合成氨工藝及節(jié)能改造措施的分析

加爾肯·夏布爾開(kāi)

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)在工業(yè)內(nèi)部做出了一些調(diào)整以及整頓，經(jīng)此之后在提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)品品種以及降耗節(jié)能等方面都取得了較為明顯的效果，但是由于發(fā)展不夠平衡進(jìn)而導(dǎo)致很多困難以及問(wèn)題，相對(duì)于先進(jìn)水平來(lái)說(shuō)還有著很大的差距。合成氨生產(chǎn)是消耗大量能源的產(chǎn)業(yè)，不僅對(duì)需要運(yùn)用能源作為燃料以及動(dòng)力，還需要運(yùn)用能源作為原料，因此，針對(duì)合成氨生產(chǎn)展開(kāi)節(jié)能分析，使得能源利用率有效提高，是當(dāng)前十分重要的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：合成氨;工藝;節(jié)能;改造;措施

0 引言

合成氨主要是指氫與氮在高壓、高溫、催化作用下所形成的氨，在化學(xué)工業(yè)中氨是有機(jī)化工及化肥工業(yè)重要原料之一。20世紀(jì)初期開(kāi)始發(fā)展合成氨工業(yè)，將其視為火炸藥工業(yè)主要原料，在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)而為工業(yè)、農(nóng)業(yè)服務(wù)，伴隨技術(shù)革新及市場(chǎng)發(fā)展，合成氨需求量與日俱增。

1 合成氨生產(chǎn)裝置的相關(guān)內(nèi)容

1.1 合成氨生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)原料

無(wú)論采取什么樣的原料與生產(chǎn)方式，合成氨生產(chǎn)大體上都可以分為三個(gè)工藝流程，首先是原料氣的制造，其次是原料氣的凈化，最后再到氨的合成以及為了滿(mǎn)足各種工序工藝而提供的壓縮工序。在介紹原理前，先對(duì)合成氨生產(chǎn)裝置常用的生產(chǎn)原料展開(kāi)簡(jiǎn)單的介紹。

合成氨原料就是指碳?xì)浠衔锏母鞣N燃料，雖然生產(chǎn)中運(yùn)用了大量的空氣與水，但一般情況下并不會(huì)將空氣與水納入合成氨生產(chǎn)原料的規(guī)劃當(dāng)中。合成氨原料可以具體分為三大類(lèi)：固體原料氣體原料以及液體原料。第一類(lèi)，固體原料，焦炭、煤、加工而出的碳化煤球以及水煤漿等皆屬于合成氨的固體原料;第二類(lèi)，氣體原料，氣體原料包括天然氣、油田氣、焦?fàn)t氣、石油廢氣等;第三類(lèi)則是液體原料，包括石腦油、重油、原油等。下文以煤為原料對(duì)合成氨生產(chǎn)的裝置原理展開(kāi)簡(jiǎn)單介紹。

1.2 合成氨工藝的生產(chǎn)原理

造氣工段中原料半水煤氣要求氣體中的（CO+H2）與N2的比例為3：1左右，在生產(chǎn)上采取間歇輸入空氣與水蒸氣的方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行氣化，氮?dú)鈩t是采取相關(guān)技術(shù)從空氣中分離而出;脫硫工段要對(duì)上一階段遺留的少量硫化物進(jìn)行脫除工作，避免這些硫化物對(duì)合成氨生產(chǎn)產(chǎn)生不良的影響，還可以在極大程度上保護(hù)設(shè)備，避免設(shè)備、管道被硫化物腐蝕，因此，脫硫工段必不可少;后續(xù)還有變換工段、碳化與脫碳工段、壓縮機(jī)工段、精煉工段、合成工段等，這些都是合成氨生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的一部分[1]。

