煤化工合成氨工藝分析及節(jié)能優(yōu)化措施研究

徐菁澹

陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司 山西運(yùn)城 044100

1 合成氨的生產(chǎn)工藝流程

1.1 氣體壓縮與除油

氣體壓縮是指在合成氨過程中，通過壓縮機(jī)將經(jīng)過凈化的精制氣或氫氮混合氣壓縮到氨合成所需要的操作壓力。在此過程中假如所用的壓縮機(jī)是使用潤滑油潤滑的，潤滑油在氣缸內(nèi)的高溫條件下會部分氣化并被氣體帶出。這部分油氣必須清除干凈，以防止它們使氨合成催化劑中毒以及黏附在熱交換器上降低傳熱效率。一般通過設(shè)置油分離器或?yàn)V油器的方式進(jìn)行除油，假如采用離心壓縮機(jī)或者無潤滑油往復(fù)式壓縮機(jī)，就不存在氣體帶油的問題了，從而也可以省去除油的工序。

1.2 氣體預(yù)熱與合成

由于合成氨的催化劑具有一定的活性溫度，所以氫氮混合氣體壓縮后需要預(yù)熱到催化劑的活性溫度，然后再送到催化劑層進(jìn)行合成氨的反應(yīng)。對氫氮混合氣體進(jìn)行預(yù)熱的熱源主要來自氨合成的反應(yīng)熱，即換熱器中反應(yīng)后的高溫氣體的熱量；當(dāng)反應(yīng)熱不足以維持合成塔自熱平衡時，還可以利用電加熱器、加熱爐提供熱量[1]。

1.3 氨的分離

混合氣體從合成塔出來后其含氨量很低，通常只有10%-20%，需要經(jīng)過分離后才能獲得液氨。目前工業(yè)上主要采用冷凝法從混合氣體中分離出氨，采用水和液氨作冷卻劑，然后利用水冷器和氨冷器把液氨分離出來，減壓后輸送到液氨貯槽。

1.4 未反應(yīng)氫氮?dú)獾难h(huán)

混合氣體從合成塔出來后經(jīng)過氨的分離步驟，剩余的氣體中還含有大量沒有發(fā)生反應(yīng)的氫氣和氨氣，工業(yè)上通常采用循環(huán)法合成氨來回收這些氣體，即還沒反應(yīng)的氫氮混合氣在分離氨后重新與原料氣一起，利用循環(huán)壓縮機(jī)將其輸送到氨合成塔中進(jìn)行反應(yīng)。

1.5 惰性氣體的排放

合成氨原料氣由于采用的原料和凈化方法不同，一般會含有部分甲烷和氬等惰性氣體。在循環(huán)法合成氨過程中，隨著氫氮?dú)獠粩嗟睾铣砂保倭慷栊詺怏w會溶于液氨中被帶出，但大多數(shù)還留存在循環(huán)氣體中，對氨的合成造成不利影響。為了降低生產(chǎn)過程中惰性氣體含量，通常會將循環(huán)氣中惰性氣體含量較高的部分進(jìn)行間歇放空或連續(xù)放空。在工藝流程中放空位置的選擇一般是在氨分離器之后及濾油器之前，這樣可以減少氫氮?dú)獾膿p失。然后對放空氣體中的氫氣和氨等進(jìn)行回收利用[2]。

1.6 反應(yīng)熱的回收

合成氨的過程反應(yīng)熱比較大，必須進(jìn)行回收利用。目前通過以下幾種方法回收反應(yīng)熱：

①用反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，使混合氣達(dá)到催化劑的活性溫度。

②加熱進(jìn)入銅液再生塔的熱水使銅液再生使用，或者加熱進(jìn)入飽和塔的熱水可以提供變換使用。

③預(yù)熱鍋爐給水，為汽輪機(jī)提供高壓蒸汽。

④副產(chǎn)蒸汽。目前，大型氨廠的回收熱能主要采用加熱鍋爐給水；中型氨廠主要用于副產(chǎn)蒸汽；小型氨廠主要用于加熱熱水和副產(chǎn)蒸汽。而它們都會使用反應(yīng)熱預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。

