合成氨工藝及節能改造措施的分析

加爾肯·夏布爾開

摘 要：近年來，我國在工業內部做出了一些調整以及整頓，經此之后在提高產品質量、增加產品品種以及降耗節能等方面都取得了較為明顯的效果，但是由于發展不夠平衡進而導致很多困難以及問題，相對于先進水平來說還有著很大的差距。合成氨生產是消耗大量能源的產業，不僅對需要運用能源作為燃料以及動力，還需要運用能源作為原料，因此，針對合成氨生產展開節能分析，使得能源利用率有效提高，是當前十分重要的問題。

關鍵詞：合成氨;工藝;節能;改造;措施

0 引言

合成氨主要是指氫與氮在高壓、高溫、催化作用下所形成的氨，在化學工業中氨是有機化工及化肥工業重要原料之一。20世紀初期開始發展合成氨工業，將其視為火炸藥工業主要原料，在此基礎上轉而為工業、農業服務，伴隨技術革新及市場發展，合成氨需求量與日俱增。

1 合成氨生產裝置的相關內容

1.1 合成氨生產裝置的生產原料

無論采取什么樣的原料與生產方式，合成氨生產大體上都可以分為三個工藝流程，首先是原料氣的制造，其次是原料氣的凈化，最后再到氨的合成以及為了滿足各種工序工藝而提供的壓縮工序。在介紹原理前，先對合成氨生產裝置常用的生產原料展開簡單的介紹。

合成氨原料就是指碳氫化合物的各種燃料，雖然生產中運用了大量的空氣與水，但一般情況下并不會將空氣與水納入合成氨生產原料的規劃當中。合成氨原料可以具體分為三大類：固體原料氣體原料以及液體原料。第一類，固體原料，焦炭、煤、加工而出的碳化煤球以及水煤漿等皆屬于合成氨的固體原料;第二類，氣體原料，氣體原料包括天然氣、油田氣、焦爐氣、石油廢氣等;第三類則是液體原料，包括石腦油、重油、原油等。下文以煤為原料對合成氨生產的裝置原理展開簡單介紹。

1.2 合成氨工藝的生產原理

造氣工段中原料半水煤氣要求氣體中的（CO+H2）與N2的比例為3：1左右，在生產上采取間歇輸入空氣與水蒸氣的方式來對其進行氣化，氮氣則是采取相關技術從空氣中分離而出;脫硫工段要對上一階段遺留的少量硫化物進行脫除工作，避免這些硫化物對合成氨生產產生不良的影響，還可以在極大程度上保護設備，避免設備、管道被硫化物腐蝕，因此，脫硫工段必不可少;后續還有變換工段、碳化與脫碳工段、壓縮機工段、精煉工段、合成工段等，這些都是合成氨生產過程中不可或缺的一部分[1]。

2 合成氨有效能分析

在合成氨成產過程中，不僅包括電能以及熱能，更包括了機械能以及化學能，而在這些能量中，有些能量可以實現全面轉變，但是也有些能量只能實現部分轉變，而還有些能量不能夠被轉變，因此，針對合成氨進行效能分析，那么首先就要各項能源消耗，簡單來說就是指一般的定性分析轉變為定量分析，其次根據與所分析出的數據就能夠得出哪些能源消耗是屬于合理的范圍內，哪些是一定要實現的能源消耗，而哪些是沒有必要的能源消耗。因為原料通過物理化學處理最后成為一個成品這是一個實際的過程，而任何的實際過程在發生之后都不能夠逆轉，所以在化學處理的過程中不可避免都會消耗一些能源，如果想要有效實現節能，那就必須要促使不可逆程度降低[2]。舉個例子來說：水蒸氣以及一氧化碳的變化反應是放熱反應，在這個過程中是不需要在通過外加其他能量就能夠自動進行，但是在整個過程中由于自由焓處在負值狀態，所以這種現象就導致了放熱反應不能夠在通常情況下進行，必須要在此過程中合理的運用相應的催化劑，使得熱度有效提高。在此過程中所運用到不同的催化劑類型那么所產生的效應也是不同的，運用低變催化劑所產生的效應相對于高變催化劑所產生的效應要更好一些，消耗水蒸氣越少，那么變換效率就越高，這種情況下也就說明了即使初級狀態以及終極狀態一樣，選樣的過程不一樣，所消耗的能源也就不一樣。另外，過程的選擇以及能源消耗有著十分緊密的聯系，在整個合成氨生產的過程中是建立在諸多個單元過程所形成，而在諸多個單元過程中，每一個單元過程都屬于實際過程，也就是說每一個單元過程都會消耗一定能源，因此，實現節能還可以通過減少單元過程實現。其次，還可以通過能源消耗低的單元過程合理組合形成，這樣也能夠實現降低能源消耗。

