合成氨工业是重要的基础化学工业,也是我国支柱产业之一。合成氨生产中会产生两股富氢尾气,即驰放气和贮罐气。为了提高氢气资源的利用率,大多数合成氨厂都采用了不同方法对驰放气中的氢气进行回收,如：深冷法、膜分离法等,均取得了较好的经济效益。另一股贮罐气因气量较小,压力较低,目前大多数合成氨厂都没有回收其中的氢气,而仅仅将其作为燃料使用。对深冷氢气回收工艺而言,由于氢气的浓度取决于冷凝温度及冷箱的保温效果,因此当冷箱操作未达到要求时,驰放气只能作为燃料排入燃气管网,造成了氢气资源的浪费。为了提高深冷氢回收装置运行的稳定性,并对长期被忽视的贮罐气中的氢气进行回收,本文在深冷氢气回收工艺的基础上,提出了膜-深冷耦合氢回收工艺以同时回收驰放气和贮罐气中的氢气；在氢产品返回合成装置后,新鲜合成气中的氢氮比将会增大,本文提出采用工艺空气膜法富氮流程对氢氮比进行调节,并采用Unisim Design分别对两个流程进行了模拟研究。本文根据某Kellogg合成氨厂的富氢尾气数据,建立了膜-深冷耦合氢回收流程的模型。分析了膜-深冷耦合流程中氢膜面积对高压氢产品浓度和回收率、冷箱进气浓度和流量的影响；分析了冷箱进气浓度和冷凝压力对冷箱中气液两相节流温度变化、冷箱换热器换热温差及低压氢产品浓度的影响。针对实际生产装置,校核了冷箱换热器的换热性能,确定了原换热器可满足改造后流程的换热需要；考察了不同膜面积和冷凝温度情况下,氢气总回收率的变化规律。最后,根据生产中加氢脱硫单元的对氢气的需求量,确定了改造后流程的最优操作参数：氢膜面积优选为650m2,冷凝温度-189℃,氢气总回收率可达97.64%,经济效益可提高313.3万元/年。在氢产品返回合成装置后,将引起新鲜合成气氢氮比的增大。为了消除这种影响,首先改变纯工艺空气流量对氢氮比进行调节,模拟结果发现：通过增大纯工艺空气流量可以将氢氮比降至原设计值2.85,但此时氢气产量有所下降。为了保证新鲜合成气的氢氮比为2.85的同时,获得较高的氢气产量,提出了工艺空气膜法富氮流程。新流程中,20%的压缩空气进入膜分离单元进行富氮处理,获得的富氮气与其余的压缩空气混合后,作为富氮工艺空气送入二段转化炉。采用膜法富氮流程,选用膜面积为370m2,经济效益相对于采用纯工艺空气调节的流程可提高80.6万元/年。