合成氨工藝參數對氨凈值影響分析

李春玲（商丘醫學高等專科學校，河南 商丘 476100）

合成氨屬于一個高耗能的行業，其生產原料主要包含煤炭、石油和天然氣等。鑒于這些原材料大多數屬于不可再生資源，在其數量越來越少的前提下，合成氨的生成成本正在不斷增加。所以，不管是從響應政府節能減排號召的角度來看，還是從企業自身發展的角度來看，企業都應該加大對合成氨工藝的研究，改善合成氨生產各環節的參數設置，提高合成氨生成率。[]氨凈值代表的是合成氨裝置氨合成率的重要參數，氨凈值高，則裝置氨合成率高，這說明合成氨生產過程的生產效率越高，其節能降耗效果越好。反之，氨凈值的數據越低，表示合成氨裝置合成率越低，說明生產過程的能耗越高。這就意味著合成氨工藝參數的調整對凈值的變化有著比較明顯的影響。合成氨工藝參數優化，氨凈值數值較高，合成氨工藝參數不合理，氨凈值數值就低。在其他數據穩定的情況下，兩者之間的關系即是如此。下面，我們將針對合成氨生產過程進行分析，明確氨凈值和合成氨各項工藝之間的關系，提出如何才能創造更好的氨凈值。

1 合成氨生產過程分析

1.1 造氣階段

造氣階段的本質是碳和氧氣以及蒸汽混合在一起的過程。其中主要包含吹風和制氣兩個環節的內容。吹風的方式主要包含吹風、上吹、下吹、二次上吹和空氣吹凈五個部分。在原料煤階段性地放入固定層煤氣發生爐內。先送入空氣，不斷提升煤氣爐的溫度，之后把水蒸氣和加氮空氣送入煤爐內，生成半成品的氣體。把這些氣體送進洗滌塔內加以除塵處理，降低半煤氣的溫度，最后把這些半煤氣存到氣柜內。造氣環節完成。

1.2 脫硫階段

在合成氨的過程中，硫的存在對制作設備會產生一定的腐蝕作用，而且會導致催化劑中毒，對整個合成氨過程造成極大的損害。所以，想要取得好的合成氨效果，就一定要去除氣體內的硫。脫硫環節的主要目的是為了通過DDS去除氣體內的硫。氣柜中的半水煤氣通過多種工藝處理，恢復溫度后引入壓縮機。脫硫完成后廢氣可以再次使用。

1.3 變換階段

變換階段的主要產物是CO2和H2。半煤氣中的CO和水蒸氣混合在一起，在催化劑的刺激下，反應完成。需要注意的是這個階段的反應，一般分前后兩個階段，前階段的反應完成之后，把半水煤氣引入飽和塔內提高溫度，增加塔內的濕氣，并補充一定的水分。后一階段把水煤氣引入中變爐，釋放其中的熱量回收。把降溫后的氣體引入低變爐，把反應后的工藝氣體送入壓縮機三段入口。

1.4 變換氣脫硫和脫碳

經過氣體轉換之后，氣體內存在的有機硫就會轉變為會轉變為H2S，這就必須做二次脫硫處理，讓氣體中硫的成分保持在25mg/m3。脫碳的目的是去除換氣之后產生的CO2，把氣體內的雜質去除。保持器具內的壓力在1.3MPa左右，引入水分離器，排除水分，把剩下的氣體引入吸附塔內，處理之后把氣體送往精脫硫階段。

1.5 精煉階段

經過上述的工藝處理之后，氣體內還會存在微量的一氧化碳和二氧化碳。但是，不管其含量多么少，都可能造成催化劑中毒，所以，在進行合成氨處理之前，必須把一氧化碳和二氧化碳處理干凈。一般情況下，可以使用醋酸銅氨液洗滌法，經過此工藝之后，氣體內的一氧化碳和二氧化碳的含量將會降低到25ppm之下。把氣體引入到分離器內，補充總銅、水冷卻、過濾、氨冷后經銅氨液循環泵加壓循環使用。[1]

1.6 壓縮階段

鑒于前述各工藝的處理之后，其壓力有明顯的下降，變換、脫碳之后器具內的壓力只有0.87MPa、3.7MPa，這樣的壓力根本不符合合成氨的壓力條件。所以，壓縮階段的主要目的是為了增加工藝氣體的壓力，為合成氨的生成提供必需的壓力條件。

