合成氨生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗分析

摘 要：節(jié)能降耗已經(jīng)是當(dāng)今各個(gè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向，對(duì)于合成氨工業(yè)也不例外，對(duì)于氨氣合成工業(yè)進(jìn)行節(jié)能降耗任重而道遠(yuǎn)，因?yàn)槠渖a(chǎn)工藝復(fù)雜，系統(tǒng)連續(xù)，牽一發(fā)而動(dòng)全身。本文首先對(duì)詳細(xì)介紹了氨合成工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，然后闡述了節(jié)能降耗的必要性，最后舉例說明實(shí)現(xiàn)方法和措施。首先要根據(jù)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)方法的差異性調(diào)查原因，然后在生產(chǎn)管理上完善監(jiān)管制度，優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，重點(diǎn)是在技術(shù)創(chuàng)新層面上對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)造、改進(jìn)和調(diào)整。例如設(shè)計(jì)新型催化劑創(chuàng)造新的反應(yīng)路徑進(jìn)行節(jié)能消耗，在設(shè)備使用維護(hù)方面進(jìn)行裝置改進(jìn)，解決原料氣自給自足問題，對(duì)于合成塔進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，對(duì)于循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行可回收再利用設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：合成氨;節(jié)能降耗;分析

氨氣合成反應(yīng)被稱為把空氣變成面包的反應(yīng)，最初由德國化學(xué)家提出，首先用作炸藥和戰(zhàn)爭，氨氣合成反應(yīng)的研究和實(shí)際應(yīng)用大大促進(jìn)了氮工業(yè)的發(fā)展，氨氣作為化肥和基本有機(jī)化工的主要原料，其中作用之一是為農(nóng)業(yè)提供肥料保障。經(jīng)過近百年的發(fā)展，合成氨工業(yè)工藝和技術(shù)已經(jīng)得到不斷完善和發(fā)展。隨著近年來節(jié)能環(huán)保概念的倡導(dǎo)，節(jié)能降耗成為各個(gè)工業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向，作為最重要的合成工業(yè)之一，對(duì)合成氨生產(chǎn)過程進(jìn)行節(jié)能降耗優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)調(diào)整是十分重要的。

1 合成氨工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

氨作為化肥工業(yè)的重要原料，是化工產(chǎn)品的重要組成部分，隨著人口增長和農(nóng)業(yè)發(fā)展，在我國消耗量與日俱增?；蕦?duì)世界糧食生產(chǎn)貢獻(xiàn)率已經(jīng)接近50%，世界人均消耗氮肥20kg，人體中超過一半的氮元素由合成氨工業(yè)提供，可以客觀的說如果沒有合成氨工業(yè)作為支撐，地球上超過一半人類無法存活。一方面，世界人口增長速度加快，近百年來世界人口增加了4.5倍，但是糧食生產(chǎn)總量卻只增加了7.7倍，所以對(duì)未來氨工業(yè)產(chǎn)量提出了更高的要求;另一方面，合成氨需要的N2每年從大氣中通過活化作用固定3億t，但是只有1/3的N2重新返回到大氣中，其余氮元素以氮氧化物的形式存在于大氣中，從而加劇溫室效應(yīng)，造成環(huán)境污染，并且通過酸雨的形式進(jìn)入地表水從而造成水污染，進(jìn)入海水中造成海水富營養(yǎng)化造成海洋污染。綜上，對(duì)合成氨工業(yè)中進(jìn)行節(jié)能降耗分析，以更低的能量損耗生產(chǎn)更多的氨氣，同時(shí)調(diào)整工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品選擇性，降低有毒副產(chǎn)物生成，實(shí)現(xiàn)綠色產(chǎn)業(yè)化迫在眉睫。

