合成氨生產過程的節能降耗分析

摘 要：節能降耗已經是當今各個產業轉型的重要方向，對于合成氨工業也不例外，對于氨氣合成工業進行節能降耗任重而道遠，因為其生產工藝復雜，系統連續，牽一發而動全身。本文首先對詳細介紹了氨合成工業發展現狀，然后闡述了節能降耗的必要性，最后舉例說明實現方法和措施。首先要根據生產工藝和生產方法的差異性調查原因，然后在生產管理上完善監管制度，優化設計理念，重點是在技術創新層面上對各個生產環節進行創造、改進和調整。例如設計新型催化劑創造新的反應路徑進行節能消耗，在設備使用維護方面進行裝置改進，解決原料氣自給自足問題，對于合成塔進行參數優化，對于循環系統進行可回收再利用設計等。

關鍵詞：合成氨;節能降耗;分析

氨氣合成反應被稱為把空氣變成面包的反應，最初由德國化學家提出，首先用作炸藥和戰爭，氨氣合成反應的研究和實際應用大大促進了氮工業的發展，氨氣作為化肥和基本有機化工的主要原料，其中作用之一是為農業提供肥料保障。經過近百年的發展，合成氨工業工藝和技術已經得到不斷完善和發展。隨著近年來節能環保概念的倡導，節能降耗成為各個工業進行結構調整和產業轉型的重要方向，作為最重要的合成工業之一，對合成氨生產過程進行節能降耗優化和產業調整是十分重要的。

1 合成氨工業發展現狀

氨作為化肥工業的重要原料，是化工產品的重要組成部分，隨著人口增長和農業發展，在我國消耗量與日俱增。化肥對世界糧食生產貢獻率已經接近50%，世界人均消耗氮肥20kg，人體中超過一半的氮元素由合成氨工業提供，可以客觀的說如果沒有合成氨工業作為支撐，地球上超過一半人類無法存活。一方面，世界人口增長速度加快，近百年來世界人口增加了4.5倍，但是糧食生產總量卻只增加了7.7倍，所以對未來氨工業產量提出了更高的要求;另一方面，合成氨需要的N2每年從大氣中通過活化作用固定3億t，但是只有1/3的N2重新返回到大氣中，其余氮元素以氮氧化物的形式存在于大氣中，從而加劇溫室效應，造成環境污染，并且通過酸雨的形式進入地表水從而造成水污染，進入海水中造成海水富營養化造成海洋污染。綜上，對合成氨工業中進行節能降耗分析，以更低的能量損耗生產更多的氨氣，同時調整工業生產結構，提高產品選擇性，降低有毒副產物生成，實現綠色產業化迫在眉睫。

2 合成氨工業節能降耗需求

合成氨工業經過近百年發展，生產工藝、生產設備和生產原料等存在差異性，但是本質相同。第一是系統性和連續性，氨氣合成工業普遍使用循環法，通過各種方法對氨氣預處理，經過脫硫、凈化等工序后參與反應，氣體產物中分出一部分循環返回系統，與新鮮原料氣混合再次進入反應。整個工序系統連續，操作復雜，但是具有不穩定性，對外界因素反應敏感，一旦某個工序出現問題，整個生產流程將會出現故障，生產出不合格的產品，甚至損壞設備，危害操作人員生命安全，在浪費資源的同時危及生命。因此，對工藝實現節能降耗，在保證其連續性和系統性的同時降低能耗是十分必要的。第二是復雜性和要求規范性，氨合成工業復雜，每個生產環節都需要精確操作和調控，操作人員需要對不同生產環境需求和特征，對生產過程中反應溫度、壓力、催化劑和空速等參數進行嚴格調控，比如氫氣和氨氣混合氣原料，主要來源是天然氣、煤和水蒸氣等，資源容易浪費，如果對工藝進行節能降耗改進，可以節約60%以上的能源，從而使氨氣的生產量大大提高，像這樣可進行節能優化的生產環節在合成氨工業中是非常多的。因此，對合成氨工業進行節能降耗優化是非常必要，是實現我國能源發展戰略的重要一環。

