合成氨节能改造运行总结

合成氨节能改造运行总结

卢双双 孙延坤 高龙龙 王超

山东润银生物化工股份有限公司 山东 泰安 271509

随着：我国科学技术和经济的不断发展和进步，在人们的日常生活中，不断涌现出各种各样的化工制品，提高了人们的生活质量。在进行化工制品的生产制造过程中，使用合成氨工艺的情况比较普遍，合成氨的主要原材料是煤和石油等，是通过将氮和氨实施合成而得到的农业化肥氨元素，正在很大程度上推动了我国农业方面的发展和进步。然而在合成氨工艺中，要花费比较多的材料以及能源，投入的成本较多，但生产效率较低。本文就合成氨节能改造运行展开探讨。

关键词：合成氨；工艺；节能改造

引言

伴随着科学技术的发展和进步，我国在氨合成和再加工工艺上得到了显著提升，而为了能够更好地适应可持续发展要求，合成氨工艺开始朝着节能降耗的方向发展，相关企业应该对合成氨生产的工艺设备进行改进，借助各种催化剂减少原材料消耗，配合回收利用技术，降低合成氨生产成本的同时，提升社会和生态效益。

1合成氨工艺流程

1.1原料气的制取分析

对于原料气的制取其方式主要分别以下的几种，分别是：一是我们在制取的过程中需要保证原料抽取的温度，使得温度保持在能够发生化学反应所要求的高温，除此之外还需要其能够与水蒸气发生反应，通过这样的方式我们就得到了合成气。二是对于一些类似于固体焦炭类型的原料来说，想要获得合成气，我们需要利用固体燃料气体法来完成合成气的制取工作。三是对于渣油类型的物质来说，原料气的制取方式与上述都不同，其主要是通过使用非催化部分物体实施氧化法来得到合成气。四是对于石油原料来说，想要从中制取原料气，我们需要利用二段蒸汽环化法来完成对合成气的制取工作。

1.2气体净化

以煤为原料制得的粗原料气中含有硫化物和CO、CO₂等有害杂质，不仅腐蚀设备和管道，而且能使氨合成生产所用的催化剂中毒，使氨产量下降，增加装置能耗，因此必须予以脱除。原料气中的CO一般分两次脱除，大部分CO通过变换反应，将较难脱除的CO与水蒸气发生反应转换成CO₂，同时得到等量H₂，因此CO变换既是原料气的净化又是原料气的制备。硫化物的脱除工艺根据CO变换和CO₂脱除工艺的不同而不同。CO₂是氨合成催化剂的毒物，但可以制作尿素、碳酸氢铵等肥料，所以CO₂的处理要同时考虑脱除和回收。常用方法是采用溶液吸收技术将CO₂脱除。由于不同吸收剂性能存在差异，大体上可以分为两类，一种是物理吸收法，如低温甲醇洗、聚乙二醇二甲醚法等；一种是化学转换法，如热钾碱法、低热耗本菲尔法等。

1.3合成氨

在合成氨工艺步骤中，将原料气体提纯后，就要进行相应的合成氨过程，通过将氢气和氮气合理混合，使得这两种气体发生相应的化学反应，需要注意的是，第一要先压缩气体并将其中的油排出，这个需要使用氢氮气循环的方法，另一方面，在进行合成之前，要对气体进行加热，然后再进行相应的合成工作，然后，分离出气体中的氨气，同时把氨气进行回收，除此之外，还需要把没有反应的气体实施循环，将不必要的惰性气体排出来，加强氨气的回收以及再利用反应热。在进行合成氨操作的过程中，需要关注温度的调节，保证在温度以及压强满足相应标准规范的时候来实施相应的操作，这样才可以防止出现能源浪费的现象，同时在很大程度上节省成本支出。

