⅱ级吸收器作吸收液。

来自低温甲醇洗Ⅰ系列的0.39MPa，0℃的气氨首先进入高温级过冷器的壳程，被管程36℃的液氨加热至26℃左右，进入Ⅱ级吸收器，同时液氨被过冷到24℃送低温甲醇洗Ⅰ用于0℃级制冷。气氨被吸收成浓度为13.19%，38℃的“富液”，送入Ⅱ级吸收氨水贮槽缓冲后用氨水泵送往溶液热交换器Ⅰ。

3.2 高压部分

来自低压部分的13.19%，38℃的“富液”首先进入溶液热交换器Ⅰ的壳程，被来自低压解吸器的141℃左右的贫液加热到接近饱和状态送往低压精馏塔中部分精馏。塔顶精馏出的64℃，97%纯度的气氨以并行方式进入四台叠置的再吸收器壳程，被来自溶液热交换器管程的溶液吸收。低压精馏塔所需的精馏热量由低压解吸器提供，热源是0.5MPa，158℃的低压蒸汽，从换热器底部出来的141℃，2.56%的“贫液”先进入溶液热交换器的管程被“富液”冷却到63.5℃，在进入氨水冷却器的壳程被冷却水冷却到50℃，最后去Ⅰ级吸收器作为吸收液。

在塔顶分凝器中，上述来自再吸收器的溶液被管程的氨气加热到50℃左右再进入溶液热交换器Ⅱ的壳程，被高压解吸器来的溶液加热到接近饱和状态，进入到高压精馏塔中部分精馏。塔顶精馏出的氨气浓度大于99.8%，温度55℃，进入氨冷凝器被冷却水冷凝成为36℃的液氨送冷凝器贮槽，液氨出贮槽分别送往低温级的过冷器和高温过冷器的管程。精馏所需热量由高压解吸器提供，热源是0.5MPa，158℃的低压蒸汽。改解吸器底部出来的140℃，24.2%的氨水溶液进入热交换器Ⅱ的管程被冷却到76℃，再与一部分来自泵的38℃的富液混合成73℃进入再吸收器作为低压精馏塔塔顶气氨的吸收液。

四、氨吸收式制冷装置的优势

根据某煤化工企业实际运行中的效果，可以总结出与其它形式的制冷机相比较，氨水吸收式制冷机具有如下特点：

1.使用寿命长

机组由多台换热设备组成，除水泵外无其它的运动部件。制冷工质采用全封闭运行方式，制冷液永无泄漏。机组维护简单、使用方便，寿命较压缩机制冷机组约长一倍以上。

2.使用安全可靠

机组内设有各种保护装置，在运行中如出现故障整个机组具有自动报警、停机、复位等功能，操作过程安全便捷。

3.节约能源显著

以1台小时制冷量为20万大卡（230KW）为例，采用压缩式制冷机组需要的耗电功率为110kW，而采用尾气、余热制冷机组需要耗电功率仅为11kW，仅为压缩式制冷机组耗电功率的12%左右。

4.采用企业锅炉及系统尾气燃烧后产生的蒸气作为热源，有利于废热的综合利用，提高能整个系统的能源综合利用效率。

5.整个装置除泵外均为塔、罐等热交换设备，结构简单，便于加工制造，振动、噪音较小，并且为露天安装，从而降低了建筑费用。

6.以氨作为制冷剂，能制取零下40℃的低温，制冷量大；氨价格低廉，来源充足；对大气臭氧层无破坏作用。

五、小结

氨吸收制冷装置以氨为制冷剂，以水为吸收剂，以发生、精馏、冷凝、蒸发、吸收等过程构成溶液循环和制冷剂循环的制冷装置，该机组装置可广泛应用于5℃～-40℃的化工企业制冷领域。通过氨水吸收制冷装置热冷转换，废蒸汽热量重新得到有效的利用，大大节约能源消耗，显著增加经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 宁德才. 浅析氨吸收制冷工艺与压缩制冷工艺的比较[J]. 民营科技. 2008（11） .

[2] 金管会，石文秀，张玉财. 氨吸收制冷工艺分析[J]. 化工进展. 2012（S1）.

作者简介：李继卿，男，1982年生，工程师，从事煤化工设备管理工作。