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基于离子液体的合成氨驰放气中氨回收工艺模拟计算

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合成氨驰放气回收技术

合成氨驰放气回收技术

普利森膜系统分离合成氨驰放气的H2驰放气组成？为什么要解决驰放气的问题？氢气和氮气在高温、高压和催化剂的作用下合成氨, 由于受化学平衡的限制,氨的转化率只有1/3左右。

为了提高回收率, 就必须把未反应的气体进行循环。

在循环过程中, 一些不参与反应的惰性气体会逐渐积累, 从而降低了氢气和氮气的烃分压, 使转化率下降。

为此, 要不定时地排放一部分循环气来降低惰性气的含量, 但在排放的循环气中氢含量高达50%, 所以也损失大量的氢气。

采用传统的方法回收氢气, 生产成本较高。

现选用膜分离从合成氨驰放气中回收氢, 它充分利用了合成的高压, 实施有功降压, 能耗低, 投用后, 经济效益显著。

我国自20 世纪80 年代初, 也先后引进了14套膜分离装置。

从1988 年起, 大连化物所[10]用自己生产研制的膜分离器, 先后为国内外近百家化肥厂提供了膜分离氢回收装置。

统计结果表明, 它不但增产氨3%～4%, 而且使吨氨电耗下降了50 度以上。

分离合成氨驰放气的途径？膜分离技术深冷分离技术深冷分离法利用合成氨驰放气中氢与其他惰性组分的沸点差异将驰放气逐级冷凝，在分离器中将高沸点的甲烷、氩及大部分氮的冷凝分离，从而得到90%的粗氢。

此时只需将温度冷却到80-85K，压力为6-7MPa，不需要外加任何冷量。

只是启动时另加-30℃～-40℃温度级的冷量。

变压吸附技术变压吸附法分离回收氢是利用吸附剂的选择性，将驰放气中的杂质气体吸附脱除，从而实现回收氢的目的。

吸附剂对气体的吸附容量与温度、压力、气体性质等因素有关。

在一定的温度下，吸附剂对气体的吸附容量随压力增加而增加，因此在较高压力下吸附剂吸附驰放气中的杂质而得到纯氢，在较低的压力下，已被吸附的杂质气体解吸并排入废气系统，使吸附剂得到再生。

变压吸附法所用的吸附剂一般有分子筛，活性炭，活性氧化铝及硅胶等。

用普利森膜解决驰放气的机理？气体分离膜一般是非多孔质的均质膜，分离原理是以压力为推动力，依靠膜的选择性，将待分离混合物中的组分进行分离;可用溶解—扩散机理来解释气体的透过，即气体透过膜分三步实现: 气体吸附溶解于膜表面、扩散透过、在膜的另一侧解析。

合成氨生产中的废气的回收利用

合成氨生产中的废气的回收利用

合成氨生产中的废气的回收利用摘要：合成氨生产中会产生很多的气体元素，由于生产企业自身技术以及相应经济条件的限制，对于合成氨中产生的气体利用效率很低，大部分气体都作为废气排放到大气中，造成很大的资源浪费。

随着我国科学发展观的进一步落实，合成氨生产中的废气利用问题日益受到人们的广泛关注，合成氨过程中产生的废气回收利用技术也得到进一步提高。

本文主要通过对合成气体中的回收利用技术进行简要分析，针对性的提出改进措施，为日后的合成氨废气利用提出参考性意见。

关键词：合成氨废气甲醇氨气一、合成氨气体中的一氧化碳回收利用方案一氧化碳是合成氨生产过程中，产生的比较多的一种气体，如果对该气体不进行有效的回收利用，不仅会影响合成氨整个生产环境的安全性与稳定性，如果排放到大气中还会造成大气污染，违背我国落实科学发展观的要求，因此必须对合成氨气体中产生的一氧化碳进行有效的利用回收。

