合成氨工艺参数对氨净值影响分析

李春玲（商丘医学高等专科学校，河南 商丘 476100）

合成氨属于一个高耗能的行业，其生产原料主要包含煤炭、石油和天然气等。鉴于这些原材料大多数属于不可再生资源，在其数量越来越少的前提下，合成氨的生成成本正在不断增加。所以，不管是从响应政府节能减排号召的角度来看，还是从企业自身发展的角度来看，企业都应该加大对合成氨工艺的研究，改善合成氨生产各环节的参数设置，提高合成氨生成率。[]氨净值代表的是合成氨装置氨合成率的重要参数，氨净值高，则装置氨合成率高，这说明合成氨生产过程的生产效率越高，其节能降耗效果越好。反之，氨净值的数据越低，表示合成氨装置合成率越低，说明生产过程的能耗越高。这就意味着合成氨工艺参数的调整对净值的变化有着比较明显的影响。合成氨工艺参数优化，氨净值数值较高，合成氨工艺参数不合理，氨净值数值就低。在其他数据稳定的情况下，两者之间的关系即是如此。下面，我们将针对合成氨生产过程进行分析，明确氨净值和合成氨各项工艺之间的关系，提出如何才能创造更好的氨净值。

1 合成氨生产过程分析

1.1 造气阶段

造气阶段的本质是碳和氧气以及蒸汽混合在一起的过程。其中主要包含吹风和制气两个环节的内容。吹风的方式主要包含吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个部分。在原料煤阶段性地放入固定层煤气发生炉内。先送入空气，不断提升煤气炉的温度，之后把水蒸气和加氮空气送入煤炉内，生成半成品的气体。把这些气体送进洗涤塔内加以除尘处理，降低半煤气的温度，最后把这些半煤气存到气柜内。造气环节完成。

1.2 脱硫阶段

在合成氨的过程中，硫的存在对制作设备会产生一定的腐蚀作用，而且会导致催化剂中毒，对整个合成氨过程造成极大的损害。所以，想要取得好的合成氨效果，就一定要去除气体内的硫。脱硫环节的主要目的是为了通过DDS去除气体内的硫。气柜中的半水煤气通过多种工艺处理，恢复温度后引入压缩机。脱硫完成后废气可以再次使用。

1.3 变换阶段

变换阶段的主要产物是CO2和H2。半煤气中的CO和水蒸气混合在一起，在催化剂的刺激下，反应完成。需要注意的是这个阶段的反应，一般分前后两个阶段，前阶段的反应完成之后，把半水煤气引入饱和塔内提高温度，增加塔内的湿气，并补充一定的水分。后一阶段把水煤气引入中变炉，释放其中的热量回收。把降温后的气体引入低变炉，把反应后的工艺气体送入压缩机三段入口。

1.4 变换气脱硫和脱碳

经过气体转换之后，气体内存在的有机硫就会转变为会转变为H2S，这就必须做二次脱硫处理，让气体中硫的成分保持在25mg/m3。脱碳的目的是去除换气之后产生的CO2，把气体内的杂质去除。保持器具内的压力在1.3MPa左右，引入水分离器，排除水分，把剩下的气体引入吸附塔内，处理之后把气体送往精脱硫阶段。

1.5 精炼阶段

经过上述的工艺处理之后，气体内还会存在微量的一氧化碳和二氧化碳。但是，不管其含量多么少，都可能造成催化剂中毒，所以，在进行合成氨处理之前，必须把一氧化碳和二氧化碳处理干净。一般情况下，可以使用醋酸铜氨液洗涤法，经过此工艺之后，气体内的一氧化碳和二氧化碳的含量将会降低到25ppm之下。把气体引入到分离器内，补充总铜、水冷却、过滤、氨冷后经铜氨液循环泵加压循环使用。[1]

1.6 压缩阶段

鉴于前述各工艺的处理之后，其压力有明显的下降，变换、脱碳之后器具内的压力只有0.87MPa、3.7MPa，这样的压力根本不符合合成氨的压力条件。所以，压缩阶段的主要目的是为了增加工艺气体的压力，为合成氨的生成提供必需的压力条件。

