合成氨工藝技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

宋棟東

（山西金象煤化工有限責任公司，山西 晉城 048400）

引言

在供給側改革的基礎上，綜合實力和經(jīng)濟實力都有了長足的進步，推動了我國化工產(chǎn)品的發(fā)展。當前，對化學制品的需求是市場經(jīng)濟發(fā)展的必然要求。因此，在工業(yè)中發(fā)展合成氨生產(chǎn)技術顯得尤為重要。然而，目前我國合成氨生產(chǎn)過程中存在著許多問題，其中包括能耗問題。如何改進現(xiàn)代化的合成氨生產(chǎn)技術，一直是人們普遍關心的問題。在工業(yè)中，合成氨技術的進一步發(fā)展，要求進一步完善其技術指標，完善生產(chǎn)設備。我國合成氨的主要原材料來自原油，但由于我國原油資源日益枯竭，需要對上游的合成氨進行替代，以降低能耗，進而實現(xiàn)對社會生態(tài)的優(yōu)化

1 我國合成氨工藝技術的現(xiàn)狀

合成氨技術是20 世紀初發(fā)展起來的，它最初是用來制造炸藥的，后來被用來制造戰(zhàn)爭，而現(xiàn)在，它的主要應用領域是濃縮和現(xiàn)代化的化學。我國的合成氨生產(chǎn)技術是在20 世紀30 年代發(fā)展起來的，現(xiàn)已躋身于世界上最先進的合成氨生產(chǎn)技術行列[1]。我國已掌握了大量的合成氨原料，如采用煤、天然氣、油田等多種原料，均能達到合成氨的目的。目前，國內(nèi)的合成氨產(chǎn)量已基本滿足人民的生活需要，年生產(chǎn)能力約為4 500 萬t，在世界范圍內(nèi)具有很強的競爭力。國內(nèi)的合成氨設備在國際上也是數(shù)一數(shù)二的，到現(xiàn)在為止，國內(nèi)已經(jīng)有30 多個大型的合成氨廠，50 多個中型的，700 多個小型的。年產(chǎn)合成氨達1 000 萬t，中型合成氨廠年產(chǎn)500 萬t，小型合成氨廠年產(chǎn)3 000 萬t。這些合成氨廠都是按照原料來劃分的，大型的合成氨廠以天然氣為原料，中等規(guī)模的則是以煤炭和焦炭為主，而在小型的設備中，則有100 多臺尿素[2]。

2 簡要概述合成氨的工藝流程

2.1 制作原料氣的過程分析

在合成氨生產(chǎn)初期，必須先進行原料氣體的生產(chǎn)。整個過程，都是以煤炭和焦炭為原料，整個過程都是以物理的方式進行的。但是，在氣化生產(chǎn)過程中，存在著大量的氫、氮等雜質(zhì)。另外，利用非催化部分氧化技術來生產(chǎn)原料氣體，也是一種新的研究思路。利用該工藝，可以在原料氣中高效地得到合成氨的原料。隨著科技進步，通常采用二次蒸餾技術從氣態(tài)氫氣中萃取合成氨。合成氨生產(chǎn)流程圖，如圖1 所示。

圖1 合成氨生產(chǎn)流程圖

2.2 進一步提純出原料氣的過程探究

首先，將純氫氣合成后，利用壓力機進行加壓，再利用適當?shù)拇呋瘎┻M行催化，最終得到合成氨。在采用壓力壓氣機時，按壓力大小將其劃分為高、中、低三種。高壓制取合成氨的效率更高，同時還可以對原料氣體中的氨水進行準確的脫除。中壓工藝雖然也能達到高壓制程的效果，但中壓制程是當前合成氨生產(chǎn)中應用最多的技術之一，它的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性都很好。在合成氨生產(chǎn)過程中，低壓工藝具有操作簡便的優(yōu)點。氨合成技術是合成氨生產(chǎn)過程中的關鍵環(huán)節(jié)。

2.3 合成氨工藝中存在的問題分析

在合成氨生產(chǎn)的過程中，存在的主要問題是：國內(nèi)沒有完善的合成氨生產(chǎn)體系；合成氨生產(chǎn)過程中，大量的資源被浪費，造成了能源短缺；合成氨生產(chǎn)工藝中，不能保證多種能源的供應；由于技術上的陳舊和傳統(tǒng)，限制了合成氨的產(chǎn)量。

3 加強對合成氨工藝技術的改造措施研究

3.1 提高和改善氨分離技術

目前的社會，有關氨的分離技術很少，大多采用水吸附和凝結分離的方法，結合氨的特性。用于分離氨的主要設備是氨分離機。采用該設備可以在一定程度上降低氨分離時的各種問題，降低能耗，降低各種資源的浪費。同時，本工藝還可以提高氨的純度，從而為工業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的基礎。

3.2 對造氣工段技術的改造

在造氣站的技術改造中，必須采用各種高科技手段，以實現(xiàn)其改造效果。首先，采用液壓危機控制與監(jiān)控技術，可以對高爐運行狀態(tài)和周邊作業(yè)環(huán)境進行實時監(jiān)控，根據(jù)實際情況調(diào)整工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)效率。其次，對廢熱回收技術進行了充分的利用，因為在生產(chǎn)氨氣時，產(chǎn)生了大量的廢熱，如果不加以利用，將會造成資源的浪費。所以，采用這種技術可以有效地提高資源的利用率。最后，采用全自動加焦機技術，可以大大縮短生產(chǎn)周期，達到最大限度地利用能量，降低各種能耗。同時，也可以確保生產(chǎn)的安全。另外，通過人爐蒸汽品質(zhì)改善技術，可以達到優(yōu)化人爐蒸汽的品質(zhì)，保持爐溫最佳，提高合成氨的產(chǎn)量[3]。