甲醇是化工生产中比较常见的重要原料，比如在化肥厂的生产设备中加入合成氨的生产设备，也就是所谓的联醇生产，联醇生产工艺能够同时进行氨气以及甲醇的合成，能够有效的降低生产成本，是比较有效的一氧化碳回收利用方式。

联醇方法就是充分利用合成氨过程中产生的一氧化碳废气来生产甲醇，虽然一氧化碳的回收利用对于氨的产量没有明显的作用，但是通过变相的利用却能够为企业带来可观的经济效益。

从化学角度分析，一氧化碳生产甲醇的主要反应就是通过一氧化碳与氢气发生化学反应生成甲醇。

并且根据其他相关反应来看，利用一氧化碳生产甲醇的反应，还可以进一步提高氨的生产效率。

根据相关数据表明，没生产一吨的合成氨需要气体转换大约四千立方米，如果企业每年生产六万吨合成氨，利用联醇方法进行生产就能够生产甲醇六千多吨，合成氨四万五千吨，直接经济创收达五百余万元。

利用联醇方法来生产甲醇，势必要增加电机来辅助运转，就这会造成整个生产过程对电能消耗量增多，但是合成氨利用压缩气体设备量将会减少，合成循环机压缩气体量也将随着减少，这就节省了相应的压缩功能，从而与甲醇生产所多消耗的电能相抵消，所以实际上联醇方法也不会造成多余电能的消耗，因此从整体上来说，利用联醇方法生产甲醇，能够对合成氨过程中产生的主要废气，也就是一氧化碳能够充分的回收利用，这既节约了资源又提高了经济效益。

合成氨弛放气等压氨回收塔的改造

合成氨弛放气等压氨回收塔的改造
２ ２ 工艺 流程 ．
浓度 低 ， 回收 效果 差 ， 氨 出塔 尾气 中氨 含量 偏 高 ，
达不到 变压 吸附 提 氢装 置 对 原 料 气组 分 的要 求 ，
还需 要进 行 第 ２次 洗 氨 。 由于稀 氨 水量 大 、 度 浓 低 ， 往尿 素 系 统解 吸 时 ， 送 增加 了尿 素解 吸 负 荷 ， 造成 吨尿素 蒸 汽和 电 的消耗 增 加 。同时 ， 由于 出
为 Ｕ形 管式 换热 器 ， 热 面积 为 １０ ｍ 。 由于循 换 ０ 环水水 质差 ， 列管 结垢 ， 致 换 热效 果 不 理 想 （ 导 循 环水进 出 口压差达 ０ ０ ａ ， ．４ＭＰ ） 出塔氨 水 温度 高 、
２ 全收率等压氨 回收塔改造情况
２ １ 改造 方案 ．
水泵的脱盐水吸收进入液相 ， 反应热被水箱 中的
冷却水 移走 。未 被吸 收的气 体在 氨 回收塔 内 自下 而上 的上升 过程 中 ， 依 次 被来 自氨 水 泵 的稀 氨 又 水和来 自脱盐 水 泵 的脱 盐 水 洗 涤 吸 收 ， 反应 热 同
两路 ， 分别去公司 ２变压吸附系统提氢和燃烧炉
小氮肥
第３ ８卷
第 ９期
２１ ００年 月
ｌ ５
合 成 氨 弛放气 等 压 氨 回收 塔 的改造
冯 培 运
（ 安徽 临泉化 工股份 有 限公 司 ２６０ ） ３４０ 余热 锅炉 的安全 运行 。
１ 原 有 氨贮 槽 弛 放气 氨 回收 情 况
原 弛放 气氨 回 收塔 为 填 料 塔 ， 通过 循 环 氨 水 及软 水 ２次 洗 涤 ， 回收气 体 中 的氨 。外 部水 冷 器
放空气来 自合成氨系统
弛 放 气 来 自氨 库