1.7 氨合成阶段

氨合成阶段的主要目的是为了把经过铜洗处理后得到的氮气、氢气和混合气在催化剂的作用下合成为氨。此时，器具内的压力保持在27MPa，不断补充新鲜气体和混合气混合在一起后，引入氨冷器，氨分离器，冷交换器，经过循环机，不断升压，经过油分离器去除混合器内的油分，把混合气引入到氨合成塔内器和外器之间的间隙，经过一系列工艺的处理，把合成氨的液体分离出系统。还没有完全反应的氮氢气体循环使用。

2 合成氨工艺参数对氨净值的影响

当前，我国大多企业生产合成氨使用的工艺为哈伯技术和铁系催化剂。在铁系催化剂媒床中，按照容器内部构造的不同，反应气的进入形式有所区别，但是一般进入的气体主要有两类，一是没有经过加热的气体，另一种是经过加热的气体。这两种气体的区别之处在于，经过加热的气体，其氮含量会有所增加。在这个过程中，使用的催化剂主要是四氧化三铁。生成的气体在媒床中完成热交换后，进入两组三级旋风分离器进行氮气的分离。之后，压力降低，循环压缩机承受的压力不足，气体再次进入媒床开始下一轮反应。这里我们以塔内器件中直径为Φ1.4m的合成塔作为研究对象对整个转化过程进行展示：其反应过程顺利进行需要的条件为：压力20-30MPa，温度485-515℃，空速15000-20000Nm3· hˉ1,氢氮气比2.8--3.2，氨转化率10%--16%。在这个过程中，和企业关联最大的问题就是如何减少循环压缩机的消耗，增加合成氨的生成量。在上述条件环境内，在催化剂的作用下，氢氮混合气体的反应过程中会发生多个平行反应和串联反应，而最终影响这一反应结果的元素主要包含：反应器内的压力，反应发生时的温度，空速和氢氮混合气体的比例等。在这些元素中，反应器内的压力可以明显促进氨气的生成，但是这一元素并不能无限加大，它受到反应器皿的材料和整个系统功耗的约束。所以，在日常的生产环节，并不把调整反应器内的压力作为增加氨气生成的工艺手段，而只是作为参考参数，能够发挥一些辅助作用而已。反应温度的高低，对合成氨的速度有着明显的影响。在催化剂的刺激下，反应温度保持较高的状态时，氢和氮的反应速度加快，容易合成氨。但是，温度升高过多的话，逆反应的发生也会加速，这又会降低氨的生成率。所以，对于反应温度的调整，要在催化剂加入之后，根据反应阶段的不同，区别对待。一般情况下，会把合成氨的过程划分为前、中、后三期，不同的阶段给予不同的温度。空速会加速反应的进行，提升氨气的生成率。但是，空速转动的高低对于媒床内催化反应过程的持续时间和反应器内的热量稳定也有一定的影响。所以，要按照反应媒床内床层构成和系统压力来确定一个合适的反应气量。氢氮比和合成氨的生成有更加直接的关联，假如氢氮比例不能均衡，会导致整个反应器系统失衡，容器内温度降低，压力增加，合成氨的生成率降低。[2]

3 结语

总之，合成氨是一种影响深远的工艺，在当今这个讲究节能高效的时代，提高合成氨的氨净值对合成氨的产量有着非常大的影响。从上面的论述中我们可以看出，对氨净化值数据有着明显影响的工艺主要包含反应发生时的温度，空速和氢氮混合气体的比例等，对这几项合成氨的工艺参数进行优化，就需要对上述的各合成氨的生产阶段进行优化，不断提高合成氨的产量，增加氨净化值。这样，不但提高了合成氨的生产效率，产生了很好的经济效益，而且由于氨净化值提高了，其能量消耗减少，其社会效益也有不小的提升。

[1]安宏伟，李永华.合成氨产业的现状和发展建议[J].西部煤化工，2012（08):4—5.

[2]符丁,尹卓英.关联规则挖掘发现问题的协同式需求获取方法[J].计算机与数字工程，2011(4)：63—66.

[3]杨亦，杨开英.基于数据挖掘技术的合成氨生产工艺参数的优化[J].沈阳农业大学学报，2011（03）：379—381.