關于合成氨工藝的分析及節能改造措施

郝林燕

摘 要：作為我國經濟發展的重要工藝技術之一的合成氨技術一直都是我們研究的主要重點。雖然，我國對于合成氨技術的研究已頗有成效，但是在某方面仍存在一些問題，譬如，所需成本較高，能源消耗量也過大而且生產效率并不高等。因此，本文通過對合成氨工藝的流程就行了相關闡述，并針對某些問題提出了節能改造措施由此希望提高我國合成氨工藝效率。

關鍵詞：合成氨工藝;分析;節能;改造措施

1 概述

作為一種較為重要的無機化工產品，氨不僅僅是重要的化工原料，而且對于提升我國經濟水平也發揮著不可替代的作用。但是，由于我國在合成氨技術方面生產效率低且能源消耗較大等問題，導致其嚴重阻礙了相關企業的發展。因此，我們必須要加強對相關設備的改進以及技術的創新，從而有效的降低生產成本，提升經濟效益。

2 合成氨的工藝流程

原料氣的制取、空氣的液化及分離、原料氣凈化、氣體的壓縮及合成是合成氨主要的四步流程。

2.1 原料氣的制取

氮氣和氫氣作為主要的合成氨原料氣，所以，在合成氨工藝的第一步工序就是制取原料氣。氫氣的來源主要是通過石腦油、天然氣、煤炭、焦爐氣等制取。通過高溫將這些原料氣與水蒸氣作用從而制得含有一氧化碳和氫氣的合成器，此過程我們稱之為造氣。我國目前主要采用三種工藝進行制氣：流化床、固定床和氣流床。我國主要是固定床制氣，此法發生的化學反應為：

C+O2→CO2 C+H2O→CO+H2

氮氣的制取則主要是來源與空氣，通過采用物理方法將空氣進行液化或者進行化學反應來制取氮氣。物理方法制取氮氣主要就是通過降溫使空氣液化然后在通過升高溫度制取，此原理主要是因為氮氣的沸點較低，所以當升溫后氮氣會先逸出，進而制取高純度的氮氣;化學方法制取氮氣則主要是通過燃燒碳，再脫除氣體中的二氧化碳來制取氮氣。

2.2 空氣的液化及分離

空氣的液化和分離主要是先將空氣進行液化然后在根據空氣中各氣體的沸點不同進行升溫來獲取氧氣、氮氣，最后通過精餾的方式獲得高純度的氮氣等。

2.3 原料氣凈化

作為合成氨工藝的重要環節，對原料氣的凈化顯得尤為重要而且也是最為復雜的環節之一。那是因為在合成氨的原料中勢必會存有一定數量的無機硫化合物H2S以及有機硫化合物二硫化碳（CS2）、硫醇（RSH）等，所以必須要經過一氧化碳變換、脫硫脫碳以及氣體精制過程，從而才能獲得滿則工藝流程的原料氣。

首先，一氧化碳變化。一氧化碳必須在原料氣送往合成工序之前徹底清除，因此，需要將難以清除的一氧化碳轉變為較為容易脫除的二氧化碳，從而提高氫氣的含量。此變換反應為：

CO+H2O（g）→CO2+H2 =-41.19kJ/mol

此工藝作為整個合成氨流程中耗能最大的工序之一，因此，如果想要最大程度的節約成本勢必要降低本工序的能耗問題。

其次，原料氣的脫硫脫碳處理。脫碳工序主要采用的是物理吸收法和化學吸收法。本環節主要是為了防止一氧化碳中毒情況的發生，而且經過脫碳處理可以有效的回收和利用二氧化碳，既起到了保護環境的作用而且還有效的節約了資源。再者就是脫硫處理。由于原料氣在進入變換、合成系統前必須有效的將有機和無極硫化合物進行剔除，所以，此過程就被稱作脫硫。脫硫的方法很多，根據脫硫劑的物理狀態不同，可將脫硫方法分為濕法和干法兩大類。濕法脫硫主要是采用溶液脫硫，此方法優勢就是再生容易，但屬于粗脫硫;而干法脫硫則是使用固體脫硫效果較好但是脫硫劑再生困難。

