合成氨工艺及节能改造措施的分析

加尔肯·夏布尔开

摘 要：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。

关键词：合成氨;工艺;节能;改造;措施

0 引言

合成氨主要是指氢与氮在高压、高温、催化作用下所形成的氨，在化学工业中氨是有机化工及化肥工业重要原料之一。20世纪初期开始发展合成氨工业，将其视为火炸药工业主要原料，在此基础上转而为工业、农业服务，伴随技术革新及市场发展，合成氨需求量与日俱增。

1 合成氨生产装置的相关内容

1.1 合成氨生产装置的生产原料

无论采取什么样的原料与生产方式，合成氨生产大体上都可以分为三个工艺流程，首先是原料气的制造，其次是原料气的净化，最后再到氨的合成以及为了满足各种工序工艺而提供的压缩工序。在介绍原理前，先对合成氨生产装置常用的生产原料展开简单的介绍。

合成氨原料就是指碳氢化合物的各种燃料，虽然生产中运用了大量的空气与水，但一般情况下并不会将空气与水纳入合成氨生产原料的规划当中。合成氨原料可以具体分为三大类：固体原料气体原料以及液体原料。第一类，固体原料，焦炭、煤、加工而出的碳化煤球以及水煤浆等皆属于合成氨的固体原料;第二类，气体原料，气体原料包括天然气、油田气、焦炉气、石油废气等;第三类则是液体原料，包括石脑油、重油、原油等。下文以煤为原料对合成氨生产的装置原理展开简单介绍。

1.2 合成氨工艺的生产原理

造气工段中原料半水煤气要求气体中的（CO+H2）与N2的比例为3：1左右，在生产上采取间歇输入空气与水蒸气的方式来对其进行气化，氮气则是采取相关技术从空气中分离而出;脱硫工段要对上一阶段遗留的少量硫化物进行脱除工作，避免这些硫化物对合成氨生产产生不良的影响，还可以在极大程度上保护设备，避免设备、管道被硫化物腐蚀，因此，脱硫工段必不可少;后续还有变换工段、碳化与脱碳工段、压缩机工段、精炼工段、合成工段等，这些都是合成氨生产过程中不可或缺的一部分[1]。

2 合成氨有效能分析

在合成氨成产过程中，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[2]。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。

3 合成氨生产节能改造措施分析

值得注意的是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：

进行新型合成塔的研制。在合成氨生产过程中，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。

在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。

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[3]。

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。

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。

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]。

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，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，促使氨合成相关企业能够获得更好可持续性发展。

参考文献：

[1]员雄.化工节能技术现状及发展趋势[J].化工设计通讯， 2019，45（09）：219-220.

[2]郑厚超.低热值天然气合成氨工艺中的节能技术[J].化工设计通讯，2019，45（09）：5+18.

[3]趙桂芳.合成氨尿素装置减排CO2节能创新工艺发展前景探索[J].化工管理，2019（23）：58-59.

[4]冯柏川.合成氨工业节能减排的分析[J].化工管理，2019 （22）：35-36.