合成氨工艺分析及节能改造措施

【摘要】如今，市场对于化工产品的需求量在随着我国科学技术的发展而逐渐增加。合成氨作为化工领域的侧重产品，其产出流程会有较多能源耗费。因此，改善合成氨现有的状态及其产出流程是很有必要的，针对合成氨工艺具有的重要作用和意义，对其脱硫造气、脱碳、合成与膜回收等重要工序进行分析的前提下，提出有效的节能改造措施。

【关键词】合成氨；工艺；节能；改造

1 导言

氨作为化学工业加工中最为重要的原材料之一，应用途径非常的广泛，并且曾经受到了大量专业人士的青睐。随现代科学信息技术飞速发展，使得我国对化学物质氨合成再加工工艺得到了显著提升，并且在工艺优化、技术改造以及后续所实施的节能改造中均取得了良好的效果。

2 合成氨工艺技术的现状

2.1 产出装置的现状

从目前的态势来看，有约35 套规模偏大的合成装置，而这种装置每一年产出量能达到1000 万吨。其中这种装置还附带了硝酸磷肥的特有装置和足够的尿素产出装置。关于其他的产出装置类型，轻油类的有六套，煤原料类的有两套，重油类的有九套。

2.2 氮肥装置的现状

氮肥装置中中等规模的装置，有50 多套，而且每一年度的产量也能达到500 万吨，其中装置带有的下游产品为特有的硝酸胺等。其中，焦煤类、天然气类和渣油类在装置中也都有一定比例。

而其中小型的装置也有700 余套，每一年度的产量也能达到三千万吨及以上。而装置中附有的下游产品，不仅有碳酸氢钠还有尿素。

2.3 技术层级内的产出现状

现有的原料会限制合成氨带有的独特装置，这是由于石油价格偏高，需要递增石油带，因此，制备合成氨很难用这一类型的原料，而且像石油这样的原材料也无法制造氨气。至于重油及轻油，同样不适合氨气制造过程，因为，这两种油并不具有实力竞争。所以，与此相关联的装置依旧保持原有的状态，迟迟不能被更新。由此可见，应该将煤原料和特定的天然气当成可用的合成材料。

3 合成氨工艺

3.1 脱硫造气

脱硫槽中，硫化氢与氧化锌发生反应并被脱除。加氢转换器中，烯烃与炔烃可以和氢气发生反应生成水与饱和烃。二段转化炉中，因有空气加入，所以氢气开始燃烧，升高转化气的温度，甲烷发生蒸汽转化，从二段炉排出的甲烷达到降低水平。由于有热量放出，所以气体温度大幅升高，氧得到完全反应，使甲烷、二氧化碳与水蒸气继续进行转化。

3.2 中低变换与甲烷化

造气产生的原料气中含有约12.7% 的一氧化碳，变换的目的是使一氧化碳和水蒸气发生反应，生成氢气与二氧化碳，在增加氢气的同时除去一氧化碳。该反应属可逆放热等体积反应，温度越高，反应越快，平衡常数越低。基于此，可通过对中变串低变流程的应用来实现高温时有较快反应速度，低温时有较高变换率。

甲烷化目的在于减少脱碳气中含有的二氧化碳与一氧化碳，并和氢气发生反应制得甲烷与水。上述反应均属强放热反应，温升较大，同时也属于可逆放热体积变小反应，若能降低温度并提高压力，则能利于反应进行。而如果氢含量可达二氧化碳与一氧化碳的70 倍以上，则在低压条件下仍能达到良好效果，故压力为次要因素。温度对反应平衡有直接影响，如果温度较低，则以上反应将向右侧进行，而温度达到600℃以上时，将开始向左侧进行，即甲烷化逆反应。

3.3 合成

氨需要在高温、高压和催化剂条件下合成。因受化学平衡制约，氢氮混合气不可能全部转化为氨。基于此，分离氨后，应将未参与反应的合成气重复循环，这样能提高合成气的利用率。合成氨反应过程中，放出大量热，分离时需消耗冷量。氨合成是否良好，决定了产量、原料消耗、压缩机与冰机等的动力消耗。

