关于合成氨工艺的分析及节能改造措施

郝林燕

摘 要：作为我国经济发展的重要工艺技术之一的合成氨技术一直都是我们研究的主要重点。虽然，我国对于合成氨技术的研究已颇有成效，但是在某方面仍存在一些问题，譬如，所需成本较高，能源消耗量也过大而且生产效率并不高等。因此，本文通过对合成氨工艺的流程就行了相关阐述，并针对某些问题提出了节能改造措施由此希望提高我国合成氨工艺效率。

关键词：合成氨工艺;分析;节能;改造措施

1 概述

作为一种较为重要的无机化工产品，氨不仅仅是重要的化工原料，而且对于提升我国经济水平也发挥着不可替代的作用。但是，由于我国在合成氨技术方面生产效率低且能源消耗较大等问题，导致其严重阻碍了相关企业的发展。因此，我们必须要加强对相关设备的改进以及技术的创新，从而有效的降低生产成本，提升经济效益。

2 合成氨的工艺流程

原料气的制取、空气的液化及分离、原料气净化、气体的压缩及合成是合成氨主要的四步流程。

2.1 原料气的制取

氮气和氢气作为主要的合成氨原料气，所以，在合成氨工艺的第一步工序就是制取原料气。氢气的来源主要是通过石脑油、天然气、煤炭、焦炉气等制取。通过高温将这些原料气与水蒸气作用从而制得含有一氧化碳和氢气的合成器，此过程我们称之为造气。我国目前主要采用三种工艺进行制气：流化床、固定床和气流床。我国主要是固定床制气，此法发生的化学反应为：

C+O2→CO2 C+H2O→CO+H2

氮气的制取则主要是来源与空气，通过采用物理方法将空气进行液化或者进行化学反应来制取氮气。物理方法制取氮气主要就是通过降温使空气液化然后在通过升高温度制取，此原理主要是因为氮气的沸点较低，所以当升温后氮气会先逸出，进而制取高纯度的氮气;化学方法制取氮气则主要是通过燃烧碳，再脱除气体中的二氧化碳来制取氮气。

2.2 空气的液化及分离

空气的液化和分离主要是先将空气进行液化然后在根据空气中各气体的沸点不同进行升温来获取氧气、氮气，最后通过精馏的方式获得高纯度的氮气等。

2.3 原料气净化

作为合成氨工艺的重要环节，对原料气的净化显得尤为重要而且也是最为复杂的环节之一。那是因为在合成氨的原料中势必会存有一定数量的无机硫化合物H2S以及有机硫化合物二硫化碳（CS2）、硫醇（RSH）等，所以必须要经过一氧化碳变换、脱硫脱碳以及气体精制过程，从而才能获得满则工艺流程的原料气。

首先，一氧化碳变化。一氧化碳必须在原料气送往合成工序之前彻底清除，因此，需要将难以清除的一氧化碳转变为较为容易脱除的二氧化碳，从而提高氢气的含量。此变换反应为：

CO+H2O（g）→CO2+H2 =-41.19kJ/mol

此工艺作为整个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节约成本势必要降低本工序的能耗问题。

其次，原料气的脱硫脱碳处理。脱碳工序主要采用的是物理吸收法和化学吸收法。本环节主要是为了防止一氧化碳中毒情况的发生，而且经过脱碳处理可以有效的回收和利用二氧化碳，既起到了保护环境的作用而且还有效的节约了资源。再者就是脱硫处理。由于原料气在进入变换、合成系统前必须有效的将有机和无极硫化合物进行剔除，所以，此过程就被称作脱硫。脱硫的方法很多，根据脱硫剂的物理状态不同，可将脱硫方法分为湿法和干法两大类。湿法脱硫主要是采用溶液脱硫，此方法优势就是再生容易，但属于粗脱硫;而干法脱硫则是使用固体脱硫效果较好但是脱硫剂再生困难。

