合成氨工藝分析及節(jié)能改造措施

趙新明，王燕

陜西陜化煤化工集團有限公司

合成氨工藝分析及節(jié)能改造措施

趙新明，王燕

陜西陜化煤化工集團有限公司

在我國工業(yè)技術(shù)水平不斷提升的背景之下，合成氨工藝已經(jīng)相對成熟，但其在合成過程中仍然存在生產(chǎn)力低下，能耗過高的問題，所以說加強對合成氨工藝流程的節(jié)能改造，不斷優(yōu)化其節(jié)能技術(shù)是非常有必要的。為此，筆者通過對合成氨工藝流程的系統(tǒng)分析，針對其在實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所存在的問題，提出了幾點具有較強針對性的節(jié)能改造措施，以供業(yè)界同仁參考。

合成氨；工藝；節(jié)能改造；生產(chǎn)

氨作為工業(yè)生產(chǎn)中主要的無機化工產(chǎn)品，有著極高的經(jīng)濟價值，合成氨工藝的完善也為工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展給以了一定的技術(shù)保障，也為化工產(chǎn)業(yè)的實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供了充足的原料支持。而就現(xiàn)實情況來看，合成氨工藝流程雖然已經(jīng)得到了推廣應(yīng)用，但在生產(chǎn)效率與能源消耗等方面仍然存在不小的問題，有很大的改進空間。為此，不少化工企業(yè)對此都制定了相應(yīng)的應(yīng)對措施，如設(shè)備改造以及催化劑研發(fā)等等，有效實現(xiàn)了對生產(chǎn)流程的優(yōu)化，提高了合成氨的經(jīng)濟效益。

一、合成氨工藝流程分析

1.制備原料氣

在合成氨氣之前，必須完成對H2及N2原料氣的制備。在制備H2時主要以石油腦、煤、天然氣、焦炭等為原料，多選擇高溫環(huán)境與水蒸氣反應(yīng)的方式獲取含有H2、CO等的混合氣體，該制備過程也被稱之為造氣。在利用固體原料（如煤炭、焦炭）制備H2時，多會采用固體氣化的方法，而對液體原料（如渣油）制備H2時，多選擇部分氧化的方式獲取相應(yīng)的混合氣體，而在利用氣體原料等制備混合氣體時，多選擇二段蒸汽轉(zhuǎn)化的方式來完成。而在N2制備時，由于其在空氣中含量較多，所以可直接采用將空氣液化的方式或其他化學方式完成。如果采用物理方法，只需要控制溫度進行分離即可，可以同時分離出O2、N2兩種氣體。

2.凈化原料氣

在原料氣制備完成后，應(yīng)該及時完成對原料氣的凈化。在H2、CO混合氣體凈化時，由CO所占據(jù)的比例往往較高，所以可采用與原料氣與水蒸氣加熱反應(yīng)的方式，將CO轉(zhuǎn)換為CO2，并以此反應(yīng)為基礎(chǔ)，提高原料氣中H2的含量。由于該反應(yīng)必須在高溫條件下進行，所以需要消耗較多的能量。在除去原料氣中的CO2時，可采用物理吸收法，也可以采用化學吸收法，該過程也就是我們常說的脫碳工序。另外，還需要完成對原料氣的脫硫，該工序可采用干法與濕法兩種工藝完成，前者脫硫效果較為顯著，主要用在精脫之中，而后者主要用于粗脫硫。在上述工序完成后，還需要對所得原料氣進行精制，可采用童顏也洗手法以及甲烷化法等，除去其中殘余的CO、CO2以及H2O等。