合成塔发生的反应为：N2+3H2=2NH3。属可逆放热体积减小反应，采用催化剂是唯一加快反应速度的方法。平衡氨含量伴随以下因素变化而改变，压力、温度、惰性气体含量、氢氮比。较高的压力和较低的温度及惰性气体含量与合适的氢氮比对平衡氨含量有利。

4 合成氨节能改造

4.1 造气节能改造

通过对自动加焦机的应用可以缩短生产时间，减少能源消耗，并提高安全性；通过对煤气余热回收技术的应用，可对热量资源进行回收利用，保证资源利用率；通过对油压微机控制技术的应用，能对分配时间进行正确调节，全程实施监控气炉实际情况，以利调节优化，提高生产效率；通过对吹风气预热的回收利用，能减少资源损失，创造良好效益；通过对入炉蒸汽品质的有效改进，能保证炉温的稳定性，减少不必要的能源损失。

4.2“油改气”路径

蒸汽转化是天然气制氨装置一般采用的转换技术，但是蒸汽转化技术需要依靠部分氧化工艺的重油气化装置。与之相比，不如采用更为合理的天然气部分氧化技术，这样就可以改造现有的气化炉，而且改造过程难度更小，周期更具延展性，性价比比较高。除此之外，天然气部分氧化技术也因为比较容易实现大型化而逐渐被业内所认可。

4.3“油改煤”路径

煤气化技术的相关改造过程包括两个部分，一部分是新建煤气化部分，另一部分是新建合成净化部分。其中比较成熟的工艺是煤气化工艺，不仅拥有大型专利工厂，而且在化肥、甲醇等生产过程中及在循环联合发电过程中的有效作用也得以凸现。而合成气净化的关键问题在于确定一氧化碳的变化，酸性气体脱除等工序，其中一氧化碳变换工艺的选择是整个过程的关键。一氧化碳变换工艺的选择，主要有非耐硫变换和耐硫变换两种，对于这两种变换工艺的选择非常重要，这将直接影响到后续流程。

4.3 废水循环利用技术改进

在合成氨生产中，为节约成本通常以碎煤为主要原材料，但此种材料的应用在形成煤气水后无法切底地分离其中的粉尘和焦油，进而堵塞了合成氨生产所用管道，增加了热损失。另外，废水的应用可使生产效率提升，同时使能源消耗降低。对于废水循环利用技术来说，可以通过多次沉降煤粉和焦油，并加设气浮装置，力求在沉降后减少煤气水中悬浮物和油质量浓度，避免出现装置堵塞现象，使装置运行效率得到提升。

5 合成氨工艺技术的发展趋势

5.1 经济规模的规划

从环境保护这一方面来看，合成氨在集成态势下耗费的能量较低。单系列的特有装置能够在原有的基础上提升产出量，加快产出速率。如果选取天然气作为原料，则很难在原有的耗费上再次缩减。但是，若选取油或特有的煤作为原料，就可以在原有的耗费上再次缩减。如果想要大规模的开发这种装置，就应该明确产出的所有程序，确定其中的关键程序，设备也应选用特有的规格。

5.2 原料构架的替换

关于原料的更替，首先“油改煤”应该是其侧重的方面，除此之外就是“油改气”。产出路径在多联产的态势下，要将程序内的再加工衔接起来，以便更好且更合理的将原有的产出构架替换。竞争实力应在合成氨的必备装置中有所突显，其次还应该赋有较原来相比更好的经济特性，在世界各地区，目前的原油供应量正在逐渐递减。在未来一段时间内，此类原油必将出现短缺的状况。因此，要未雨绸缪，全力开发其他可利用的能源，以弥补这一空缺。

结束语

综上所述，合成氨作为一门独特的工艺，我们应不断探索合成氨的工艺技术，尽可能的接纳一切可利用的合成设备，我们也可以积极吸取国外合成氨技术的经验，不断完善自身，从实践中发现问题，解决问题，通过对合成氨技术进行改造与优化，还能够提高其生产效率，实现工业上的快速发展，降低成本的同时还能够以节能减排的优势吸引更多专业人士的重视，这对合成氨企业经济效益的稳定提升作用重大。

参考文献：

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