合成氨工艺与节能改造探讨

合成氨工艺与节能改造探讨

张召山

潍坊振兴焦化有限公司山东省潍坊市262404

摘要：目前，在我国社会经济的快速发展进程中，其科学技术水平也得到了很大程度的提高，人们的日常生活出现了许多化工制品，在使用这些化工制品的同时，能够有效提高人们的生活质量。对于化工制品来说，其在生产制造过程中，合成氨工艺的使用范围较为广泛，同时也对我国的农业发展起到了很好的促进作用。不过在合成氨工艺中需要损耗很多的能源和材料成本，这就会在一定程度上降低其生产效率。基于此，本文将根据合成氨的工艺流程和所存在的问题，深入分析相应的节能改造措施。

关键词：合成氨；节能改造；化工

引言：自改革开放以来，我国的工业化发展速度逐渐加快，化工科技产品也得到了快速发展的空间，合成氨工业开始逐步完善，在社会各个领域中对合成氨的需求量比较大，因此要不断促进技术的进步和发展。目前，我国在合成氨工艺生产期间，仍然存在许多问题，需消耗较大能源，既没有办法保障生产效率，同时也不能给企业带来很好的经济效益。所以，现阶段各大企业开始纷纷改进合成氨工艺设备，通过采用各种措施完善的催化剂，可以防止原料能源大量消耗，并在原料一次使用后，进行再回收再利用，这样不但可以很好的降低合成氨的工艺生产成本，还能够在某种程度上提高其经济效益和社会效益。

一、合成氨的工艺流程

1.原料气的制取

本工序主要目的是制取含有氮气、氢气的原料气。氢气主要由天然气、石脑油、重质油、煤、焦炭、焦炉气等原料制取。工业上通常先在高温下将这些原料与水蒸气作用制得含氢、一氧化碳等组分的合成气，这个过程称为造气。具体来说对于固体原料煤和焦炭，通常采用固体燃料气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。氮气则主要来源于空气，可以通过物理方法空气液化或者化学方法得到。第一种物理方法即首先降低温度使空气液化，再升高温度，沸点低的氮气先逸出，从而获得高纯度氮气。而化学方法是让碳在空气中燃烧，再用脱除气体中的二氧化碳，即得到氮气。

2.净化原料气

净化处理原料气是合成氨工艺的重要流程。这一流程相对复杂，包含以下几个环节：第一，变换一氧化碳。由于通过煤气化制取的原料气内含较大比重的一氧化碳，而在合成氨生产过程中需要将水蒸气、一氧化碳向氢气、二氧化碳进行转变，将一氧化碳向二氧化碳进行转变可以降低其脱除的难度，同时可以增加氢气含量。在工业生产过程中，变换一氧化碳是一个需要消耗大量能量的工序，因此应使这一工序的能耗降低，以解决能源浪费问题。第二，原料气脱碳脱硫。在合成氨生产过程中，脱碳脱硫是重要环节。可以通过两种方式进行脱碳，一种是物理吸收法，另一种是化学吸收法。脱碳的目的是为了避免出现催化剂中毒现象。在脱碳过程中，回收利用二氧化碳是重要工序，由于二氧化碳不仅能制造碳酸氢铵，还可以制造纯碱和尿素等，因此回收利用二氧化碳可以实现资源节约的目的，同时能得到环保的效果。另外，脱硫的方式也包括两种，一种是干法脱硫，另一种是湿法脱硫，其中干法脱硫指的是通过固体脱硫剂进行脱硫，可取得良好脱硫效果，但脱硫剂难以再生，在精脱硫中较为常用；湿法脱硫指的是通过溶液进行脱硫，此种脱硫方式具有可再生性，在粗脱硫中较为常用。

3.合成氨

在合成氨工艺流程中，原料气净化、提取完成之后，需要进行氨的合成，氨的合成主要利用氢气、氮气来进行混合，使二者产生化合反应，合成氨主要分为以下几个重要步骤：第一，压缩气体，排除气体中的油，其中使用的方法为氢氮气循环的方式。第二，提前对气体进行加热，然后合成气体。第三，分离其中的氨气，并且回收氨气。第四，使未反应的气体进行循环。第五，排放出多余的惰性气体。第六，加强回收和再利用反应热。在合成氨时需要注意调节温度，必须保障高温高压来进行操作，这样才能避免浪费原料，而且能够节约大量的成本。