3.合成氨氣

在氨氣合成的過程中，首先，需要完成對H2與N2的壓縮與除油，選用兩者循環(huán)流程。其次，則需要對H2與N2的混合氣體進行預(yù)熱，并完成合成工序。在氨氣合成之后，應(yīng)該及時對混合氣體進行分離，并回收其中殘余的H2與N2，再通過未反應(yīng)氣體的循環(huán)完成氨氣的二次制備。在反應(yīng)完成之后，則需要排除剩余的N2。最后，則需要完成對反應(yīng)熱的循環(huán)利用，盡可能避免對資源與能源的浪費。

二、合成氨工藝節(jié)能改造措施

就現(xiàn)實情況來看，國內(nèi)合成氨工藝存在生產(chǎn)技術(shù)落后、資源與能量消耗嚴重、生產(chǎn)過程不夠規(guī)范以及產(chǎn)能不足等現(xiàn)實問題，而就其中的資源與能量的消耗來看，必須加強對合成氨工藝的節(jié)能改造工作，以此在節(jié)約能源的同時，提高合成氨工藝的經(jīng)濟效益。而就具體的節(jié)能改造措施來看，主要可以從技術(shù)與設(shè)備兩大方面入手。

1.改進造氣技術(shù)與氨氣分離技術(shù)

就造氣技術(shù)的節(jié)能改造來看，可借助于自動加焦機技術(shù)，提高能量利用的效率，提高生產(chǎn)過程的安全性指標。還可以借助于信息化系統(tǒng)，對油壓、爐況等進行動態(tài)化控制，協(xié)調(diào)好反應(yīng)的時間，并針對反應(yīng)情況對溫度及給氣量等進行動態(tài)化調(diào)控，避免能量的不必要浪費。同時，還需要加強對余熱的利用工作，并對排出的廢氣加以收集分離。而在通入水蒸氣的過程中，還應(yīng)該盡可能保證其溫度，以此確保水蒸汽具備較高的分解率，并維持反應(yīng)爐中溫度的穩(wěn)定性。而就氨氣分離技術(shù)的節(jié)能改造來看，可利用現(xiàn)今的水吸收法與冷凝分離法來完成對氨氣的分離，使用氨氣分離器實現(xiàn)對氣體流向的動態(tài)化控制，將氣體中的液體進行排除，以此確保氨氣分離的效果。

2.改進合成氨工藝中應(yīng)用的硬件設(shè)備

在造氣階段硬件設(shè)備的改進時，可選用集中式高效洗氣塔，借助于其高塔彭林系統(tǒng)盡可能降低造氣過程中所受到的阻力，并降低用水量，以此在節(jié)約用水、減小耗能的同時，減少污水的排放。還可以設(shè)置相應(yīng)的高效靜電除焦器，盡可能提高脫硫過程的質(zhì)量，進而在保障其脫硫效率的同時，有效提高凈化原料氣的效果。另外，還應(yīng)該選擇現(xiàn)今新型的氨合成塔內(nèi)件，盡可能提高氨氣的轉(zhuǎn)化效率，并提高后期回收蒸汽的質(zhì)量，確保氨合成塔內(nèi)的溫度維持在較高的水平。而在冷凍工序中，還應(yīng)該選擇蒸發(fā)式的冷凝器，盡可能降低在合成氨的過程中能量的損失，提高氨氣生產(chǎn)的效率，以此在節(jié)約能源的同時，提高合成氨工藝流程的經(jīng)濟效益。

三、結(jié)語

綜上所述，在國內(nèi)大力推進可持續(xù)發(fā)展的社會背景之下，為進一步節(jié)約能源，必須從工業(yè)生產(chǎn)等主要的耗能過程入手，合理采用相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，不斷對工業(yè)生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，進而達到節(jié)能減排的目的。而就氨合成工藝來看，根據(jù)對其工藝流程的分析不難得出，其在實際生產(chǎn)的過程中需要消耗大量的能力，為此必須從技術(shù)與設(shè)備兩大方面的節(jié)能入手，合理應(yīng)用節(jié)能改造措施，以此通過生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的改變，進一步提高合成氨工藝的經(jīng)濟價值與社會效益。

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