2 合成氨工業(yè)節(jié)能降耗需求

合成氨工業(yè)經(jīng)過近百年發(fā)展，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)原料等存在差異性，但是本質(zhì)相同。第一是系統(tǒng)性和連續(xù)性，氨氣合成工業(yè)普遍使用循環(huán)法，通過各種方法對(duì)氨氣預(yù)處理，經(jīng)過脫硫、凈化等工序后參與反應(yīng)，氣體產(chǎn)物中分出一部分循環(huán)返回系統(tǒng)，與新鮮原料氣混合再次進(jìn)入反應(yīng)。整個(gè)工序系統(tǒng)連續(xù)，操作復(fù)雜，但是具有不穩(wěn)定性，對(duì)外界因素反應(yīng)敏感，一旦某個(gè)工序出現(xiàn)問題，整個(gè)生產(chǎn)流程將會(huì)出現(xiàn)故障，生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品，甚至損壞設(shè)備，危害操作人員生命安全，在浪費(fèi)資源的同時(shí)危及生命。因此，對(duì)工藝實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，在保證其連續(xù)性和系統(tǒng)性的同時(shí)降低能耗是十分必要的。第二是復(fù)雜性和要求規(guī)范性，氨合成工業(yè)復(fù)雜，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要精確操作和調(diào)控，操作人員需要對(duì)不同生產(chǎn)環(huán)境需求和特征，對(duì)生產(chǎn)過程中反應(yīng)溫度、壓力、催化劑和空速等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控，比如氫氣和氨氣混合氣原料，主要來源是天然氣、煤和水蒸氣等，資源容易浪費(fèi)，如果對(duì)工藝進(jìn)行節(jié)能降耗改進(jìn)，可以節(jié)約60%以上的能源，從而使氨氣的生產(chǎn)量大大提高，像這樣可進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化的生產(chǎn)環(huán)節(jié)在合成氨工業(yè)中是非常多的。因此，對(duì)合成氨工業(yè)進(jìn)行節(jié)能降耗優(yōu)化是非常必要，是實(shí)現(xiàn)我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)。

3 合成氨工業(yè)中節(jié)能降耗方法

3.1 抓住生產(chǎn)過程高能耗原因

氨氣合成工業(yè)工序十分復(fù)雜，并且各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)系統(tǒng)連續(xù)，進(jìn)行節(jié)能降耗優(yōu)化十分具有挑戰(zhàn)性，最首要的任務(wù)是掌握節(jié)能降耗的原因，當(dāng)前大部分企業(yè)能耗高的原因是管理制度、管理方法的欠缺和不完善，如果對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)原料使用、熱源冷源使用管理監(jiān)管不當(dāng)，容易造成資源浪費(fèi)，增加操作成本。同時(shí)，很多合成氨的小企業(yè)采用落后的設(shè)備和生產(chǎn)工藝，不僅對(duì)生產(chǎn)工藝沒有較好的管理，只是徒增產(chǎn)量，賺取利潤，在帶來環(huán)境污染的同時(shí)存在各種安全隱患，也增加了能源消耗。一方面，對(duì)于合成氨的企業(yè)完善管理制度，加強(qiáng)監(jiān)管力度，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的能耗和原料消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)化管控，另一方面，對(duì)于小型合成氨企業(yè)，加大打擊力度，淘汰破舊的設(shè)備和落后的生產(chǎn)工藝，從而為節(jié)能降耗打下重要基礎(chǔ)。

3.2 落實(shí)節(jié)能降耗方法

3.2.1 優(yōu)化生產(chǎn)管理

首先，要在企業(yè)文化層面上強(qiáng)調(diào)科學(xué)管理對(duì)于節(jié)能降耗的重要性，讓全體員工心里認(rèn)知科學(xué)有效的監(jiān)管制度對(duì)于提升產(chǎn)品品質(zhì)、保障生產(chǎn)安全以及節(jié)約能耗的重要性和必要性，不斷在企業(yè)戰(zhàn)略層面完善管理制度，優(yōu)化生產(chǎn)資源配置，傳遞先進(jìn)管理理念。其次，引進(jìn)科學(xué)管理化人才，定期對(duì)管理制度進(jìn)行完善和調(diào)整，最重要的是對(duì)于生產(chǎn)環(huán)節(jié)、設(shè)備利用等方面進(jìn)行控制管理。最后，與時(shí)俱進(jìn)，采用智能化技術(shù)建立自動(dòng)化監(jiān)管制度，降低由于人工失誤帶來損害的風(fēng)險(xiǎn)，從而將科學(xué)管理上升到自動(dòng)化水平，與合成氨工藝的系統(tǒng)連續(xù)性相匹配。