二、合成氨工艺中存在的问题

对于合成氨工艺来说，其在实际生产期间主要存在以下四点问题：第一，生产技术较为落后，很难提高其生产效率，不能很好地满足当前现代化化工生产的需求；第二，在合成氨工艺生产期间会浪费大量的能源；第三，缺少科学合理的生产合成管理制度；第四，在进行合成氨工艺生产时，不能保证充足的能源供应。

三、合成氨工艺节能改造措施

1.造气工段技术改进

第一，自动加焦机技术。这一技术的应用不仅可以节约生产时间，还可使能量消耗减少，另具备较强的安全性；第二，煤气余热集中回收技术。针对生产中的余热可以通过回收器进行回收，使资源得到充分利用，以实现回收利用资源的目的；第三，炉况监测与油压微机控制技术。这一技术不仅可使分配时间得到合理化调节，还可使对造气炉环境和具体情况进行全面监测，并做好反馈和调节工作，使生产效率提升，能源消耗得到节约；第四，集中式高效洗气塔。通过高塔喷淋式洗气塔使系统阻力降低，同时使污水和冷却水减少；第五，吹风气余热回收技术。回收吹风气余热可节约资源，通过集中式燃烧炉吹风气回收技术进行回收，部分企业通过三废硫化混燃技术对余热进行回收，避免浪费资源，使生产效率和经济效益提升；第六，入炉蒸汽品质提升技术。过热蒸汽对炉温有稳定作用，可使蒸汽分解率提升，能源消耗降低，这也是合成氨的必需环节；第七，高效静电除焦油器。这一设备的应用不仅可保障脱硫质量，还可使脱硫效率、气体质量得到提升，另外还对压缩机寿命有延长作用，通常情况下，焦油器使用在脱硫工段前，还用在清洗塔后，是重要仪器之一。

2.改进废水循环使用技术

由于合成氨工艺生产中，部分单位为了降低生产成本，利用碎煤来作为生产原材料，但是利用碎煤生产的煤气水，其中的粉尘以及焦油无法有效分离出来，结果导致合成氨管道被严重堵塞，大量的热量损失严重。除此之外，通过对废水进行循环利用，能够有效提升合成氨工业生产效率，减少不必要的能源能耗。在废水循环使用中可以安装气浮装置，这样能够有效减少悬浮物质以及油质浓度，确保装置能够快速运行。

3.氨分离技术改进

现阶段，氨主要是通过两种方法进行分离，一种是水吸收法，另一种是冷凝分离法。氨分离通常是通过氨分离器进行，相比于传统分离器，此装置相对先进，可以避免传统分离器不能彻底分离的弊端，使资源浪费得到有效控制。此种装置的工作原理是通过气体流向转变实现气体中液滴的分离。

4.采用全低变流程

全低变流程主要具有提高工作效率，减少能源消耗，有效利用资源，形成资源循环利用，减少催化剂的使用量，降低生产成本，提高经济效益的作用。

5.使用新型氨合成塔内件

新型合成塔内件可以提高氨净值，提高生产能力，增加蒸汽产量，提高能源回收率，适当提高出塔合成气温度。新型合成塔有传统工艺所不具备的特点。

6.冷冻工段采用蒸发式冷凝器

此装置可以提高生产效率，降低能源消耗，减少氨合成工艺中的能源损失，提高了经济效益。

综上所述，在合成氨工艺生产过程中，为了能够节约能源并减少工业生产成本，一定要从整体上对合成氨工艺流程进行改进，采用先进的科学技术，有效控制其工艺流程，重点改进造气工段技术、废水循环使用技术和氨分离技术，只有这样才能真正达到节能改造的目的。

参考文献：

[1]刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J].化工进展，2011，06：1147-1157.

[2]李建强.合成氨工艺流程的系统分析与节能措施[J].科技与企业，2012，08：302.

[3]刘化章.传统合成氨工业转型升级的几点思考[J].化工进展，2015，10：3509-3520.