1.7 氨合成階段

氨合成階段的主要目的是為了把經過銅洗處理后得到的氮氣、氫氣和混合氣在催化劑的作用下合成為氨。此時，器具內的壓力保持在27MPa，不斷補充新鮮氣體和混合氣混合在一起后，引入氨冷器，氨分離器，冷交換器，經過循環機，不斷升壓，經過油分離器去除混合器內的油分，把混合氣引入到氨合成塔內器和外器之間的間隙，經過一系列工藝的處理，把合成氨的液體分離出系統。還沒有完全反應的氮氫氣體循環使用。

2 合成氨工藝參數對氨凈值的影響

當前，我國大多企業生產合成氨使用的工藝為哈伯技術和鐵系催化劑。在鐵系催化劑媒床中，按照容器內部構造的不同，反應氣的進入形式有所區別，但是一般進入的氣體主要有兩類，一是沒有經過加熱的氣體，另一種是經過加熱的氣體。這兩種氣體的區別之處在于，經過加熱的氣體，其氮含量會有所增加。在這個過程中，使用的催化劑主要是四氧化三鐵。生成的氣體在媒床中完成熱交換后，進入兩組三級旋風分離器進行氮氣的分離。之后，壓力降低，循環壓縮機承受的壓力不足，氣體再次進入媒床開始下一輪反應。這里我們以塔內器件中直徑為Φ1.4m的合成塔作為研究對象對整個轉化過程進行展示：其反應過程順利進行需要的條件為：壓力20-30MPa，溫度485-515℃，空速15000-20000Nm3· hˉ1,氫氮氣比2.8--3.2，氨轉化率10%--16%。在這個過程中，和企業關聯最大的問題就是如何減少循環壓縮機的消耗，增加合成氨的生成量。在上述條件環境內，在催化劑的作用下，氫氮混合氣體的反應過程中會發生多個平行反應和串聯反應，而最終影響這一反應結果的元素主要包含：反應器內的壓力，反應發生時的溫度，空速和氫氮混合氣體的比例等。在這些元素中，反應器內的壓力可以明顯促進氨氣的生成，但是這一元素并不能無限加大，它受到反應器皿的材料和整個系統功耗的約束。所以，在日常的生產環節，并不把調整反應器內的壓力作為增加氨氣生成的工藝手段，而只是作為參考參數，能夠發揮一些輔助作用而已。反應溫度的高低，對合成氨的速度有著明顯的影響。在催化劑的刺激下，反應溫度保持較高的狀態時，氫和氮的反應速度加快，容易合成氨。但是，溫度升高過多的話，逆反應的發生也會加速，這又會降低氨的生成率。所以，對于反應溫度的調整，要在催化劑加入之后，根據反應階段的不同，區別對待。一般情況下，會把合成氨的過程劃分為前、中、后三期，不同的階段給予不同的溫度。空速會加速反應的進行，提升氨氣的生成率。但是，空速轉動的高低對于媒床內催化反應過程的持續時間和反應器內的熱量穩定也有一定的影響。所以，要按照反應媒床內床層構成和系統壓力來確定一個合適的反應氣量。氫氮比和合成氨的生成有更加直接的關聯，假如氫氮比例不能均衡，會導致整個反應器系統失衡，容器內溫度降低，壓力增加，合成氨的生成率降低。[2]

3 結語

總之，合成氨是一種影響深遠的工藝，在當今這個講究節能高效的時代，提高合成氨的氨凈值對合成氨的產量有著非常大的影響。從上面的論述中我們可以看出，對氨凈化值數據有著明顯影響的工藝主要包含反應發生時的溫度，空速和氫氮混合氣體的比例等，對這幾項合成氨的工藝參數進行優化，就需要對上述的各合成氨的生產階段進行優化，不斷提高合成氨的產量，增加氨凈化值。這樣，不但提高了合成氨的生產效率，產生了很好的經濟效益，而且由于氨凈化值提高了，其能量消耗減少，其社會效益也有不小的提升。

[1]安宏偉，李永華.合成氨產業的現狀和發展建議[J].西部煤化工，2012（08):4—5.

[2]符丁,尹卓英.關聯規則挖掘發現問題的協同式需求獲取方法[J].計算機與數字工程，2011(4)：63—66.

[3]楊亦，楊開英.基于數據挖掘技術的合成氨生產工藝參數的優化[J].沈陽農業大學學報，2011（03）：379—381.