3.2.2 優(yōu)化生產(chǎn)工藝

技術(shù)創(chuàng)新永遠(yuǎn)是生產(chǎn)發(fā)展的核心，對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)工藝，進(jìn)行節(jié)能降耗同樣適用。在合成氨工業(yè)中，節(jié)能、環(huán)保、減排、減耗是最為理想的目標(biāo)，也是合成氨工業(yè)不斷發(fā)展的方向，技術(shù)創(chuàng)新在合成氨工業(yè)體現(xiàn)在對(duì)生產(chǎn)工序、設(shè)備制作和生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新。例如：開發(fā)新型高效環(huán)保催化劑，設(shè)計(jì)新的合成氨反應(yīng)路徑，提升氨氣合成質(zhì)量，降低污染排放，減少能源消耗，減少生產(chǎn)工序。設(shè)計(jì)新型催化劑對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行二次催化，使其還原成有用的產(chǎn)品和原料氣，一步解決減少環(huán)境污染和能源消耗兩個(gè)問題。同時(shí)，對(duì)于設(shè)備的使用維修可以進(jìn)行不斷改進(jìn)和調(diào)整，小的調(diào)整有時(shí)可以實(shí)現(xiàn)大的變動(dòng)，科學(xué)考察生產(chǎn)工藝中每個(gè)細(xì)節(jié)，了解設(shè)備組成和運(yùn)行的各個(gè)特征，比如對(duì)于某個(gè)裝置老化問題進(jìn)行改造，再利用造氣二次風(fēng)，可以顯著提高CO燃燒能力，對(duì)于焦?fàn)t煤炭實(shí)現(xiàn)高度節(jié)約，同時(shí)可以使用半水煤氣直接制備方法替代焦?fàn)t煤氣和水煤氣混合的方法，一步解決原料氣自給自足問題，大大減少能源消耗。同時(shí)，合成氨工業(yè)中關(guān)鍵的合成環(huán)節(jié)和循環(huán)再利用環(huán)節(jié)也可以根據(jù)其特征進(jìn)行優(yōu)化，減少能源消耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量。比如對(duì)合成塔進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化以較低的成本提高合成轉(zhuǎn)化率，優(yōu)化分離技術(shù)，改進(jìn)分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)能源的回收和利用。

4 結(jié)語

合成氨工業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，隨著人口的增長，對(duì)于氨的需求量已經(jīng)提出更高的要求，因此對(duì)合成氨工業(yè)進(jìn)行優(yōu)化，增加其生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量，降低其能源消耗，減少其污染排放已經(jīng)是合成氨工業(yè)的發(fā)展方向。本文首先對(duì)合成氨工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)介紹，然后闡述了節(jié)能降耗的必要性，最后舉例說明實(shí)現(xiàn)方法和措施，首先要根據(jù)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)方法的差異性調(diào)查原因，然后在生產(chǎn)管理上完善監(jiān)管制度，優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，重點(diǎn)是在技術(shù)創(chuàng)新層面上對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)造、改進(jìn)和調(diào)整。例如設(shè)計(jì)新型催化劑創(chuàng)造新的反應(yīng)路徑進(jìn)行節(jié)能消耗，在設(shè)備使用維護(hù)方面進(jìn)行裝置改進(jìn)，解決原料氣自給自足問題，對(duì)于合成塔進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，對(duì)于循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行可回收再利用設(shè)計(jì)等。

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作者簡介：

蘇靜杰（1986- ），男，籍貫：山西大同，學(xué)歷：大專，畢業(yè)于太原科技大學(xué)，現(xiàn)有職稱助理工程師，研究方向：煤化工。