最后，原料氣精制。原料氣的精制主要是對脫硫脫碳后的原料氣中殘余的雜質進行精煉。原料氣精制有多種方式，其中最為常用的有甲烷化法、銅氨液吸收法以及深冷液氮洗滌法等。

2.4 氨的合成

作為合成氨工藝的重要環節也是最后一個步驟，氨的合成就是在一定條件下使氫氣和氮氣發生化學反應的過程。此過程主要包含：氣體的壓縮和除油、氣體的預熱和合成、氨的分離、未反應氣體的循環、惰性氣體的排放以及反應熱的回收利用這六個步驟。由于此過程是在高溫高壓下進行的，所以整個系統也是一個循環利用系統。目前，我國大部分中小型氨廠操作壓力為32MPa左右并設置水冷器和氨冷器兩次分離，新鮮氣和循環氣則通過往復式壓縮機加壓。

3 合成氨生產中的存在的問題

就目前我國合成氨技術來看，該工藝主要受生產技術較為落后、能源浪費、生產管理制度較不完善以及能源供應不足等四個因素的影響。

4 合成氨生產系統節能改造措施

我國合成氨企業為了有效解決以上問題，采取了相應措施，例如生產技術的提升，提高能源利用率以及合理利用余熱等措施來提升合成氨質量。下文將具體的進行闡述：

4.1 造氣工段的技術改進

第一，自動加焦技術。此技術的應用可以有效的節省反應時間，減少能耗，從而有效的提高能源利用率，而且安全性能較高可以降低安全事故的發生。第二，爐況監測、油壓微機控制與系統優化技術。該技術主要通過對時間的合理分配來全面的對造氣爐進行全面的監測，并及時的進行反饋，從而有效的提升生產效率，節約資源。第三，煤氣余熱的集中式回收。通過使用回收器來將反應過程中產生的余熱進行回收利用，從而有效的提高資源的利用率，進而利于資源節約型經濟的發展。第四，集中式高效洗氣塔的使用。通過高效洗氣塔來降低系統的阻力，從而減少冷卻水和污水的產生和排放，從而起到保護環境的作用;第五，入爐蒸汽品質的提升。作為合成氨工藝中必不可少的環節，過熱蒸汽不僅可以起到穩定爐溫的作用，而且還可以有效的提高蒸汽分解率，從而降低資源能耗。第六，吹風氣余熱的回收。作為節約資源的重要措施，吹風氣余熱的回收主要是通過集中式燃燒爐吹風氣回收技術，從而提高資源使用效率。第七，增設高效靜電除焦油器。焦油器不僅可以有效的確保脫硫質量和效率，而且還可以有效的延長壓縮機的使用壽命，所以其主要在脫硫工段前和洗塔后使用，是合成氨最為重要的儀器之一。

4.2 采用全低變流程

采用全低變流速不僅可以提高工作效率，而且可以有效的節約資源，形成資源的循環使用，而且還可以減少催化劑的使用，促使生產成本降低。

4.3 使用新型氨合成塔內件

由于新型合成塔具有傳統工藝不具備的優勢，因而，新型氨合成塔內件不僅可以提高氨合成質量，提高生產效率，而且還有效的提高了蒸汽熱量，利于資源的回收利用。

4.4 冷凍工段以及氨的分離新技術

冷凍工段主要是通過蒸發式冷凝器的使用來提高生產效率，有效的降低氨合成工藝的能源損耗;而氨的分離新技術則指的是水吸收法和冷凝分離法。而且氨的分離主要是通過分離器來進行的，所以采用新型分離器不僅可以徹底的對氨進行分離，而且由于此裝置是通過轉變氣體流向來分離氣體中的液滴，所以其可以有效的降低資源浪費。

總而言之，作為我國經濟發展的重要工藝技術之一的合成氨技術一直都是我們研究的主要重點。而且，由于我國工業主要是資源型工業因而所需資源較多，導致我國現階段資源能源特別緊缺，再者由于生產技術的落后也導致許多資源浪費嚴重。而作為一種較為重要的無機化工產品，氨不僅僅是重要的化工原料，而且對于提升我國經濟水平也發揮著不可替代的作用。雖然，我國對于合成氨技術的研究已頗有成效，但是在某方面仍存在一些問題，譬如，所需成本較高，能源消耗量也過大而且生產效率并不高等。因此，合成氨工業中必須要對相關技術不斷進行創新和改革，也只有這樣才能更好的提高生產技術，從而有效的提高資源利用率，減少能耗，有效的降低企業生產成本，進而促進我國經濟長久發展。

參考文獻：

[1]郭啟星.合成氨工藝與技術節能探討[J].中國石油和化工標準與質量，2013（16）：26.

[2]劉化章.傳統合成氨工業轉型升級的幾點思考[J].化工進展，2015（10）：3509-3520.

[3]王輝.大型合成氨裝置節能減排的思考[J].化肥設計，2013 （02）：8-11.