2 合成氨有效能分析

在合成氨成產(chǎn)過(guò)程中，不僅包括電能以及熱能，更包括了機(jī)械能以及化學(xué)能，而在這些能量中，有些能量可以實(shí)現(xiàn)全面轉(zhuǎn)變，但是也有些能量只能實(shí)現(xiàn)部分轉(zhuǎn)變，而還有些能量不能夠被轉(zhuǎn)變，因此，針對(duì)合成氨進(jìn)行效能分析，那么首先就要各項(xiàng)能源消耗，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指一般的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治?，其次根?jù)與所分析出的數(shù)據(jù)就能夠得出哪些能源消耗是屬于合理的范圍內(nèi)，哪些是一定要實(shí)現(xiàn)的能源消耗，而哪些是沒(méi)有必要的能源消耗。因?yàn)樵贤ㄟ^(guò)物理化學(xué)處理最后成為一個(gè)成品這是一個(gè)實(shí)際的過(guò)程，而任何的實(shí)際過(guò)程在發(fā)生之后都不能夠逆轉(zhuǎn)，所以在化學(xué)處理的過(guò)程中不可避免都會(huì)消耗一些能源，如果想要有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能，那就必須要促使不可逆程度降低[2]。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)：水蒸氣以及一氧化碳的變化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中是不需要在通過(guò)外加其他能量就能夠自動(dòng)進(jìn)行，但是在整個(gè)過(guò)程中由于自由焓處在負(fù)值狀態(tài)，所以這種現(xiàn)象就導(dǎo)致了放熱反應(yīng)不能夠在通常情況下進(jìn)行，必須要在此過(guò)程中合理的運(yùn)用相應(yīng)的催化劑，使得熱度有效提高。在此過(guò)程中所運(yùn)用到不同的催化劑類(lèi)型那么所產(chǎn)生的效應(yīng)也是不同的，運(yùn)用低變催化劑所產(chǎn)生的效應(yīng)相對(duì)于高變催化劑所產(chǎn)生的效應(yīng)要更好一些，消耗水蒸氣越少，那么變換效率就越高，這種情況下也就說(shuō)明了即使初級(jí)狀態(tài)以及終極狀態(tài)一樣，選樣的過(guò)程不一樣，所消耗的能源也就不一樣。另外，過(guò)程的選擇以及能源消耗有著十分緊密的聯(lián)系，在整個(gè)合成氨生產(chǎn)的過(guò)程中是建立在諸多個(gè)單元過(guò)程所形成，而在諸多個(gè)單元過(guò)程中，每一個(gè)單元過(guò)程都屬于實(shí)際過(guò)程，也就是說(shuō)每一個(gè)單元過(guò)程都會(huì)消耗一定能源，因此，實(shí)現(xiàn)節(jié)能還可以通過(guò)減少單元過(guò)程實(shí)現(xiàn)。其次，還可以通過(guò)能源消耗低的單元過(guò)程合理組合形成，這樣也能夠?qū)崿F(xiàn)降低能源消耗。

3 合成氨生產(chǎn)節(jié)能改造措施分析

值得注意的是合成氨生產(chǎn)是一個(gè)生產(chǎn)整體，甚至于是氨加工以及動(dòng)力相結(jié)合的一個(gè)整體，并且在各個(gè)單元過(guò)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(shuō)明了在諸多的單元過(guò)程中，任何一個(gè)單元過(guò)程發(fā)生變化都會(huì)個(gè)其他單元過(guò)程帶來(lái)一定的影響。所以在探索合成氨生產(chǎn)節(jié)能途徑的過(guò)程中必須要進(jìn)行綜合考慮，只是針對(duì)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(duì)合成氨生產(chǎn)節(jié)能進(jìn)行研究的過(guò)程中，首先應(yīng)注重各個(gè)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：

進(jìn)行新型合成塔的研制。在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，合成工段的化學(xué)反應(yīng)、整體流動(dòng)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。

在氨合成生產(chǎn)過(guò)程中通常情況下都會(huì)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(guò)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(duì)于機(jī)械壓縮制冷的總體能量合理性來(lái)說(shuō)，要更高一些。

在運(yùn)用新鮮氣展開(kāi)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]。

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。

在合成系統(tǒng)的過(guò)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(shí)還能有效減少出塔的溫度，在此過(guò)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。

穩(wěn)定碳化工藝，使其在碳化過(guò)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(guò)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(shí)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[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，開(kāi)拓能源、降低成本消耗、減少能源消耗以及探索研究良好的節(jié)能措施是現(xiàn)如今時(shí)代背景下合成氨生產(chǎn)過(guò)程中所面臨十分重要的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗不僅僅能夠?yàn)閲?guó)家節(jié)省能源，還能夠在很大程度上促使相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有效提高。因此，合成氨相關(guān)企業(yè)應(yīng)重視探索在生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能降耗措施，積極運(yùn)用節(jié)能新技術(shù)，并進(jìn)行推廣，促使氨合成相關(guān)企業(yè)能夠獲得更好可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[4]馮柏川.合成氨工業(yè)節(jié)能減排的分析[J].化工管理，2019 （22）：35-36.