合成氨生产过程的节能降耗分析

摘 要：节能降耗已经是当今各个产业转型的重要方向，对于合成氨工业也不例外，对于氨气合成工业进行节能降耗任重而道远，因为其生产工艺复杂，系统连续，牵一发而动全身。本文首先对详细介绍了氨合成工业发展现状，然后阐述了节能降耗的必要性，最后举例说明实现方法和措施。首先要根据生产工艺和生产方法的差异性调查原因，然后在生产管理上完善监管制度，优化设计理念，重点是在技术创新层面上对各个生产环节进行创造、改进和调整。例如设计新型催化剂创造新的反应路径进行节能消耗，在设备使用维护方面进行装置改进，解决原料气自给自足问题，对于合成塔进行参数优化，对于循环系统进行可回收再利用设计等。

关键词：合成氨;节能降耗;分析

氨气合成反应被称为把空气变成面包的反应，最初由德国化学家提出，首先用作炸药和战争，氨气合成反应的研究和实际应用大大促进了氮工业的发展，氨气作为化肥和基本有机化工的主要原料，其中作用之一是为农业提供肥料保障。经过近百年的发展，合成氨工业工艺和技术已经得到不断完善和发展。随着近年来节能环保概念的倡导，节能降耗成为各个工业进行结构调整和产业转型的重要方向，作为最重要的合成工业之一，对合成氨生产过程进行节能降耗优化和产业调整是十分重要的。

1 合成氨工业发展现状

氨作为化肥工业的重要原料，是化工产品的重要组成部分，随着人口增长和农业发展，在我国消耗量与日俱增。化肥对世界粮食生产贡献率已经接近50%，世界人均消耗氮肥20kg，人体中超过一半的氮元素由合成氨工业提供，可以客观的说如果没有合成氨工业作为支撑，地球上超过一半人类无法存活。一方面，世界人口增长速度加快，近百年来世界人口增加了4.5倍，但是粮食生产总量却只增加了7.7倍，所以对未来氨工业产量提出了更高的要求;另一方面，合成氨需要的N2每年从大气中通过活化作用固定3亿t，但是只有1/3的N2重新返回到大气中，其余氮元素以氮氧化物的形式存在于大气中，从而加剧温室效应，造成环境污染，并且通过酸雨的形式进入地表水从而造成水污染，进入海水中造成海水富营养化造成海洋污染。综上，对合成氨工业中进行节能降耗分析，以更低的能量损耗生产更多的氨气，同时调整工业生产结构，提高产品选择性，降低有毒副产物生成，实现绿色产业化迫在眉睫。

2 合成氨工业节能降耗需求

合成氨工业经过近百年发展，生产工艺、生产设备和生产原料等存在差异性，但是本质相同。第一是系统性和连续性，氨气合成工业普遍使用循环法，通过各种方法对氨气预处理，经过脱硫、净化等工序后参与反应，气体产物中分出一部分循环返回系统，与新鲜原料气混合再次进入反应。整个工序系统連续，操作复杂，但是具有不稳定性，对外界因素反应敏感，一旦某个工序出现问题，整个生产流程将会出现故障，生产出不合格的产品，甚至损坏设备，危害操作人员生命安全，在浪费资源的同时危及生命。因此，对工艺实现节能降耗，在保证其连续性和系统性的同时降低能耗是十分必要的。第二是复杂性和要求规范性，氨合成工业复杂，每个生产环节都需要精确操作和调控，操作人员需要对不同生产环境需求和特征，对生产过程中反应温度、压力、催化剂和空速等参数进行严格调控，比如氢气和氨气混合气原料，主要来源是天然气、煤和水蒸气等，资源容易浪费，如果对工艺进行节能降耗改进，可以节约60%以上的能源，从而使氨气的生产量大大提高，像这样可进行节能优化的生产环节在合成氨工业中是非常多的。因此，对合成氨工业进行节能降耗优化是非常必要，是实现我国能源发展战略的重要一环。

