大型合成氨生产节能分析

黄国祥

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600)

近年来，我国在工业内部做出了一些调整以及整顿，经此之后在提高产品质量、增加产品品种以及降耗节能等方面都取得了较为明显的效果，但是由于发展不够平衡进而导致很多困难以及问题，相对于先进水平来说还有着很大的差距。合成氨生产是消耗大量能源的产业，不仅对需要运用能源作为燃料以及动力，还需要运用能源作为原料，因此，针对大型合成氨生产展开节能分析，使得能源利用率有效提高，是当前十分重要的问题。

1 天然气为原材料的合成氨过程

在天然气为原材料的合成氨生产过程中包括脱硫、转化、变换以及脱碳。在合成的过程中氨合成以及甲烷化的主要作用价值就是完成目的反应。建立在过程合成的经验法则之上，对于下游工序有害的部分内容以及对于工艺过程、机械设备有影响的化学成分，应及时在系统中消除。因此首先就是针对原材料的成分进行排查，查看其中是否存在影响系统的因素，然后再根据影响因素的特点针对性地寻找解决措施。针对新鲜气体的成分来说通常情况下都是无线合成，另外，分氨技术以及压缩技术和催化剂性能等都是合成过程中的前提因素，生成氨是工艺的目标。而针对产量来说是由原材料的数量以及装置规模决定，氨合成的主要目的就是能够实现减排节能，其表现形式是先进技术与合理的综合性表现形式。氨的生产简单说就是一种物质转变为另一种物质的转变过程，而物质能够实现转变，那么就一定要符合物质的不灭定律。又或者说，氨的生产过程是一种形式的能量转变为另一种形式能量的过程，而在这个过程中，能量形式不仅包含着物质所拥有的所有能量，还包含着在转变的过程中形成的热以及功，能量在转换的过程中符合热力学第一定律，而热力学第一定律也是氨生产的能量守恒定律。那么为什么不同的生产工艺之间会形成这样大的能源消耗差异呢？事实上能源消耗的差异其主要在于能源损失的差异，也就是说功全部转变为热，但是热却没有全部转变为功。在此基础上可以针对热力学第二定律的能量转变方向性，探索排放能量降低途径[1]。

2 对合成氨进行有效能分析

在大型合成氨成产过程中，不仅包括电能以及热能，更包括了机械能以及化学能，而在这些能量中，有些能量可以实现全面转变，但是也有些能量只能实现部分转变，而还有些能量不能够被转变，因此，针对合成氨进行效能分析，那么首先就要各项能源消耗，简单来说就是指一般的定性分析转变为定量分析，其次根据与所分析出的数据就能够得出哪些能源消耗是属于合理的范围内，哪些是一定要实现的能源消耗，而哪些是没有必要的能源消耗。因为原料通过物理化学处理最后成为一个成品这是一个实际的过程，而任何的实际过程在发生之后都不能够逆转，所以在化学处理的过程中不可避免都会消耗一些能源，如果想要有效实现节能，那就必须要促使不可逆程度降低。举个例子来说：水蒸气以及一氧化碳的变化反应是放热反应，在这个过程中是不需要在通过外加其他能量就能够自动进行，但是在整个过程中由于自由焓处在负值状态，所以这种现象就导致了放热反应不能够在通常情况下进行，必须要在此过程中合理的运用相应的催化剂，使得热度有效提高。在此过程中所运用到不同的催化剂类型那么所产生的效应也是不同的，运用低变催化剂所产生的效应相对于高变催化剂所产生的效应要更好一些，消耗水蒸气越少，那么变换效率就越高，这种情况下也就说明了即使初级状态以及终极状态一样，选样的过程不一样，所消耗的能源也就不一样。另外，过程的选择以及能源消耗有着十分紧密的联系，在整个大型合成氨生产的过程中是建立在诸多个单元过程所形成，而在诸多个单元过程中，每一个单元过程都属于实际过程，也就是说每一个单元过程都会消耗一定能源，因此，实现节能还可以通过减少单元过程实现。其次，还可以通过能源消耗低的单元过程合理组合形成，这样也能够实现降低能源消耗[2]。

3 大型合成氨生产节能途径分析

值得注意的是大型合成氨生产是一个生产整体，甚至于是氨加工以及动力相结合的一个整体，并且在各个单元过程之间存在着互相作用以及互相依靠生存的特点，那么这也就说明了在诸多的单元过程中，任何一个单元过程发生变化都会个其他单元过程带来一定的影响。所以在探索大型合成氨生产节能途径的过程中必须要进行综合考虑，只是针对局部进行节能优化并不能够实现整体的节能优化，需要建立在整体节能优化的视角上看待局部节能优化，因此，在针对大型合成氨生产节能进行研究的过程中，首先应注重各个环节中华可选择性的节能措施，然后在进行节能流程的详细探讨。具体的节能途径如下：

1）进行新型合成塔的研制。在大型合成氨生产过程中，合成工段的化学反应、整体流动以及传热都非常高，而进行新型合成塔的研制能够有效促使压力降实现降低，运用冷管型能够实现反应在最合适的温度下进行操作，进而取得更高的氨净值。

2）在大型氨合成生产过程中通常情况下都会运用机械压缩制冷，为了能够实现节能目标，应运用吸氨制冷将机械压缩制冷替换，虽然机械压缩制冷的有效能效率要高过于吸氨制冷，但是吸氨制冷是运用物理吸收的方式实现脱氧，低变气的余热可以运用，相对于机械压缩制冷的总体能量合理性来说，要更高一些。

3）在运用新鲜气展开合成氨生产之前，应该运用二氧化碳或者是分子筛脱水分，促使新鲜气能够直接地进入到合成塔之内，以此能够促使氨的分离率有效提高，进而使得冷冻量有效减少，使得合成的氨浓度有效降低，具有更加显著的节能效果。

4）运用节能型球形触媒，其具有阻力小以及抗毒性能良好、低温活性能高的特点，在一定程度上能够实现节能[3]。

5）在合成系统的过程中减少跑出气体的现象、运用活性高以及低温度的催化剂、增添塔前的预热器，促使进塔的速度提高，与此同时还能有效减少出塔的温度，在此过程中还应增添塔后加热器，这种情况下就能够使得循环的热水成为铜洗再生热源，进而使得铜洗用气能够得到节约。

（6）稳定碳化工艺，使其在碳化过程中氨的消耗能够有效减少、平衡用水，能够实现在水洗的过程中避免氨气跑出，进而达到减少氨的消耗、合理控制进行碳化时的温度，能够促使氨的消耗减少、要充分的利用回收的氨水，这样能够有效促使脱硫氨降低。

4 结语

总而言之，开拓能源、降低成本消耗、减少能源消耗以及探索研究良好的节能措施是现如今时代背景下大型合成氨生产过程中所面临十分重要的任务，实现节能降耗不仅仅能够为国家节省能源，还能够在很大程度上促使相关企业的经济效益有效提高。因此，大型合成氨相关企业应重视探索在生产过程中的节能降耗措施，积极运用节能新技术，并进行推广，促使大型氨合成相关企业能够获得更好可持续性发展。