基于离子液体的合成氨驰放气中氨回收工艺模拟计算

基于离子液体的合成氨驰放气中氨回收工艺模拟计算
艺用离子液体吸收含氨气体中低浓度的氨然后离子液体作为一种新型绿色溶剂具有传统溶剂不通过变温变压解吸得到较高纯度的氨解吸后的吸收可比拟的特性离子液体具有极低的挥发性不会造成溶剂返回吸收塔循环使用对c4mimbf4回收驰放气中气相污染低损耗解吸能耗低对气体溶解选择性和的氨工艺进行了模拟计算和理论分析由此确定了分离测定了二的优化操作条件以期为过程应用和工业化设计提供依氧化碳甲烷乙烷氢气氮气氩气等气体在据
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1
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(1. 郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001；2. 中国科学院过程工程研究所，北京 100190)
摘 要：设计并模拟优化了以[C4mim]BF4 离子液体为吸收剂的吸收与多级闪蒸回收氨的工艺，采用 NRTL 活度系数 模型对氨和甲烷在[C4mim]BF4 中的气液平衡数据进行拟合，结果表明，该模型能很好地关联和预测含离子液体的二 元体系气液平衡. 应用 Aspen Plus 软件灵敏度分析模块，对吸收剂流量、温度进行了灵敏度分析和优化，结果表明， 增大流量和降低温度有利于[C4mim]BF4 对氨的吸收，优化操作条件为流量 2 000 kg/h、温度 30 ℃. 该回收工艺净化气 满足设计要求， 标准煤耗预计为 940 kg/t， 比传统工艺节能 200 kg/t. 和再生气中氨摩尔浓度分别为 32.4×10−6 和 95.2%， 关键词：氨回收；[C4mim]BF4；吸收；闪蒸；模拟；优化 中图分类号：TQ028.1 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2011)04−0644−08
646 表 3 CH4 在[C4mim]BF4 中的溶解度 x Table 3 Solubility, x, of CH4 in [C4mim]BF4[8]
Temperature (℃) 9.9 19.8 30.23 30.23 30.25 40.12 40.14 50.04 50.05 59.91 60 69.89 69.94 Pressure (Pa) 81 837 84 606 46 528 87 548 86 518 47 989 89 281 49 457 92 057 95 960 50 948 97 649 52 435

300kt-a合成氨装置弛放气回收系统优化总结

300kt-a合成氨装置弛放气回收系统优化总结

300kt-a合成氨装置弛放气回收系统优化总结300kt/a合成氨装置弛放气回收系统优化总结摘要：随着合成氨工业的快速发展，合成氨装置弛放气回收系统的优化迫在眉睫。

