合成氨工藝及節(jié)能改造措施分析

陳行

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，我國在氨合成和再加工工藝上得到了顯著提升，而為了能夠更好地適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展要求，合成氨工藝開始朝著節(jié)能降耗的方向發(fā)展，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該對合成氨生產(chǎn)的工藝設(shè)備進行改進，借助各種催化劑減少原材料消耗，配合回收利用技術(shù)，降低合成氨生產(chǎn)成本的同時，提升社會和生態(tài)效益。

1 合成氨工藝

合成氨生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 合成氨工藝流程

氨合成反應(yīng)為氫氣、氮氣在高溫、高壓、催化劑存在的條件下合成為氨。反應(yīng)式為

該反應(yīng)的特點是：可逆、放熱、體積減小、催化劑存在。氨合成反應(yīng)的熱效應(yīng)大小與反應(yīng)溫度、壓力、氣體混合物的組成有關(guān)。在實際生產(chǎn)中，高壓氣體的非理想性，使氫、氮、氨、惰性氣體混合時吸熱ΔHm，這使實際反應(yīng)熱比理論反應(yīng)熱小，生產(chǎn)中要注意這一差別。

1.1 原料氣的制取

在對合成氨進行生產(chǎn)的過程中，原料氣的制取是第一個環(huán)節(jié)，也是非常重要的環(huán)節(jié)，制取的方式多種多樣，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，合成氨的原料氣能夠從煤炭、天然氣中獲得，也可以借助重質(zhì)油等原料制取。原料氣制取環(huán)節(jié)，需要根據(jù)不同的材料，選擇不同的制取方法，關(guān)注幾個重點問題：一是在原料氣制取過程中，需要切實保證原料的抽取溫度，確保溫度能夠滿足化學(xué)反應(yīng)的要求，再通過與水蒸氣的反應(yīng)，得到相應(yīng)的合成氣體；二是對一些類似固體焦炭的原材料而言，在制取原料氣的過程中，可以通過固體燃燒的方法來達到預(yù)期目標；三是對于一些渣油類物質(zhì)，在進行原料氣的制取時，需要利用非催化部分物體，配合相應(yīng)的氧化法完成原料氣的制備；四是對于石油原料，在制取原料氣的過程中，可以采用二段蒸汽環(huán)化法。

1.2 原料氣的凈化

原料氣的凈化是合成氨生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須得到足夠的重視。從作業(yè)人員的角度，在合成氨生產(chǎn)中，需要把控好原料氣凈化環(huán)節(jié)的各項工作，避免出現(xiàn)相應(yīng)的問題。原料氣凈化包含了幾個方面的內(nèi)容：一是從實際生產(chǎn)需求出發(fā)，將原料氣轉(zhuǎn)化為一氧化碳氣體。在合成氨生產(chǎn)中，煤氣會帶來大量的一氧化碳，氨的合成需要大量的水蒸氣，通過這樣的方式，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣或者二氧化碳，如果將這個步驟省略，雖然同樣可行，但是會導(dǎo)致工藝難度的增加以及能源消耗的增大，并不符合節(jié)能降耗需求。因此，上述環(huán)節(jié)的實施能夠為合成氨工藝的節(jié)能減排提供可靠支撐；二是需要對原料氣進行脫碳和脫硫操作。脫碳操作常用的方法是吸收法，包括物理吸收法和化學(xué)吸收法，通過有效的脫碳處理，能夠減少作業(yè)過程中工作人因為催化劑的使用而產(chǎn)生的中毒問題，切實保障施工人員的生命安全。在進行脫碳的過程中，應(yīng)該做好二氧化碳氣體的回收工作，為副產(chǎn)品如尿素、純堿等的制備提供原材料支持，減少浪費問題，實現(xiàn)資源的回收利用，降低成本費用。脫硫操作常用的方法有干法脫硫和濕法脫硫，干法脫硫需要借助固體脫硫劑實現(xiàn)，脫硫效果良好，但是脫硫劑無法實現(xiàn)再生，而且工藝復(fù)雜程度高，一般會被應(yīng)用在精脫硫環(huán)節(jié)；濕法脫硫是借助化學(xué)溶液完成相應(yīng)的脫硫操作，具備可再生性的特征，一般會被應(yīng)用在粗脫硫環(huán)節(jié)。

1.3 氨的合成

在合成氨工藝中，氨的合成是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，無論是原料氣的制取還是原料氣的凈化，最終目的，都是為氨的合成提供支持，確保在后續(xù)生產(chǎn)中，能夠得到較高純度和質(zhì)量的合成氨。在進行氨的合成時，作業(yè)人員必須嚴格依照相關(guān)標準以及合成氨工藝的基本流程進行操作，將溫度和壓力提升到標準值，配合催化劑來確保氨的順利合成。在完成合成氨的生產(chǎn)中，可以借助氮氣和氫氣循環(huán)系統(tǒng)，促進合成氨中氨的含量及純度的提高，確保其能夠達到國家相關(guān)標準的要求。

