關(guān)于合成氨工藝的分析及節(jié)能改造措施

郝林燕

摘 要：作為我國經(jīng)濟發(fā)展的重要工藝技術(shù)之一的合成氨技術(shù)一直都是我們研究的主要重點。雖然，我國對于合成氨技術(shù)的研究已頗有成效，但是在某方面仍存在一些問題，譬如，所需成本較高，能源消耗量也過大而且生產(chǎn)效率并不高等。因此，本文通過對合成氨工藝的流程就行了相關(guān)闡述，并針對某些問題提出了節(jié)能改造措施由此希望提高我國合成氨工藝效率。

關(guān)鍵詞：合成氨工藝;分析;節(jié)能;改造措施

1 概述

作為一種較為重要的無機化工產(chǎn)品，氨不僅僅是重要的化工原料，而且對于提升我國經(jīng)濟水平也發(fā)揮著不可替代的作用。但是，由于我國在合成氨技術(shù)方面生產(chǎn)效率低且能源消耗較大等問題，導(dǎo)致其嚴重阻礙了相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。因此，我們必須要加強對相關(guān)設(shè)備的改進以及技術(shù)的創(chuàng)新，從而有效的降低生產(chǎn)成本，提升經(jīng)濟效益。

2 合成氨的工藝流程

原料氣的制取、空氣的液化及分離、原料氣凈化、氣體的壓縮及合成是合成氨主要的四步流程。

2.1 原料氣的制取

氮氣和氫氣作為主要的合成氨原料氣，所以，在合成氨工藝的第一步工序就是制取原料氣。氫氣的來源主要是通過石腦油、天然氣、煤炭、焦?fàn)t氣等制取。通過高溫將這些原料氣與水蒸氣作用從而制得含有一氧化碳和氫氣的合成器，此過程我們稱之為造氣。我國目前主要采用三種工藝進行制氣：流化床、固定床和氣流床。我國主要是固定床制氣，此法發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

C+O2→CO2 C+H2O→CO+H2

氮氣的制取則主要是來源與空氣，通過采用物理方法將空氣進行液化或者進行化學(xué)反應(yīng)來制取氮氣。物理方法制取氮氣主要就是通過降溫使空氣液化然后在通過升高溫度制取，此原理主要是因為氮氣的沸點較低，所以當(dāng)升溫后氮氣會先逸出，進而制取高純度的氮氣;化學(xué)方法制取氮氣則主要是通過燃燒碳，再脫除氣體中的二氧化碳來制取氮氣。

2.2 空氣的液化及分離

空氣的液化和分離主要是先將空氣進行液化然后在根據(jù)空氣中各氣體的沸點不同進行升溫來獲取氧氣、氮氣，最后通過精餾的方式獲得高純度的氮氣等。

2.3 原料氣凈化

作為合成氨工藝的重要環(huán)節(jié)，對原料氣的凈化顯得尤為重要而且也是最為復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一。那是因為在合成氨的原料中勢必會存有一定數(shù)量的無機硫化合物H2S以及有機硫化合物二硫化碳（CS2）、硫醇（RSH）等，所以必須要經(jīng)過一氧化碳變換、脫硫脫碳以及氣體精制過程，從而才能獲得滿則工藝流程的原料氣。

首先，一氧化碳變化。一氧化碳必須在原料氣送往合成工序之前徹底清除，因此，需要將難以清除的一氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為容易脫除的二氧化碳，從而提高氫氣的含量。此變換反應(yīng)為：

CO+H2O（g）→CO2+H2 =-41.19kJ/mol

此工藝作為整個合成氨流程中耗能最大的工序之一，因此，如果想要最大程度的節(jié)約成本勢必要降低本工序的能耗問題。

其次，原料氣的脫硫脫碳處理。脫碳工序主要采用的是物理吸收法和化學(xué)吸收法。本環(huán)節(jié)主要是為了防止一氧化碳中毒情況的發(fā)生，而且經(jīng)過脫碳處理可以有效的回收和利用二氧化碳，既起到了保護環(huán)境的作用而且還有效的節(jié)約了資源。再者就是脫硫處理。由于原料氣在進入變換、合成系統(tǒng)前必須有效的將有機和無極硫化合物進行剔除，所以，此過程就被稱作脫硫。脫硫的方法很多，根據(jù)脫硫劑的物理狀態(tài)不同，可將脫硫方法分為濕法和干法兩大類。濕法脫硫主要是采用溶液脫硫，此方法優(yōu)勢就是再生容易，但屬于粗脫硫;而干法脫硫則是使用固體脫硫效果較好但是脫硫劑再生困難。

最后，原料氣精制。原料氣的精制主要是對脫硫脫碳后的原料氣中殘余的雜質(zhì)進行精煉。原料氣精制有多種方式，其中最為常用的有甲烷化法、銅氨液吸收法以及深冷液氮洗滌法等。