本文通过对某300kt/a合成氨装置弛放气回收系统的研究和总结，从操作参数的优化、设备的改进、节能减排以及运行维护等方面进行讨论，并提出相应的优化建议。

一、引言合成氨装置是现代化肥生产中重要的工艺装置之一，但由于弛放气中含有大量氨气及其他有害物质，若直接排放到大气中将会造成环境污染。

因此，对于弛放气回收系统的优化具有十分重要的意义。

二、操作参数的优化1. 压力控制：合成氨装置弛放气的压力过高或过低都会导致气体的泄漏或系统的断气现象。

因此，在气体压力的控制上，应该根据装置的实际情况合理设定压力范围，并定期检测和调整。

2. 温度控制：合成氨装置弛放气在高温下容易引起气体的挥发，增加氨气的浓度，从而增加了环境污染的风险。

因此，在温度控制方面，应采取降低弛放气温度的措施，如增加冷却设备的使用。

三、设备的改进1. 弛放罐的改进：合成氨装置中的弛放罐是弛放气回收系统的核心设备，其工作状态直接影响着气体的回收效果。

为了提高回收效率，可以通过优化弛放罐的结构、增加吸附剂和改变操作方式等措施来改进。

2. 管道的改进：管道是装置中气体输送的重要通道，若管道泄漏会导致气体的浪费和环境污染。

因此，合成氨装置中的管道应定期检查，发现问题及时修复，避免漏气现象的发生。

四、节能减排1. 废气热能的回收利用：合成氨装置中产生的废气含有丰富的热能，可以通过热交换等技术手段回收利用，减少能源的消耗。

2. 尾气脱硫装置的优化：合成氨装置弛放气回收系统中，尾气脱硫装置是减少气体污染的关键设备。

通过优化尾气脱硫系统的工艺和运行参数，可以降低排放的二氧化硫等有害气体的含量。

五、运行维护1. 定期检查和维护：合成氨装置中的弛放气回收系统需要定期检查设备的运行情况，及时发现和处理可能存在的问题，提高装置的稳定性和可靠性。

离子液体在氨气分离回收中的应用及展望

离子液体在氨气分离回收中的应用及展望

离子液体在氨气分离回收中的应用及展望曾少娟;尚大伟;余敏;陈昊;董海峰;张香平【摘要】氨(NH3)是典型有毒有害工业气态污染物,也是形成PM2.5中二次颗粒物的根本原因之一,大量含氨气体的排放严重威胁人类的生活环境和健康.采用传统的酸法或水法,通常存在腐蚀性强、污染重、能耗高等问题,且难以回收利用氨资源.离子液体因其极低的挥发性、较好的化学/热稳定性、酸碱可调及高的氨溶解度等特点,为高效低能耗NH3分离提供了新途径.综述了近年来国内外离子液体在NH3分离中的研究进展,重点总结了常规离子液体、功能离子液体及离子液体溶剂/材料对NH3的吸收/吸附性能,阐明了阴阳离子、功能基团对NH3吸收性能的影响规律及其吸收机理,并探讨了该方向的研究和发展趋势.%As one of the typical alkaline and poisonous pollutants, ammonia (NH3) is widely considered as a primary factor for the formation of fog and haze, which has caused a wide range of environmental problems and serious harm to human health. The traditional technologies for NH3 separation, like water scrubbing and acid scrubbing, have been applied in industries. However, some inherent drawbacks, such as severe corrosion, heavy pollution, high energy consumption, and hard to recover NH3 resources come with yet. Ionic liquids (ILs) provide a novel way for efficient and energy-saving separation of NH3 owing to their extremely low vapour pressure, goodchemical/thermal stability and tuneable acidity and alkalinity. In this review, the recent advances on conventional ILs, functionalized ILs and IL-based solvents and materials for NH3 absorption/adsorption have been overviewed. The NH3 absorption capacities in different ILs weresummarized and the effect of cations, anions and functional groups on NH3 absorption and the mechanisms have been discussed, and the research and development trend of this direction are discussed.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2019(070)003【总页数】10页(P791-800)【关键词】离子液体;氨气;吸收;分离;吸收机理【作者】曾少娟;尚大伟;余敏;陈昊;董海峰;张香平【作者单位】中国科学院过程工程研究所, 多相复杂系统国家重点实验室, 离子液体清洁过程北京市重点实验室, 北京 100190;中国科学院过程工程研究所, 多相复杂系统国家重点实验室, 离子液体清洁过程北京市重点实验室, 北京 100190;中国科学院过程工程研究所, 多相复杂系统国家重点实验室, 离子液体清洁过程北京市重点实验室, 北京 100190;郑州大学化工与能源学院, 河南郑州 450001;郑州中科新兴产业技术研究院, 河南郑州 450000;中国科学院过程工程研究所, 多相复杂系统国家重点实验室, 离子液体清洁过程北京市重点实验室, 北京 100190;中国科学院过程工程研究所, 多相复杂系统国家重点实验室, 离子液体清洁过程北京市重点实验室, 北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TQ530.11引言氨气（NH3）是典型有毒有害工业气态污染物之一，工业上氨排放主要来源于合成氨、尿素、氰尿酸、无机化工（钼酸铵、氧化钼）等生产过程中，以及焦炉煤气、氨冷冻罐排气、硝酸装置尾气等。