2合成氨工艺的节能改造措施

2.1造气工段技术的优化

在造气工段，合成氨工艺技术的优化可以从几个方面出发：一是可以引入自动加焦机技术，对比其他技术，自动加焦机技术在节约能源的同时，也具备较好的环保性能比，可以帮助企业压缩生产成本，同时也能够提高生产的安全性；二是煤气余热回收技术。煤气余热回收技术能够借助相应的回收设备，对合成氨工艺中的余热进行回收利用，在提高资源利用率的同时，自然能够发挥出良好的节能效果；三是炉况监测和油压微机控制技术。通过对该技术的合理应用，能够实现对于企业资源的合理分配，完成对造气炉运行情况和周边环境的实时监测，确保在发生异常和问题时，能够在第一时间进行发现和处理，切实保证生产活动的有序进行，减少能源消耗；四是集中式高效洗气塔。在合成氨生产中，可以利用集中式高效洗气塔来降低系统运行的阻力，减少生产过程产生的废水和冷却水；五是吹风气余热回收技术，能够借助集中式燃烧炉回收技术，对生产过程中产生的余热信息再次回收利用，提高资源利用率的同时，也可以促进生产效率的提升；六是高效静电除焦油技术。高效静电除焦油技术的应用，可以显著提升氨气脱硫的效率和质量，也能够在一定程度上延长压缩机的使用寿命。在实际生产中，该技术一般被应用于清洗塔和脱硫的中间环节。

2.2变换工艺的选择

合成氨生产所采用的变换工艺有中温变换、中串低、中低低、全低变、等温变换等工艺。传统的变换流程为中温变换工艺，一般设置一个变换炉，炉内装填高温活性的铁-铬系催化剂，半水煤气从上到下通过各段催化剂完成变换过程。主要的缺点是蒸汽消耗大，出口CO含量高，变换能力低，不符合节能的要求。中串低则是利用钴-钼系催化剂的低温活性好的性能，在传统中温变换的基础上开发出来的部分低温变换工艺，即在原中变降温后，串联钴-钼催化剂发生变换反应。由于催化剂的终态温度降低，可减少蒸汽的消耗，从而达到节能效果。同时中串低出口CO的含量与传统中变工艺相比可以降低3%左右，减轻了后工段的净化压力。中低低工艺是在上述中串低流程上再串一个低变炉，由于反应终点温度比中串低降低30℃，蒸汽消耗继续下降，节能效果好。缺点是反应汽气比下降，中变催化剂发生过度还原，使用寿命缩短。全低变工艺是为了解决中串低或中低低变换工艺中铁-铬系中变催化剂在低汽气比下的过度还原及硫中毒，而开发出来全部使用耐硫变换催化剂的变换工艺，各段进口温度均在200℃左右。该工艺的优点是床层温度下降，气体体积缩小，降低了系统阻力，提高了变换炉的设备能力，减少了压缩机的功率消耗。等温变换的原理是利用安装在催化剂内部的水移热管束将催化剂床层反应热及系统多余的低品位热能移除，转化为高品位蒸汽。通过控制副产蒸汽的压力，水移热技术可以将催化剂床层温度控制在180～350℃，避免了床层温度过高，延长了催化剂使用寿命，减少了设备露点腐蚀，同时热量的移除增加了变换的推动动力，使得半水煤气中CO的转化率得到提高，同时提高了蒸汽的产量，减少了系统的能耗。综合以上分析，中低低、全低变和等温变换工艺在节能上表现较好，但也各有优缺点。全低变和等温变换使用钴-钼系催化剂，避免了铁-铬催化剂强度不好容易粉碎的缺点，但是半水煤气中的氧会引起催化剂氧化，而H2S含量太低会引起催化剂反硫化，都会影响催化剂活性。中低低工艺高效、节能，又避免了全低变一段催化剂易老化、易反硫化和阻力容易增大等不足，有利于稳定生产，延长催化剂的使用寿命，并可降低入炉煤气中的硫含量，减轻腐蚀和变换气脱硫的负荷。对于原料气中有毒杂质含量高的则选用中低低变换工艺，原料气中有毒杂质含量少的则可以选用全低变或等温变换工艺。各化工企业应当根据原料气的情况选择合适的工艺。

2.3氨分离技术

合成氨工艺流程的最后一个步骤，是氨气分离，借助有效的方法和手段，能够在保证分离效果的同时，实现节能降耗。在当前技术条件下，氨分离技术大致有两种，一是水吸收法，二是冷凝分离法。氨分离在一般情况下都会用到相应的氨分离器，而对比传统分离设备，氨分离器的技术更加先进，可以借助气体流向的改变，将气体内的液滴分离，保证了分离的彻底性，避免了资源浪费的问题。

结语

在进行合成氨工艺生产过程中，想要节省能源以及工业所需要的生产成本，就一定要科学合理地改良和优化合成氨工艺步骤，引进先进的科学技术，并且对于工艺的步骤进行严格的管控，同时不断地优化相应的操作技术，这样才可以更好地实现节能改造的目标。

参考文献

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[4]程立斌,闫庆雷.合成氨工艺分析及节能改造措施[J].化工设计通讯,2019,43(06):2+19.