合成氨單位產品綜合能耗計算方法簡述

林玲

1 福建省計量科學研究院，福建 福州 350003

2 國家城市能源計量中心（福建），福建 福州 350003

合成氨單位產品綜合能耗計算方法簡述

林玲1，2

1 福建省計量科學研究院，福建 福州 350003

2 國家城市能源計量中心（福建），福建 福州 350003

本文圍繞GB21344 著重討論了合成氨產量的計算方法和單位產品能耗的計算方法。

合成氨；單位產品能耗

前言

氨是最為重要的基礎化工產品之一，其產量居各種化工產品的首位；同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于生產合成氨。能源不僅是合成氨生產的動力，也是它的原料。從目前我國合成氨工業的實際能耗分析，降低合成氨產品單耗勢在必行[2]。節能降耗計量先行，計量為節能減排提供必要的技術支撐，是節能減排的基礎，以下圍繞合成氨單位產品綜合能耗計算方法展開討論。

1 合成氨產量計算方法

1.1 儀表計量

用儀表計量液氨產量時，液氨必須經過中間槽減壓解析液氨中溶解的氣體，并要進行溫度壓力補償，以保證準確計量。但是據調研，目前國內各氨廠均反映液氨流量計不準確，故大多數情況下都采用下面的第2種方法計算合成氨產量。

圖1、氨計量計在工藝管道上的安裝位置示意圖[1]

1.1.1 總氨表裝在氨庫前（如圖1）

合成氨產量（噸）=總氨表的表記值+吹出、解析、弛放氣回收的氨量

合成塔吹出氣

目前回收排放其中氨的方法，有冷凝法和水吸收法兩種。冷凝法是將排放氣在氨冷器中冷卻到一定的溫度，使氨冷凝成液氨，經分離得到回收。水吸收法是用水吸收排放氣中的氨，使氨含量降到0.5%以下，同時生成氨水。據調研，目前氨廠一般采用高壓氨洗滌回收方法，氨計量要根據氨水量和氨水濃度計算。

中間槽解析氣

在液氨槽后安裝中間槽為了穩定液氨流量并進一步分離氣氨。解析氣回收的氨量可以根據進解析的氨水及濃度、出解析的氨水及濃度計算得到。

氨罐弛放氣

據調研，氨罐弛放氣的氨回收基本有兩種方法:1）等壓氨回收工藝；2）無動力氨回收工藝。采用第1種方法回收的氨量根據氨水的量和濃度計算得到。采用第2中方法（如圖2）回收的氨量可以在氣氨（產品）出口前加裝流量計進行計量。

圖2 氨回收工藝流程

1.1.2 總氨表裝在氨庫后

合成氨產量（噸）=總氨表的表記值+自用氨量+商品液氨量+吹出、解析、馳放氣回收氨量+（氨罐期末庫存-氨罐期初庫存）

1.1.3 以各用戶的氨計量分表之和作為氨產量

合成氨產量（噸）=各用戶氨計量分表之和（包括自用氨和商品液氨的表記值+吹出、解析、馳放氣回收氨量）

1.2 以最終含氮產品計算合成氨產量

以最終含氮產品核算合成氨產量時，碳酸氫銨、硝酸銨、硫酸銨、氯化銨、尿素等各種固體化肥以及濃硝酸的氨利用率規定為90%；氨水的氨利用率為95%。

合成氨產量（噸）=商品液氨量（噸）+[折含氮100%的合格固體化肥（噸）+折含氮100%的不合格固體化肥（噸）]×1.35098+[折含氮100%的合格氨水（噸）+折含氮100%的不合格氨水（噸）]×1.05263+自用氨量（噸）+[氨罐期末庫存（噸）-氨罐期初庫存（噸）]

式中:1.35098=1/0.82245×90%0.82245是氨的理論含氮量

1.05263 =1 /95 %

商品液氨量以裝瓶或裝車量為準。

氨水折氨量包括直接用合成塔吹出氣、中間槽解析氣、氨罐馳放氣回收生產的合格農業氨水和工業氨水，還包括10%以上而且已銷售的不合格氨水；但不包括銅洗、脫硫、回收的氨水、碳化清洗塔及回收塔出來的氨水，也不包括銅洗和脫硫自用氨水，及排放掉的合格或不合格的氨水。

自用氨量:當各用戶均有氨計量表時，自用氨量以表記值為準；當各用戶無表計量時，對自用氨規定及計算公式[3]如下:

銅洗自用氨量（噸）=合成氨產量×0.4%

堿洗改氨洗自用氨量（噸）=合成氨產量×0.5%

脫硫自用氨量（噸）=合成氨產量×1%

1.3 用多種原料生產合成氨時，氨產量的確定

某種原料生產的合成氨產量=合成氨總產量×[（某種原料產氣量×有效氣體成分%）/∑各種原料產氣量×有效氣體成分%]