合成氨连续弛放气排放流程模拟及弛放气氨回收工艺分析

合成氨连续弛放气排放流程模拟及弛放气氨回收工艺分析
Ａｍｍ ｏ ｎｉ ａ Ｒｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｒｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｉ ｎｇ Ｇａ ｓ
Ｌ Ｉ Ｙａ ｎ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｗｕ ｈ ｕ ａ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ ４ ３ ０ ２ ２ ３ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中图分类号 ： Ｔ Ｑ１ １ ３ ． ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ４— ８ ９ ０ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ２ ４— ０ ４
Ｖｅ ｎｔ ｉ ｎｇ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ａｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｆ ｏ ｒ Ｃｏｎ ｔ ｉ ｎｕｏ ｕｓ ｌ ｙ Ｒｅ ｌ ｅ ａｓ ｉ ｎｇ Ｇａ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｓｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ Ａｍｍ ｏ ｎ ｉ ａ ａｎ ｄ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｕ ｔ ｈ ｏ ｒ ｈ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ３ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｅ ｇ ａ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｍｍｏ ｎ ｉ ａ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｎａ ａ ｌ ｏ ｇ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｏ ｆ
方面 ， 氨用 于 制 造 化 肥 ； 在化学纤维 、 塑料工业 中， 则 以氨 、 硝 酸和 尿素 作 为 氮元 素 的来 源 生 产 已 内酰 胺、 尼龙 一 ６ 、 丙烯 腈 等 单 体 和脲 醛 树 脂 等 产 品 。氨 在常温常压 下是无色气 体 ， 具 有 特 殊 的 刺 激 性 臭

氨槽施放气含氨计算

氨槽施放气含氨计算

氨槽施放气和合成放空气中氨回收计算一、已知条件1、氨槽压力：2.25MPa；氨槽温度：10℃；2、施放气流量计流量：600m3/h；3、合成塔后放空气压力：30MPa；温度：25℃；4、合成塔后放空气流量：1200 m3/h；5、合成时产氨：10吨/时二、施放气中氨回收计算1、氨槽施放气10℃下液氨的饱和蒸汽压，查表得：0.615MPa（绝压）施放气中氨含量：0.615/（2.25+0.1）*95%=26.17%*95%=24.86%施放气带出的液氨量：600*24.86%/22.4*17/1000=0.113t/h=2.712t/d2、施放气中氨在精炼被铜液吸收吸收后出口含氨按3%计算，出口施放气量：600*(1-24.86%)/(1-3%)=464.8m3/h出口施放气中的氨量：464.8*3%/22.4*17/1000=0.0106 t/h进入铜液中的氨量为：0.113-0.0106=0.1024t/h注：36 m3/h铜液总氨可提高102.4/17/36=0.167moL/L 3、施放气中的氨在等压回收塔被脱盐水吸收吸收后出口含氨按0.1%计算，出口施放气量：464.8*(1-3%)/(1-0.1%)=451.3m3/h出口施放气中的氨量：451.3*0.1%/22.4*17/1000=0.00034t/h被脱盐水吸收的氨量为：0.0106-0.00034=0.01026t/h氨水滴度达到120tt，需脱盐水量0.01026*1000/（0.85*120）=0.1006 m3/h=2.4m3/d三、再生气中氨回收计算1、精炼系统氨损失按5%，则进入再生气中的氨量为：0.1024*（1-5%）=0.09728t/h折：0.09728/10*1000/17*22.4=12.818m3/t氨2、吨氨再生气量计算1）精炼吨氨耗原料气量为3050m3/t氨2）原料气成分：CO2 0.35%，CO 1.8%，H2 71.89%，N2 23.96%，CH4 2%3）吨氨铜液循环量：36/10=3.6 m3/t氨4）吨氨再生气量：CO2和CO被铜液全部吸收（微量不计），H2等其他气体在铜液中溶解量查资料知：1方铜液溶解量共2.1 m3，则CO2：3050*0.35%=10.68 m3/t氨CO: 3050*1.8%=54.9 m3/t氨H2等气体：3.6*2.1=7.56 m3/t氨无氨干基再生气量合计：10.68+54.9+7.56=73.14 m3/t氨其中含CO2：14.6%，含CO：75.06%有氨再生气量合计：73.14+12.818=85.918m3/t氨其中含CO2：12.43%，含CO：63.9%，含氨：14.92%3、再生气氨洗塔以碳化母液做吸收剂再生气尾气氨含量按0.5%计算，则再生气尾气量：73.14/(1-0.5%)=73.51m3/t氨再生气尾气中的氨量：73.51*0.5%/22.4*17/1000=0.00028t/t氨被碳化母液吸收的氨量为：0.09728/10-0.00028=0.00945t/t氨碳化母液滴度由80提到150，需碳化母液量：0.00945*1000/（0.85*70）=0.1588m3/t氨=38.1m3/d4、碳铵产量碳化系统氨损失按5%计算，则碳铵产量为0.00945*（1-5%）*240/0.2163=10t/d四、合成放空气中氨回收计算1、合成塔后放空气中氨含量压力30MPa,温度25℃根据公式logY=4.1856+60.2742/(错误！未找到引用源。