2 合成氨生產(chǎn)節(jié)能途徑分析

值得注意的是合成氨生產(chǎn)是一個生產(chǎn)整體，甚至于是氨加工以及動力相結(jié)合的一個整體，并且在各個單元過程之間存在著互相作用以及互相依靠生存的特點(diǎn)，那么這也就說明了在諸多的單元過程中，任何一個單元過程發(fā)生變化都會個其他單元過程帶來一定的影響。所以在探索合成氨生產(chǎn)節(jié)能途徑的過程中必須要進(jìn)行綜合考慮，只是針對局部進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化并不能夠?qū)崿F(xiàn)整體的節(jié)能優(yōu)化，需要建立在整體節(jié)能優(yōu)化的視角上看待局部節(jié)能優(yōu)化，因此，在針對合成氨生產(chǎn)節(jié)能進(jìn)行研究的過程中，首先應(yīng)注重各個環(huán)節(jié)中華可選擇性的節(jié)能措施，然后在進(jìn)行節(jié)能流程的詳細(xì)探討。具體的節(jié)能途徑如下：

（1）進(jìn)行新型合成塔的研制。在合成氨生產(chǎn)過程中，合成工段的化學(xué)反應(yīng)、整體流動以及傳熱都非常高，而進(jìn)行新型合成塔的研制能夠有效促使壓力降實(shí)現(xiàn)降低，運(yùn)用冷管型能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)在最合適的溫度下進(jìn)行操作，進(jìn)而取得更高的氨凈值。

（2）在氨合成生產(chǎn)過程中通常情況下都會運(yùn)用機(jī)械壓縮制冷，為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，應(yīng)運(yùn)用吸氨制冷將機(jī)械壓縮制冷替換，雖然機(jī)械壓縮制冷的有效能效率要高過于吸氨制冷，但是吸氨制冷是運(yùn)用物理吸收的方式實(shí)現(xiàn)脫氧，低變氣的余熱可以運(yùn)用，相對于機(jī)械壓縮制冷的總體能量合理性來說，要更高一些。

（3）在運(yùn)用新鮮氣展開合成氨生產(chǎn)之前，應(yīng)該運(yùn)用二氧化碳或者是分子篩脫水分，促使新鮮氣能夠直接地進(jìn)入到合成塔之內(nèi)，以此能夠促使氨的分離率有效提高，進(jìn)而使得冷凍量有效減少，使得合成的氨濃度有效降低，具有更加顯著的節(jié)能效果[3]。

（4）運(yùn)用節(jié)能型球形觸媒，其具有阻力小以及抗毒性能良好、低溫活性能高的特點(diǎn)，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能。

（5）在合成系統(tǒng)的過程中減少跑出氣體的現(xiàn)象、運(yùn)用活性高以及低溫度的催化劑、增添塔前的預(yù)熱器，促使進(jìn)塔的速度提高，與此同時還能有效減少出塔的溫度，在此過程中還應(yīng)增添塔后加熱器，這種情況下就能夠使得循環(huán)的熱水成為銅洗再生熱源，進(jìn)而使得銅洗用氣能夠得到節(jié)約。

（6）穩(wěn)定碳化工藝，使其在碳化過程中氨的消耗能夠有效減少、平衡用水，能夠?qū)崿F(xiàn)在水洗的過程中避免氨氣跑出，進(jìn)而達(dá)到減少氨的消耗、合理控制進(jìn)行碳化時的溫度，能夠促使氨的消耗減少、要充分的利用回收的氨水，這樣能夠有效促使脫硫氨降低。

3 結(jié)語

隨著能源短缺和價格的不斷提升，合成氨工業(yè)也面臨著較大的壓力。通過對合成氨工藝進(jìn)行分析，對可能存在節(jié)能降耗的點(diǎn)進(jìn)行再升級優(yōu)化，更好地推動合成氨工藝的良好發(fā)展。