2.4 氨的合成

作為合成氨工藝的重要環(huán)節(jié)也是最后一個步驟，氨的合成就是在一定條件下使氫氣和氮氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。此過程主要包含：氣體的壓縮和除油、氣體的預(yù)熱和合成、氨的分離、未反應(yīng)氣體的循環(huán)、惰性氣體的排放以及反應(yīng)熱的回收利用這六個步驟。由于此過程是在高溫高壓下進行的，所以整個系統(tǒng)也是一個循環(huán)利用系統(tǒng)。目前，我國大部分中小型氨廠操作壓力為32MPa左右并設(shè)置水冷器和氨冷器兩次分離，新鮮氣和循環(huán)氣則通過往復(fù)式壓縮機加壓。

3 合成氨生產(chǎn)中的存在的問題

就目前我國合成氨技術(shù)來看，該工藝主要受生產(chǎn)技術(shù)較為落后、能源浪費、生產(chǎn)管理制度較不完善以及能源供應(yīng)不足等四個因素的影響。

4 合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能改造措施

我國合成氨企業(yè)為了有效解決以上問題，采取了相應(yīng)措施，例如生產(chǎn)技術(shù)的提升，提高能源利用率以及合理利用余熱等措施來提升合成氨質(zhì)量。下文將具體的進行闡述：

4.1 造氣工段的技術(shù)改進

第一，自動加焦技術(shù)。此技術(shù)的應(yīng)用可以有效的節(jié)省反應(yīng)時間，減少能耗，從而有效的提高能源利用率，而且安全性能較高可以降低安全事故的發(fā)生。第二，爐況監(jiān)測、油壓微機控制與系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)主要通過對時間的合理分配來全面的對造氣爐進行全面的監(jiān)測，并及時的進行反饋，從而有效的提升生產(chǎn)效率，節(jié)約資源。第三，煤氣余熱的集中式回收。通過使用回收器來將反應(yīng)過程中產(chǎn)生的余熱進行回收利用，從而有效的提高資源的利用率，進而利于資源節(jié)約型經(jīng)濟的發(fā)展。第四，集中式高效洗氣塔的使用。通過高效洗氣塔來降低系統(tǒng)的阻力，從而減少冷卻水和污水的產(chǎn)生和排放，從而起到保護環(huán)境的作用;第五，入爐蒸汽品質(zhì)的提升。作為合成氨工藝中必不可少的環(huán)節(jié)，過熱蒸汽不僅可以起到穩(wěn)定爐溫的作用，而且還可以有效的提高蒸汽分解率，從而降低資源能耗。第六，吹風(fēng)氣余熱的回收。作為節(jié)約資源的重要措施，吹風(fēng)氣余熱的回收主要是通過集中式燃燒爐吹風(fēng)氣回收技術(shù)，從而提高資源使用效率。第七，增設(shè)高效靜電除焦油器。焦油器不僅可以有效的確保脫硫質(zhì)量和效率，而且還可以有效的延長壓縮機的使用壽命，所以其主要在脫硫工段前和洗塔后使用，是合成氨最為重要的儀器之一。

4.2 采用全低變流程

采用全低變流速不僅可以提高工作效率，而且可以有效的節(jié)約資源，形成資源的循環(huán)使用，而且還可以減少催化劑的使用，促使生產(chǎn)成本降低。

4.3 使用新型氨合成塔內(nèi)件

由于新型合成塔具有傳統(tǒng)工藝不具備的優(yōu)勢，因而，新型氨合成塔內(nèi)件不僅可以提高氨合成質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，而且還有效的提高了蒸汽熱量，利于資源的回收利用。

4.4 冷凍工段以及氨的分離新技術(shù)

冷凍工段主要是通過蒸發(fā)式冷凝器的使用來提高生產(chǎn)效率，有效的降低氨合成工藝的能源損耗;而氨的分離新技術(shù)則指的是水吸收法和冷凝分離法。而且氨的分離主要是通過分離器來進行的，所以采用新型分離器不僅可以徹底的對氨進行分離，而且由于此裝置是通過轉(zhuǎn)變氣體流向來分離氣體中的液滴，所以其可以有效的降低資源浪費。

總而言之，作為我國經(jīng)濟發(fā)展的重要工藝技術(shù)之一的合成氨技術(shù)一直都是我們研究的主要重點。而且，由于我國工業(yè)主要是資源型工業(yè)因而所需資源較多，導(dǎo)致我國現(xiàn)階段資源能源特別緊缺，再者由于生產(chǎn)技術(shù)的落后也導(dǎo)致許多資源浪費嚴重。而作為一種較為重要的無機化工產(chǎn)品，氨不僅僅是重要的化工原料，而且對于提升我國經(jīng)濟水平也發(fā)揮著不可替代的作用。雖然，我國對于合成氨技術(shù)的研究已頗有成效，但是在某方面仍存在一些問題，譬如，所需成本較高，能源消耗量也過大而且生產(chǎn)效率并不高等。因此，合成氨工業(yè)中必須要對相關(guān)技術(shù)不斷進行創(chuàng)新和改革，也只有這樣才能更好的提高生產(chǎn)技術(shù)，從而有效的提高資源利用率，減少能耗，有效的降低企業(yè)生產(chǎn)成本，進而促進我國經(jīng)濟長久發(fā)展。

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