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收稿日期：2011−04−29，修回日期：2011−06−01 基金项目：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2009AA062604)；国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目(编号：2009CB219901) 作者简介：陈晏杰(1986−)，女，河南省开封市人，硕士研究生，化学工艺专业；张香平，通讯联系人，Tel: 010-62558174, E-mail: xpzhang@.
Component
NH3
H2
N2
Ar
CH4
Molar content (%)
3
58.6
19.1
6
13.3
离子液体回收驰放气中的氨工艺流程如图 1 所示， 驰放气从吸收塔 T-1 底部入塔，与来自塔上部的离子液 体逆流接触进行氨的吸收，净化气从塔顶出来去往下一 段膜分离工段，含氨的富液从塔底流出去往解吸工段. 富液首先进入一、二级闪蒸罐 F-1, F-2，在其中闪蒸出 大部分的不凝气，不凝气去往催化分解工段，达到排放 指标. 去除不凝气后的吸收剂依次进入常压闪蒸罐 F-3、 真空闪蒸罐 F-4，通过闪蒸回收得到高浓度的再生氨， 去往尿素合成工段，解吸后的贫液经加压降温后进入吸 收塔进行循环吸收，整个过程实现了溶剂的循环.
中图分类号：TQ028.1
文献标识码：A
文章编号：1009−606X(2011)04−0644−08
1 前言
合成氨驰放气直接排入大气，氨在大气中被氧化生 成氮氧化物，形成酸雨，进而氧化成硝酸盐，进入水循 环系统，污染地下水，不仅造成合成氨产品的损失，且 恶化了环境. 农业和化工行业的发展对氨气、尿素、磷 酸铵、硝酸铵等需求量的增加促使我国合成氨工业快速 发展，年生产量持续上升，驰放气的排放量也进一步增 加. 因此，无论从环保角度还是经济角度，工业生产都 需对驰放气中的氨进行回收[1−3]. 国内各大型氨厂的驰 放气流量、氨浓度不同，驰放气中氨的回收方法和氨回 收率也不同. 氨回收方法主要有两种：低温回收法和水 吸收法. 各厂对低温回收部分氨后的驰放气中的残余氨 处理方法不同，有些以天然气为原料的厂直接将其用作 燃料，此时驰放气中氨仍有 2%∼3%，对年产 30 万 t 的 合成氨厂，每年约有 1500 t 氨被烧掉，不仅损失 0.5% 的产品氨，且燃烧过程中产生的氮氧化物腐蚀设备，其 最终排入大气还造成环境污染[4,5]. 采用水吸收法氨回 收率很高，但需增加基建投资和操作费用，特别是用蒸 馏法回收纯氨产品投资更大，同时产生的氨水因浓度太 稀而无法处理，直接外排又造成污水氨氮超标和严重污 染环境. 减少驰放气污染物的排放是化工行业当前面临 的任务[6].
热力学模型对离子液体混合物仍适用[12]. 本工作采用 NRTL 方程对氨−离子液体、甲烷−离子
液体等二元体系的气液平衡数据进行关联和预测. 氢 气、氮气、氩气等几种气体在离子液体中的溶解度极小， 近似于不吸收，满足理想气体定律，在流程模拟时将其 选为亨利组分[13]. 氨、甲烷在[C4mim]BF4 中的气液平衡 数据摘自文献[8, 9]，如表 2 和 3 所示，其中，p 为 NH3 与 CH4 在[C4mim]BF4 中达到气液平衡时的气相压力， xNH3 和 xCH4 分别为 NH3 和 CH4 在[C4mim]BF4 中的摩尔含 量.
