1、1合成氨工艺流程的系统分析与节能措施摘 要：本文主要围绕着合成氨工艺流程展开分析，同时，结合合成氨工艺流程系统的现状分析了其节能的一些有效的措施和方法，以期可以有效的提升合成氨工艺流程的工艺水平，提高其节能效果。 关键词：合成氨 工艺流程 节能 一、前言 合成氨制备的过程中，工艺流程和合成氨制备的质量有密切的关联，所以，采用科学合理的合成氨制备工艺流程非常重要。同时，合成氨制备的过程中，越来越关注节能问题，各种节能措施也被广泛的使用。 二、合成氨的意义 合成氨工业是基本无机化工之一。氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。合成氨工业在 20 世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务；
2、第一次世界大战结束后，转向为农业、工业服务。农业对化肥的需求是合成氨工业发展的持久推动力。世界人口不断增长给粮食供应带来压力，而施用化学肥料是农业增产的有效途径。氨水（即氨的水溶液）和液氨体本身就是一种氮肥；农业上广泛采用的尿素、硝酸铵、硫酸铵等固体氮肥和磷酸铵、硝酸磷肥等复合肥料，都是以合成氨加工生产为主。用于生产各种氮肥的氨占氨总产量的 80%-90%。氨和这些含氮化合物是生产燃料、炸药、医药、合成纤维、塑料的重要原料。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维2和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。经历了发明阶段、技术推广阶段、原料结构变迁阶段、单系列大型化自动化阶段和节能
3、降耗阶段。历时近一个世纪，目前合成氨技术正处于节能降耗阶段。 三、分析合成氨工艺流程的系统 （一）原料气的制取 以阳煤盂化为例，造气车间采用的是固定床间歇气化法制半水煤气，是以固体燃料（无烟块煤、焦炭）为原料，以空气、水蒸气为气化剂，在高温条件下制取的煤气。本岗位的能耗及半水煤气的质量，直接关系到全厂的正常生产和经济效益。因此，强化该工段的操作和管理，对降低合成氨的生产能耗、降低生产成本、提高经济效益具有重要的意义。 （二）原料气净化 无论任何方法制得的粗原料气，除含氢和氮外，还含有硫化氢、有机硫、一氧化碳和二氧化碳等。这些物质对氨合成催化剂有毒害，必须进行脱除。 1.原料气脱硫：在间歇式煤气
4、炉制气流程中，脱硫置于变换之前，以保护变换催化剂的活性。原料气脱硫的方法很多，包括干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫一般有活性炭法、有机硫化氢转化法和氧化锌法等。 2.一氧化碳变换：将原料气中量的一氧化碳借助催化剂与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气。通过变换既除去了一氧化碳，又得到了制合成氨的原料气和氨加工的原料气二氧化碳。以煤为原料的中小合成氨厂，一氧化碳变换工序耗用大量外供蒸汽，是工厂的主要能耗工序之一。因此，降低一氧化碳的能耗是中小型氨厂节能工作的重点。 33.二氧化碳脱除：阳煤盂化二氧化碳脱除采用脱碳并同时制取纯二氧化碳的装置。该装置是由提纯系统和净化系统两部分组成，两系统均采用多塔 PSA 工
5、艺。变换气通过提纯系统将二氧化碳浓度富集到 98.5%以上，供尿素装置使用。 （三）原料气精制 经一氧化碳变换和二氧化碳脱除后的原料气尚含有少量残余的一氧化碳、二氧化碳和水等杂质。阳煤盂化通过中压醇、高压醇烷化工段，将一氧化碳和二氧化碳生成甲醇及少量甲烷后的精制气送往氨合成。 （四）氨的合成 氨合成工段的任务是将精制的氢气与氮气合成为氨，提供液氨产品。氨合成工段是整个合成氨工艺流程的核心。氨合成工段的生产状况直接影响到工厂成本的高低，是合成氨厂高产低耗的关键工段。 四、合成氨的生产能耗分析 （一）实际能耗 实际生产中，合成氨的能耗随原料品种、生产方法和规模、管理水平而异。若不考虑外部条件影响，
6、实际能耗可按设计能耗计。 由表 1 可见，影响实际能耗的因素有： 1.原料和生产方法。以天然气为原料制氨的能耗低于煤和重油；加压气化优于常压气化，较高压力下生产的能耗较低。 2.生产规模。不同原料的大规模（1000t/d）生产，均比小规模（200t/d）生产的能耗低。 （二）理论能耗 4理论能耗即是按理想状态条件计算的最小能耗。工业上常用热值计算吨氨理论能耗，即基于热力学第一定律，对 0.1MPa、25状态下的氨合成反应进行热平衡计算，无论什么原料和生产方法，吨氨理论能耗均近似为 21.28GJ。而实际生产中，吨氨能耗因原料、生产方法及管理水平的不同有较大差异，往往与理论能耗差别较大（表 1）
7、 。大型氨厂因采用逐级降温降压装置，其余热回收利用明显；同时，科学计量原材料及能源，严格控制工艺指标，实现设备满负荷运行等，使能量利用率接近60%，明显高于中小型氨厂。因此，各国多以天然气为制氨理想原料，开发和应用节能型工艺和技术，逐步发展了现代合成氨工业。 五、合成氨工艺流程的节能措施 合成氨生产是能耗巨大的产业，过程中除消耗原料如煤、天然气、石油等一次能源外，还要消耗大量的电力、蒸汽等二次能源。合理高效利用能源，做好节能技改工作，已成为合成氨工业的重要内容。下面是根据合成氨厂的实际情况，提出一些节能措施。 （一）添加合成排放气回收氢装置。此装置具有节省原料氢消耗，允许二段炉出口甲烷含量较高
8、和降低惰性气含量的优点。 （二）采用压降低净值高的径向合成塔代替陈旧的老合成塔。 这一措施不但可以节省循环功和冷却功，还可以降低原料气消耗。 （三）流体输送设备的改造 应用变频器节电：变频调速是通过改变电机定子的供电频率来达到电机的调速，它可以根据电机负载的变化实现自动平滑的增速或减速。 内馈斩波调速：内馈斩波调速设备是由内馈调速电机和斩波控制装5置组成。该技术是新型交流调速技术，特别适用于需要高效节能的高压大、中容量交流电机的调速。 （四）工艺控制节能 工艺控制节能主要是余热的利用，工艺产生的余热分为六大类：高温烟气余热，冷却介质的余热，化学反应余热，废汽、废水的余热等。余热的直接利用最为简
9、单，通常用于以下几方面：预热空气或软水，它是利用高温烟道排气，通过换热器来加热进入锅炉的空气或入炉软水。由于进入炉膛的空气温度提高，使燃烧效率提高；生产热水和蒸汽；制冷，它是利用低温余热通过吸收式制冷系统来达到制冷或空调的目的。 （五）从原料方面节能 由于各资源储备量不一，在合成氨原料方面，可改用“油改气” （利用部分氧化工艺将原料改为天然气）和“油改煤” （利用煤气化工艺将原料改为煤或石油焦） 。由于在海洋中，天然气资源十分丰富，面对国际原油价格日升的形势，更应当研发新技术来开采天然气。 六、结束语 综上所述，合成氨工艺流程关乎合成氨的制备质量，所以，首先要提升合成氨工艺流程的科学性和合理性，进而分析合成氨工艺流程的节能性，不断挖掘工艺流程中能够节能的一些环节。