3 合成氨工业中节能降耗方法

3.1 抓住生产过程高能耗原因

氨气合成工业工序十分复杂，并且各个生产环节系统连续，进行节能降耗优化十分具有挑战性，最首要的任务是掌握节能降耗的原因，当前大部分企业能耗高的原因是管理制度、管理方法的欠缺和不完善，如果对各个环节原料使用、热源冷源使用管理监管不当，容易造成资源浪费，增加操作成本。同时，很多合成氨的小企业采用落后的设备和生产工艺，不仅对生产工艺没有较好的管理，只是徒增产量，赚取利润，在带来环境污染的同时存在各种安全隐患，也增加了能源消耗。一方面，对于合成氨的企业完善管理制度，加强监管力度，对每个环节的能耗和原料消耗进行数据化管控，另一方面，对于小型合成氨企业，加大打击力度，淘汰破旧的设备和落后的生产工艺，从而为节能降耗打下重要基础。

3.2 落实节能降耗方法

3.2.1 优化生产管理

首先，要在企业文化层面上强调科学管理对于节能降耗的重要性，让全体员工心里认知科学有效的监管制度对于提升产品品质、保障生产安全以及节约能耗的重要性和必要性，不断在企业战略层面完善管理制度，优化生产资源配置，传递先进管理理念。其次，引进科学管理化人才，定期对管理制度进行完善和调整，最重要的是对于生产环节、设备利用等方面进行控制管理。最后，与时俱进，采用智能化技术建立自动化监管制度，降低由于人工失误带来损害的风险，从而将科学管理上升到自动化水平，与合成氨工艺的系统连续性相匹配。

3.2.2 优化生产工艺

技术创新永远是生产发展的核心，对于优化生产工艺，进行节能降耗同样适用。在合成氨工业中，节能、环保、减排、减耗是最为理想的目标，也是合成氨工业不断发展的方向，技术创新在合成氨工业体现在对生产工序、设备制作和生产工艺的创新。例如：开发新型高效环保催化剂，设计新的合成氨反应路径，提升氨气合成质量，降低污染排放，减少能源消耗，减少生产工序。设计新型催化剂对反应产物进行二次催化，使其还原成有用的产品和原料气，一步解决减少环境污染和能源消耗两个问题。同时，对于设备的使用维修可以进行不断改进和调整，小的调整有时可以实现大的变动，科学考察生产工艺中每个细节，了解设备组成和运行的各个特征，比如对于某个装置老化问题进行改造，再利用造气二次风，可以显著提高CO燃烧能力，对于焦炉煤炭实现高度节约，同时可以使用半水煤气直接制备方法替代焦炉煤气和水煤气混合的方法，一步解决原料气自给自足问题，大大减少能源消耗。同时，合成氨工业中关键的合成环节和循环再利用环节也可以根据其特征进行优化，减少能源消耗，提升产品质量。比如对合成塔进行参数优化以较低的成本提高合成转化率，优化分离技术，改进分离设备实现能源的回收和利用。

4 结语

合成氨工业现在已经是国民经济发展的重要支柱，随着人口的增长，对于氨的需求量已经提出更高的要求，因此对合成氨工业进行优化，增加其生产数量和质量，降低其能源消耗，减少其污染排放已经是合成氨工业的发展方向。本文首先对合成氨工业发展现状进行了详细介绍，然后阐述了节能降耗的必要性，最后举例说明实现方法和措施，首先要根据生产工艺和生产方法的差异性调查原因，然后在生产管理上完善监管制度，优化设计理念，重点是在技术创新层面上对各个生产环节进行创造、改进和调整。例如设计新型催化剂创造新的反应路径进行节能消耗，在设备使用维护方面进行装置改进，解决原料气自给自足问题，对于合成塔进行参数优化，对于循环系统进行可回收再利用设计等。

参考文献：

[1]喻旋.合成氨生产中的危险特性及安全培训研究[J].化工管理，2020（02）：53-54.

[2]康玉林.合成氨工艺及节能改造分析[J].化工管理，2019（32）：179-180.

[3]梁鹏.合成氨生产危险因素的分析与辩识[J].石化技术，2019，26（09）：224-225.

作者简介：

苏静杰（1986- ），男，籍贯：山西大同，学历：大专，毕业于太原科技大学，现有职称助理工程师，研究方向：煤化工。