目前国内外普遍采用脱盐水回收驰放气中的氨，采 用的是吸收与解吸双塔氨回收工艺，即脱盐水从塔顶进 入吸收塔，与来自塔底的驰放气逆流接触吸收氨，稀氨 水去往解吸塔，通过解吸提浓得到高浓度的液氨. 王八 月等[10]设计了一种以水为吸收剂的双塔吸氨制浓氨水 工艺，用 Aspen Plus 软件对该工艺进行了模拟计算. 但 离子液体回收驰放气中氨的工艺及流程模拟尚未见报 道. 李春山等[11]采用 UNIQUAC 模型方程回归了甲醇− 碳酸二甲酯的二元交互作用参数并用于该共沸体系的 流程模拟和计算，采用类似方法，本工作根据 Jacquemin 等[8]和 Li 等[9]的气液平衡数据对 NRTL(Non-random Two Liquids)模型中的二元交互作用参数进行了回归，得到 二元交互作用参数用于本工艺的模拟和计算.
F-3
F-4
Atmospheric flash Vacuum flash distillation tank distillation tank
P-1 Pump
图 1 离子液体回收驰放气中氨的流程图 Fig.1 Flow chart of ammonia recovery from purge gas by ionic liquid
本研究提出了以离子液体为吸收剂回收驰放气中 氨的新工艺，考虑到实际含氨离子液体富液解吸出氨的 温度在离子液体的沸点之下，解吸工段采用多级闪蒸代 替水吸收回收氨的解吸塔，在此基础上，设计出一种用 离子液体[C4mim]BF4 回收驰放气中氨的吸收与多级闪 蒸工艺，用离子液体吸收含氨气体中低浓度的氨，然后 通过变温、变压解吸得到较高纯度的氨，解吸后的吸收 溶剂返回吸收塔循环使用，对[C4mim]BF4 回收驰放气中 的氨工艺进行了模拟计算和理论分析，由此确定了分离 的优化操作条件，以期为过程应用和工业化设计提供依 据.
增大流量和降低温度有利于[C4mim]BF4 对氨的吸收，优化操作条件为流量 2 000 kg/h、温度 30 ℃. 该回收工艺净化气 和再生气中氨摩尔浓度分别为 32.4×10−6 和 95.2%，满足设计要求，标准煤耗预计为 940 kg/t，比传统工艺节能 200 kg/t.
关键词：氨回收；[C4mim]BF4；吸收；闪蒸；模拟；优化
0.56
0.379 9
0.51
0.595 0
0.45
0.443 1
0.76
0.469 7
0.63
0.663 5
0.61
0.561 5
0.83
0.508 7
T=60 ℃
p (MPa)
xNH3,mol
0.07
0.060 8
0.17
0.110 3
0.25
0.168 9
0.40
0.251 9
0.59
0.339 7
xk Gkj
k =1
⎥, ⎥ ⎥⎦
(2)
式中，Gij=exp(−αijτij)，Gij 为溶液中组分 i 与 j 之间的作 用能，Gji 为溶液中组分 j 与 i 之间的作用能，其中 αij=αji=α，α为溶液的特征函数，τij 为组分 i 与 j 之间的 作用能参数，τji 为组分 j 与 i 之间的作用能参数. τij 与温 度 T 的关系可表示为
τij=(gij−gjj)/(RT),
(3)
gij−gjj=a/T+b.