2 單位合成氨綜合能耗

2.1 單位合成氨耗標準原料煤

單位合成氨耗標準原料煤（千克/噸）=1000×合成氨耗標準原料煤總量（噸）/合成氨產量（噸）

其中，合成氨耗標準原料煤總量（噸）=各批[原料煤實物量×應用基低位發熱值/7000]之和（噸）

原料煤實物量=投入造氣爐的煤（無煙塊煤、焦炭、型球、煙煤、褐煤等）-入爐前篩出的粉煤（焦）、煤矸石

應用基低位發熱值=氧彈儀測得高位發熱值-燃燒產生的蒸汽量×蒸汽凝結熱

合成氨聯產甲醇的企業，氨與粗甲醇（折100%甲醇）單位產品消耗原料的比，按1:1.06分攤公用的原料。

2.2 單位合成氨耗標準燃料煤

單位合成氨耗標準燃料煤（千克/噸）=1000×合成氨耗標準燃料煤總量（千克）/合成氨產量（噸）

其中，合成氨耗標準燃料煤總量（噸）=各批[燃料煤實物量×應用基低位發熱值/7000]之和（噸）

燃料煤實物量=實際投入鍋爐的燃料煤-造氣爐返炭（返焦）-鍋爐爐渣

合成氨聯產甲醇企業，單位產品合成氨耗燃料煤與單位產品粗甲醇（100%）耗燃料煤的比安1:1.06分攤公共燃料煤消耗。

外購蒸汽按購入蒸汽的焓值折標準煤，不考慮鍋爐效率。

2.3 單位合成氨耗電

單位合成氨耗電=10000×合成氨耗電總量（萬千瓦時）/合成氨產量（噸）

合成氨耗電總量是指合成氨生產系統和輔助、附屬生產系統消耗電量及界區內損失的電量。

2.3.1 合成氨生產系統耗電

合成氨生產系統耗電是指從原料開始至液氨進氨庫所消耗的全部電量，包括:原料場、庫運料（煤、焦、油、氣）、預處理[原料煤破碎（制煤粉、制水煤漿）、型煤（制煤球、煤棒）等、造氣、凈化、壓縮、氨合成、冰機[包括氨合成冷凍分離用電和制液氨用電（如為尿素等耗氨產品和商品液氨增開的冰機用電）]、氨庫以及輔助鍋爐各工序用電；計劃中修、小修和事故停修的作業用電（如起重、電焊）以及因檢修（含大修）引起的開停車過程點火、烘爐、升溫、熱備用、置換等消耗的電量。

2.3.2 合成氨輔助、附屬生產系統消耗電量

合成氨輔助、附屬生產系統消耗電量包括:合成氨消耗的各種載能工質（如一次水、循環水、化學軟水、除氧水、氧氣、氮氣、壓縮空氣等）的制備、提取、運輸所消耗的實際電量；合成氨生產過程中三廢處理的耗電量（硫黃回收、油回收、污水處理等）；自備鍋爐耗電（如引風機、鼓風機、送水，冷卻循環水泵等用電）；機、電、儀修和金加工等工序以及車間照明、通風、降溫、車間辦公室耗電，按實際承擔合成氨生產系統的維修和加工的工時合理分攤用電量。

2.3.3 合成氨聯產企業耗電分攤

合成氨聯產甲醇企業，按單位合成氨耗電與單位粗甲醇（100%）耗電比按1:0.8分攤公共電耗量。

合成氨耗電總量=氨醇耗電總量×[合成氨產量/0.8×粗甲醇（折100%）產量+合成氨產量）]

合成氨熱電聯產企業:（1）熱電系統全部用合成氨余熱、余壓發電時，其發電量稱為全余熱發電量。合成氨的用電量不扣減全余熱發電量，其發電量計入合成氨輸出能源，并用文字說明；（2）熱電系統全部或部分利用外購燃料煤發電時，熱點系統獨立核算，合成氨的用電量也不扣減子發電量，用于熱電聯產的合成氨余熱、余壓的熱量，計入合成氨輸出能源。

合成氨聯產碳銨企業的碳銨工段（屬合成氨的脫碳過程）耗電應全部計入合成氨耗電。

合成氨聯產純堿企業采用濃氣制堿工藝時，與合成氨系統相對獨立的，不存在電耗的分攤，變換氣制堿工藝的重堿工段電耗應全部計入堿生產的電耗。

2.4 單位合成氨耗天然氣

單位合成氨耗天然氣（標準立方米/噸）=10000×合成氨消耗天然氣總量（萬標準立方米）/合成氨產量（噸）

合成氨耗天然氣總量包括制氣用的天然氣、加熱轉化爐管和輔助鍋爐用天然氣，還包括合成氨正常生產及開工時蒸汽鍋爐使用的天然氣。

2.5 單位合成氨輸出能源

合成氨輸出能源是指合成氨系統向界外輸出的，供其它產品或裝置使用的能源。

2.5.1 合成氨吹出氣、弛放氣、解析氣作為能源（原料、燃料）供其它產品或裝置使用的（包括作為民用燃料氣使用的）計入輸出能源，并按實測燃料氣組成成分計算熱值

2.5.2 合成氨系統輸出的物料（造氣排出的爐渣、干灰、濕灰和鍋爐排出的爐渣等）作為能源供其它產品或裝置使用的（如制蜂窩煤、煤球、燒制磚瓦，作熱電廠燃料等）按實測低位發熱值折標準煤計入合成氨輸出能源

2.5.3 自備電廠全部利用合成氨系統余熱（含自產的爐渣、廢氣、熱水）、余壓發電、產汽時（不摻燒其它外購燃料），其外供蒸汽和外供電量分別折標準煤計入合成氨輸出能源

2.5.4 利用合成氨生產中的余熱來預熱物料（或生產水），供其它產品或裝置使用的（按回收熱能量）Q=D×C×（T出-T入）

2.5.5 合成氨系統外送冷凝液（熱水）供其它產品或用戶使用的（包括用于生活目的），可作為輸出能源按其利用熱量從綜合能耗中扣除（向外輸送冷凝液或熱水所耗用的電力也應扣除）Q=W×（T出-T環）

[1]尹永斌, 趙貴武. 合成氨廠液氨計量方法介紹. 化工自動化及儀表,2002.29(5):90～92

[2]蔣德軍. 合成氨工藝技術的現狀及其發展趨勢. 現代工業,2005,25(8):9～16

[3]合成氨單位產品能源消耗限額. GB21344-2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.010