2 合成氨工藝的節(jié)能改造措施

在傳統(tǒng)合成氨工藝中，存在能源消耗巨大的問題，會導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加，影響化工企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時也不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，技術(shù)人員需要做好合成氨工藝的節(jié)能改造工作。具體來講，合成氨工藝的節(jié)能改造可以從造氣工段技術(shù)優(yōu)化、廢水處理以及氨分離技術(shù)三個方面著眼：

2.1 造氣工段技術(shù)的優(yōu)化

在造氣工段，合成氨工藝技術(shù)的優(yōu)化可以從幾個方面出發(fā)：一是可以引入自動加焦機技術(shù)，對比其他技術(shù)，自動加焦機技術(shù)在節(jié)約能源的同時，也具備較好的環(huán)保性能比，可以幫助企業(yè)壓縮生產(chǎn)成本，同時也能夠提高生產(chǎn)的安全性；二是煤氣余熱回收技術(shù)。煤氣余熱回收技術(shù)能夠借助相應(yīng)的回收設(shè)備，對合成氨工藝中的余熱進行回收利用，在提高資源利用率的同時，自然能夠發(fā)揮出良好的節(jié)能效果；三是爐況監(jiān)測和油壓微機控制技術(shù)。通過對該技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對于企業(yè)資源的合理分配，完成對造氣爐運行情況和周邊環(huán)境的實時監(jiān)測，確保在發(fā)生異常和問題時，能夠在第一時間進行發(fā)現(xiàn)和處理，切實保證生產(chǎn)活動的有序進行，減少能源消耗；四是集中式高效洗氣塔。在合成氨生產(chǎn)中，可以利用集中式高效洗氣塔來降低系統(tǒng)運行的阻力，減少生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水和冷卻水；五是吹風(fēng)氣余熱回收技術(shù)，能夠借助集中式燃燒爐回收技術(shù)，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱信息再次回收利用，提高資源利用率的同時，也可以促進生產(chǎn)效率的提升；六是高效靜電除焦油技術(shù)。高效靜電除焦油技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著提升氨氣脫硫的效率和質(zhì)量，也能夠在一定程度上延長壓縮機的使用壽命。在實際生產(chǎn)中，該技術(shù)一般被應(yīng)用于清洗塔和脫硫的中間環(huán)節(jié)。

2.2 廢水處理

在進行合成氨生產(chǎn)的過程中，很多時候為了節(jié)約成本，使用的原料都是碎煤，這也導(dǎo)致制備出的廢水中，存在有大量的粉塵和焦油，而無論是粉塵還是焦油，想要將其從廢水分離都存在很大的難度，這樣很容易使得合成氨管道出現(xiàn)堵塞問題，引發(fā)熱量損失的同時，還會影響生產(chǎn)的順利進行?；诖?，在廢水處理中，應(yīng)該引入相應(yīng)的廢水循環(huán)系統(tǒng)，通過多次沉降的方式來清除廢水中的粉塵和焦油，設(shè)置氣浮裝置，確保在經(jīng)過沉降后，能夠盡可能減少煤氣水中懸浮物質(zhì)和油的濃度，在規(guī)避裝置阻塞問題的同時，促進其運行效率的提高。

2.3 氨分離技術(shù)

合成氨工藝流程的最后一個步驟，是氨氣分離，借助有效的方法和手段，能夠在保證分離效果的同時，實現(xiàn)節(jié)能降耗。在當(dāng)前技術(shù)條件下，氨分離技術(shù)大致有兩種，一是水吸收法，二是冷凝分離法。氨分離在一般情況下都會用到相應(yīng)的氨分離器，而對比傳統(tǒng)分離設(shè)備，氨分離器的技術(shù)更加先進，可以借助氣體流向的改變，將氣體內(nèi)的液滴分離，保證了分離的徹底性，避免了資源浪費的問題。

3 結(jié)語

總之，合成氨工藝在推動國民經(jīng)濟發(fā)展方面發(fā)揮著非常積極的作用，而伴隨著不斷的發(fā)展，我國合成氨技術(shù)水平及產(chǎn)能都達到了世界先進水平，但是同時也存在不少問題，如能耗過高等。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該吸收和借鑒發(fā)達國家的先進技術(shù)，做好合成氨工藝的節(jié)能改造工作，在推動工藝創(chuàng)新的同時，提高合成氨的質(zhì)量，滿足節(jié)能降耗、可持續(xù)發(fā)展的需求。通過對合成氨工藝的改造優(yōu)化，還可以顯著提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，借助節(jié)能減排優(yōu)勢，吸引社會各界的廣泛關(guān)注，這樣有利于合成氨生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的提高，能夠推動企業(yè)的長遠穩(wěn)定發(fā)展。