3 合成氨生產節能改造措施分析

值得注意的是合成氨生產是一個生產整體，甚至于是氨加工以及動力相結合的一個整體，并且在各個單元過程之間存在著互相作用以及互相依靠生存的特點，那么這也就說明了在諸多的單元過程中，任何一個單元過程發生變化都會個其他單元過程帶來一定的影響。所以在探索合成氨生產節能途徑的過程中必須要進行綜合考慮，只是針對局部進行節能優化并不能夠實現整體的節能優化，需要建立在整體節能優化的視角上看待局部節能優化，因此，在針對合成氨生產節能進行研究的過程中，首先應注重各個環節中華可選擇性的節能措施，然后在進行節能流程的詳細探討。具體的節能途徑如下：

進行新型合成塔的研制。在合成氨生產過程中，合成工段的化學反應、整體流動以及傳熱都非常高，而進行新型合成塔的研制能夠有效促使壓力降實現降低，運用冷管型能夠實現反應在最合適的溫度下進行操作，進而取得更高的氨凈值。

在氨合成生產過程中通常情況下都會運用機械壓縮制冷，為了能夠實現節能目標，應運用吸氨制冷將機械壓縮制冷替換，雖然機械壓縮制冷的有效能效率要高過于吸氨制冷，但是吸氨制冷是運用物理吸收的方式實現脫氧，低變氣的余熱可以運用，相對于機械壓縮制冷的總體能量合理性來說，要更高一些。

在運用新鮮氣展開合成氨生產之前，應該運用二氧化碳或者是分子篩脫水分，促使新鮮氣能夠直接地進入到合成塔之內，以此能夠促使氨的分離率有效提高，進而使得冷凍量有效減少，使得合成的氨濃度有效降低，具有更加顯著的節能效果[3]。

運用節能型球形觸媒，其具有阻力小以及抗毒性能良好、低溫活性能高的特點，在一定程度上能夠實現節能。

在合成系統的過程中減少跑出氣體的現象、運用活性高以及低溫度的催化劑、增添塔前的預熱器，促使進塔的速度提高，與此同時還能有效減少出塔的溫度，在此過程中還應增添塔后加熱器，這種情況下就能夠使得循環的熱水成為銅洗再生熱源，進而使得銅洗用氣能夠得到節約。

穩定碳化工藝，使其在碳化過程中氨的消耗能夠有效減少、平衡用水，能夠實現在水洗的過程中避免氨氣跑出，進而達到減少氨的消耗、合理控制進行碳化時的溫度，能夠促使氨的消耗減少、要充分的利用回收的氨水，這樣能夠有效促使脫硫氨降低[4]。

4 結語

總而言之，開拓能源、降低成本消耗、減少能源消耗以及探索研究良好的節能措施是現如今時代背景下合成氨生產過程中所面臨十分重要的任務，實現節能降耗不僅僅能夠為國家節省能源，還能夠在很大程度上促使相關企業的經濟效益有效提高。因此，合成氨相關企業應重視探索在生產過程中的節能降耗措施，積極運用節能新技術，并進行推廣，促使氨合成相關企業能夠獲得更好可持續性發展。

參考文獻：

[1]員雄.化工節能技術現狀及發展趨勢[J].化工設計通訊， 2019，45（09）：219-220.

[2]鄭厚超.低熱值天然氣合成氨工藝中的節能技術[J].化工設計通訊，2019，45（09）：5+18.

[3]趙桂芳.合成氨尿素裝置減排CO2節能創新工藝發展前景探索[J].化工管理，2019（23）：58-59.

[4]馮柏川.合成氨工業節能減排的分析[J].化工管理，2019 （22）：35-36.