3 合成氨工業中節能降耗方法

3.1 抓住生產過程高能耗原因

氨氣合成工業工序十分復雜，并且各個生產環節系統連續，進行節能降耗優化十分具有挑戰性，最首要的任務是掌握節能降耗的原因，當前大部分企業能耗高的原因是管理制度、管理方法的欠缺和不完善，如果對各個環節原料使用、熱源冷源使用管理監管不當，容易造成資源浪費，增加操作成本。同時，很多合成氨的小企業采用落后的設備和生產工藝，不僅對生產工藝沒有較好的管理，只是徒增產量，賺取利潤，在帶來環境污染的同時存在各種安全隱患，也增加了能源消耗。一方面，對于合成氨的企業完善管理制度，加強監管力度，對每個環節的能耗和原料消耗進行數據化管控，另一方面，對于小型合成氨企業，加大打擊力度，淘汰破舊的設備和落后的生產工藝，從而為節能降耗打下重要基礎。

3.2 落實節能降耗方法

3.2.1 優化生產管理

首先，要在企業文化層面上強調科學管理對于節能降耗的重要性，讓全體員工心里認知科學有效的監管制度對于提升產品品質、保障生產安全以及節約能耗的重要性和必要性，不斷在企業戰略層面完善管理制度，優化生產資源配置，傳遞先進管理理念。其次，引進科學管理化人才，定期對管理制度進行完善和調整，最重要的是對于生產環節、設備利用等方面進行控制管理。最后，與時俱進，采用智能化技術建立自動化監管制度，降低由于人工失誤帶來損害的風險，從而將科學管理上升到自動化水平，與合成氨工藝的系統連續性相匹配。

3.2.2 優化生產工藝

技術創新永遠是生產發展的核心，對于優化生產工藝，進行節能降耗同樣適用。在合成氨工業中，節能、環保、減排、減耗是最為理想的目標，也是合成氨工業不斷發展的方向，技術創新在合成氨工業體現在對生產工序、設備制作和生產工藝的創新。例如：開發新型高效環保催化劑，設計新的合成氨反應路徑，提升氨氣合成質量，降低污染排放，減少能源消耗，減少生產工序。設計新型催化劑對反應產物進行二次催化，使其還原成有用的產品和原料氣，一步解決減少環境污染和能源消耗兩個問題。同時，對于設備的使用維修可以進行不斷改進和調整，小的調整有時可以實現大的變動，科學考察生產工藝中每個細節，了解設備組成和運行的各個特征，比如對于某個裝置老化問題進行改造，再利用造氣二次風，可以顯著提高CO燃燒能力，對于焦爐煤炭實現高度節約，同時可以使用半水煤氣直接制備方法替代焦爐煤氣和水煤氣混合的方法，一步解決原料氣自給自足問題，大大減少能源消耗。同時，合成氨工業中關鍵的合成環節和循環再利用環節也可以根據其特征進行優化，減少能源消耗，提升產品質量。比如對合成塔進行參數優化以較低的成本提高合成轉化率，優化分離技術，改進分離設備實現能源的回收和利用。

4 結語

合成氨工業現在已經是國民經濟發展的重要支柱，隨著人口的增長，對于氨的需求量已經提出更高的要求，因此對合成氨工業進行優化，增加其生產數量和質量，降低其能源消耗，減少其污染排放已經是合成氨工業的發展方向。本文首先對合成氨工業發展現狀進行了詳細介紹，然后闡述了節能降耗的必要性，最后舉例說明實現方法和措施，首先要根據生產工藝和生產方法的差異性調查原因，然后在生產管理上完善監管制度，優化設計理念，重點是在技術創新層面上對各個生產環節進行創造、改進和調整。例如設計新型催化劑創造新的反應路徑進行節能消耗，在設備使用維護方面進行裝置改進，解決原料氣自給自足問題，對于合成塔進行參數優化，對于循環系統進行可回收再利用設計等。

參考文獻：

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作者簡介：

蘇靜杰（1986- ），男，籍貫：山西大同，學歷：大專，畢業于太原科技大學，現有職稱助理工程師，研究方向：煤化工。