(4)
回归算法是最大似然目标函数，对 NH3−[C4mim]BF4 和 CH4−[C4mim]BF4 二元体系在不同温度下的气液平衡 数据进行了关联，应用 Aspen Plus 中的 Data Regression 模块拟合得到 NRTL 模型参数，关联精度均在 3%以内， 有关参数如表 4 所示.
T=25 ℃
T=40 ℃
T=50 ℃
p (MPa)
xNH3,mol
p (MPa)
xNH3,
0.317 5
0.08
0.098 9
0.15
0.129 6
0.33
0.465 4
0.18
0.200 1
0.37
0.279 8
0.41
0.555 5
0.33
0.336 8
第4期
陈晏杰等：基于离子液体的合成氨驰放气中氨回收工艺模拟计算
645
2 氨回收工艺模拟计算
2.1 离子液体氨回收工艺 驰放气主要包括氢气、氮气、甲烷、氩气及少量的
氨，不同合成氨厂驰放气的组成不同，本工作选取某合 成氨厂的氨驰放气为研究对象，其组成如表 1 所示.
表 1 驰放气组成
Table 1 Composition of purge gas
(1. 郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001；2. 中国科学院过程工程研究所，北京 100190)
摘 要：设计并模拟优化了以[C4mim]BF4 离子液体为吸收剂的吸收与多级闪蒸回收氨的工艺，采用 NRTL 活度系数 模型对氨和甲烷在[C4mim]BF4 中的气液平衡数据进行拟合，结果表明，该模型能很好地关联和预测含离子液体的二 元体系气液平衡. 应用 Aspen Plus 软件灵敏度分析模块，对吸收剂流量、温度进行了灵敏度分析和优化，结果表明，
6.085
69.89
97 649
4.513
69.94
52 435
4.630
在氨−离子液体二元体系中，只有氨是挥发组分， 采用活度因子模型描述氨在离子液体中的活度因子，对 于低压或常压气液平衡通常将气相视为理想气体[14]，根 据平衡原理，则有气液平衡关系：
py1=p1=p1satx1γ1,
(1)
式中，p 为气相压力，p1 和 y1 分别为氨蒸汽的气相分压 和摩尔分数，p1sat 为体系温度下纯氨的饱和蒸汽压，x1 为液相中氨的摩尔分数.
646
过程工程学报
第 11 卷
表 3 CH4 在[C4mim]BF4 中的溶解度 x [8]
Table 3 Solubility, x, of CH4 in [C4mim]BF4[8]
Temperature (℃)
Pressure (Pa)
xCH4 (×10−4, mol)
9.9
81 837
12.59
H-1 Cooler
2.2 物性计算方法的选择 物性计算准确与否是流程模拟成功的关键. Aspen
Plus 包含很强大的纯组分物性数据库，提供了几十种气 −液或液−液相平衡计算方法和多种传递性质方法供用 户选择，可满足绝大多数工艺过程的模拟要求，但有关 离子液体体系的物性基础数据缺乏，在现有的实验数据 基础上无法得到具有“普遍化关联”作用的热力学模型. 离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成，一 般都具有较大的分子体积，分子间的 Van der Waals 力 与普通有机分子的较接近，因此，传统的非电解质溶液