3.3 廢水循環(huán)使用技術改造

在節(jié)能合成氨生產(chǎn)過程中，許多企業(yè)都會采用碎煤屑，以減少合成氨的生產(chǎn)成本。煤渣在燃燒時，或多或少都會產(chǎn)生一定的水份，而這些水份的存在，使得生產(chǎn)部門很難將煙塵和焦油進行有效的分離。這會對合成氨的生產(chǎn)造成一定的影響，甚至造成合成氨管路的阻塞，從而造成生產(chǎn)中的大量熱量損失。在合成氨工藝中，若能改進污水回收處理技術，將能有效地降低合成氨生產(chǎn)中的某些不必要的能耗，從而提高合成氨的生產(chǎn)效率。為了解決這個問題，在污水回收系統(tǒng)中設置了氣浮設備，降低了浮選物的含量，提高了生產(chǎn)設備的運行效率。廢水循環(huán)技術工作流程圖，如圖2 所示。

圖2 廢水循環(huán)技術工作流程圖

4 探究分析合成氨工藝的未來發(fā)展前景

根據(jù)以上分析，可以得出合成氨生產(chǎn)的基本原則，在未來幾年內(nèi)不會有任何改變。今后合成氨生產(chǎn)技術的發(fā)展方向是：合理的生產(chǎn)結構，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。

4.1 促進經(jīng)濟規(guī)模的規(guī)劃

合成氨工藝因使用溫度高、壓力大，能耗大，在生產(chǎn)成本中所占比例較大。因此，在合成氨生產(chǎn)中，節(jié)能是一個必須予以重視的問題。此外，若繼續(xù)采用天然氣作為原料，生產(chǎn)成本將難以下降。選用煤系原料，能減少生產(chǎn)成本。若要使用煤系原料，則應對其進行改造，研制相應的研究儀器，以提高合成氨的產(chǎn)量，進而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

4.2 合理替換原材料產(chǎn)出架構

就生產(chǎn)條件而言，可以采用多聯(lián)產(chǎn)的方法，將合成氨生產(chǎn)過程中的相關流程進行合理整合，取代原來的生產(chǎn)結構。為了提高合成氨廠的效率，提升企業(yè)的核心競爭能力。此外，全球石油儲量不斷下降，為了解決原料短缺，需要尋找一種科學的原料。

4.3 大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保型生產(chǎn)

根據(jù)我國目前的實際情況，應采取節(jié)約能源和環(huán)境保護的方針，這是今后合成氨發(fā)展的必然趨勢。在合成氨生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)多種不同的生產(chǎn)雜質(zhì)。為了盡可能地減少副產(chǎn)品中的雜質(zhì)，必須對整個合成氨生產(chǎn)過程進行監(jiān)控和監(jiān)控，從而達到節(jié)約能源、環(huán)境保護、無污染的目的[4]。

4.4 合成氨工藝技術規(guī)模的改變

隨著合成氨技術的發(fā)展，我國的合成氨技術將會向大型、集成、自動化方向發(fā)展，從而達到節(jié)能、減排的目的，而目前國內(nèi)以煤、油為原料的合成氨技術，其能耗水平還有待進一步提高。在我國現(xiàn)有的合成氨生產(chǎn)技術開發(fā)和開發(fā)中，人們關心的焦點是技術流程和合成氨裝置的優(yōu)化。要實現(xiàn)合成氨生產(chǎn)技術的節(jié)能降耗，必須在技術、裝備等方面進行進一步的發(fā)展。

4.5 核心原料整改達到節(jié)能的效果

雖然國家在許多方面都在不斷的發(fā)展，但是能量的消耗卻是無法避免的，當我們的研究表明，石油的產(chǎn)量已經(jīng)達到了一個非常低的程度，這就需要對合成氨的技術進行調(diào)整，比如從原材料變成汽油，再從天然氣變成燃料，再從燃料變成煤炭，通過對原料的調(diào)整，可以有效的降低生產(chǎn)成本，增加合成氨技術的市場競爭力。

4.6 減少加工過程中的副產(chǎn)物排放達成減排的效果

隨著國家的發(fā)展和進步，各種技術的發(fā)展都必須遵循節(jié)能減排的方針，而降低排放也是合成氨技術發(fā)展的關鍵。為了降低合成氨生產(chǎn)技術在生產(chǎn)中產(chǎn)生的無用廢料等，實現(xiàn)最終減排目標，必須在今后的發(fā)展進程中不斷提升合成氨工藝技術的自我凈化能力。

4.7 提升合成氨的裝置性能和工藝技術

要想讓一種技術更上一層樓，達到更好的效果，就必須要不斷的改進合成氨的技術，這就要求技術人員必須要不斷的提高自己的技術水平，降低自己的操作失誤造成的損失。其次，要定期檢查合成氨生產(chǎn)過程設備，以降低因機械失效而帶來的經(jīng)濟損失。同時，要改善合成氨設備的性能，必須對其進行改進，而當前我國正處在科學技術高速發(fā)展的時代，各種行業(yè)都采用了先進的技術，因此，合成氨技術也應當加大對其技術的利用。

5 結語

合成氨技術是一種特殊的技術，在我們的工作、生活中都是不可或缺的，我們的合成氨技術雖然在國際上已經(jīng)很成熟了，產(chǎn)量也在國際上是數(shù)一數(shù)二的，但要滿足國內(nèi)的農(nóng)業(yè)和化工的要求，還是要繼續(xù)發(fā)展下去，特別是在全球能源還很缺乏的情況下，必須要做到最大限度的符合節(jié)能減排的理念。通過技術進步、設備優(yōu)化、技術水平的提高，提高企業(yè)整體技術水平，促進合成氨生產(chǎn)技術水平的提高。