最后，原料气精制。原料气的精制主要是对脱硫脱碳后的原料气中残余的杂质进行精炼。原料气精制有多种方式，其中最为常用的有甲烷化法、铜氨液吸收法以及深冷液氮洗涤法等。

2.4 氨的合成

作为合成氨工艺的重要环节也是最后一个步骤，氨的合成就是在一定条件下使氢气和氮气发生化学反应的过程。此过程主要包含：气体的压缩和除油、气体的预热和合成、氨的分离、未反应气体的循环、惰性气体的排放以及反应热的回收利用这六个步骤。由于此过程是在高温高压下进行的，所以整个系统也是一个循环利用系统。目前，我国大部分中小型氨厂操作压力为32MPa左右并设置水冷器和氨冷器两次分离，新鲜气和循环气则通过往复式压缩机加压。

3 合成氨生产中的存在的问题

就目前我国合成氨技术来看，该工艺主要受生产技术较为落后、能源浪费、生产管理制度较不完善以及能源供应不足等四个因素的影响。

4 合成氨生产系统节能改造措施

我国合成氨企业为了有效解决以上问题，采取了相应措施，例如生产技术的提升，提高能源利用率以及合理利用余热等措施来提升合成氨质量。下文将具体的进行阐述：

4.1 造气工段的技术改进

第一，自动加焦技术。此技术的应用可以有效的节省反应时间，减少能耗，从而有效的提高能源利用率，而且安全性能较高可以降低安全事故的发生。第二，炉况监测、油压微机控制与系统优化技术。该技术主要通过对时间的合理分配来全面的对造气炉进行全面的监测，并及时的进行反馈，从而有效的提升生产效率，节约资源。第三，煤气余热的集中式回收。通过使用回收器来将反应过程中产生的余热进行回收利用，从而有效的提高资源的利用率，进而利于资源节约型经济的发展。第四，集中式高效洗气塔的使用。通过高效洗气塔来降低系统的阻力，从而减少冷却水和污水的产生和排放，从而起到保护环境的作用;第五，入炉蒸汽品质的提升。作为合成氨工艺中必不可少的环节，过热蒸汽不仅可以起到稳定炉温的作用，而且还可以有效的提高蒸汽分解率，从而降低资源能耗。第六，吹风气余热的回收。作为节约资源的重要措施，吹风气余热的回收主要是通过集中式燃烧炉吹风气回收技术，从而提高资源使用效率。第七，增设高效静电除焦油器。焦油器不仅可以有效的确保脱硫质量和效率，而且还可以有效的延长压缩机的使用寿命，所以其主要在脱硫工段前和洗塔后使用，是合成氨最为重要的仪器之一。

4.2 采用全低变流程

采用全低变流速不仅可以提高工作效率，而且可以有效的节约资源，形成资源的循环使用，而且还可以减少催化剂的使用，促使生产成本降低。

4.3 使用新型氨合成塔内件

由于新型合成塔具有传统工艺不具备的优势，因而，新型氨合成塔内件不仅可以提高氨合成质量，提高生产效率，而且还有效的提高了蒸汽热量，利于资源的回收利用。

4.4 冷冻工段以及氨的分离新技术

冷冻工段主要是通过蒸发式冷凝器的使用来提高生产效率，有效的降低氨合成工艺的能源损耗;而氨的分离新技术则指的是水吸收法和冷凝分离法。而且氨的分离主要是通过分离器来进行的，所以采用新型分离器不仅可以彻底的对氨进行分离，而且由于此装置是通过转变气体流向来分离气体中的液滴，所以其可以有效的降低资源浪费。

总而言之，作为我国经济发展的重要工艺技术之一的合成氨技术一直都是我们研究的主要重点。而且，由于我国工业主要是资源型工业因而所需资源较多，导致我国现阶段资源能源特别紧缺，再者由于生产技术的落后也导致许多资源浪费严重。而作为一种较为重要的无机化工产品，氨不仅仅是重要的化工原料，而且对于提升我国经济水平也发挥着不可替代的作用。虽然，我国对于合成氨技术的研究已頗有成效，但是在某方面仍存在一些问题，譬如，所需成本较高，能源消耗量也过大而且生产效率并不高等。因此，合成氨工业中必须要对相关技术不断进行创新和改革，也只有这样才能更好的提高生产技术，从而有效的提高资源利用率，减少能耗，有效的降低企业生产成本，进而促进我国经济长久发展。

参考文献：

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