合成氨工艺及节能改造措施分析

陈行

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

伴随着科学技术的发展和进步，我国在氨合成和再加工工艺上得到了显著提升，而为了能够更好地适应可持续发展要求，合成氨工艺开始朝着节能降耗的方向发展，相关企业应该对合成氨生产的工艺设备进行改进，借助各种催化剂减少原材料消耗，配合回收利用技术，降低合成氨生产成本的同时，提升社会和生态效益。

1 合成氨工艺

合成氨生产工艺流程如图1所示。

图1 合成氨工艺流程

氨合成反应为氢气、氮气在高温、高压、催化剂存在的条件下合成为氨。反应式为

该反应的特点是：可逆、放热、体积减小、催化剂存在。氨合成反应的热效应大小与反应温度、压力、气体混合物的组成有关。在实际生产中，高压气体的非理想性，使氢、氮、氨、惰性气体混合时吸热ΔHm，这使实际反应热比理论反应热小，生产中要注意这一差别。

1.1 原料气的制取

在对合成氨进行生产的过程中，原料气的制取是第一个环节，也是非常重要的环节，制取的方式多种多样，在当前的技术条件下，合成氨的原料气能够从煤炭、天然气中获得，也可以借助重质油等原料制取。原料气制取环节，需要根据不同的材料，选择不同的制取方法，关注几个重点问题：一是在原料气制取过程中，需要切实保证原料的抽取温度，确保温度能够满足化学反应的要求，再通过与水蒸气的反应，得到相应的合成气体；二是对一些类似固体焦炭的原材料而言，在制取原料气的过程中，可以通过固体燃烧的方法来达到预期目标；三是对于一些渣油类物质，在进行原料气的制取时，需要利用非催化部分物体，配合相应的氧化法完成原料气的制备；四是对于石油原料，在制取原料气的过程中，可以采用二段蒸汽环化法。

1.2 原料气的净化

原料气的净化是合成氨生产的关键环节，必须得到足够的重视。从作业人员的角度，在合成氨生产中，需要把控好原料气净化环节的各项工作，避免出现相应的问题。原料气净化包含了几个方面的内容：一是从实际生产需求出发，将原料气转化为一氧化碳气体。在合成氨生产中，煤气会带来大量的一氧化碳，氨的合成需要大量的水蒸气，通过这样的方式，将一氧化碳转化为氢气或者二氧化碳，如果将这个步骤省略，虽然同样可行，但是会导致工艺难度的增加以及能源消耗的增大，并不符合节能降耗需求。因此，上述环节的实施能够为合成氨工艺的节能减排提供可靠支撑；二是需要对原料气进行脱碳和脱硫操作。脱碳操作常用的方法是吸收法，包括物理吸收法和化学吸收法，通过有效的脱碳处理，能够减少作业过程中工作人因为催化剂的使用而产生的中毒问题，切实保障施工人员的生命安全。在进行脱碳的过程中，应该做好二氧化碳气体的回收工作，为副产品如尿素、纯碱等的制备提供原材料支持，减少浪费问题，实现资源的回收利用，降低成本费用。脱硫操作常用的方法有干法脱硫和湿法脱硫，干法脱硫需要借助固体脱硫剂实现，脱硫效果良好，但是脱硫剂无法实现再生，而且工艺复杂程度高，一般会被应用在精脱硫环节；湿法脱硫是借助化学溶液完成相应的脱硫操作，具备可再生性的特征，一般会被应用在粗脱硫环节。

1.3 氨的合成

在合成氨工艺中，氨的合成是最为关键的环节，无论是原料气的制取还是原料气的净化，最终目的，都是为氨的合成提供支持，确保在后续生产中，能够得到较高纯度和质量的合成氨。在进行氨的合成时，作业人员必须严格依照相关标准以及合成氨工艺的基本流程进行操作，将温度和压力提升到标准值，配合催化剂来确保氨的顺利合成。在完成合成氨的生产中，可以借助氮气和氢气循环系统，促进合成氨中氨的含量及纯度的提高，确保其能够达到国家相关标准的要求。

2 合成氨工艺的节能改造措施

在传统合成氨工艺中，存在能源消耗巨大的问题，会导致生产成本的增加，影响化工企业的经济效益，同时也不符合可持续发展的要求。因此，技术人员需要做好合成氨工艺的节能改造工作。具体来讲，合成氨工艺的节能改造可以从造气工段技术优化、废水处理以及氨分离技术三个方面着眼：

2.1 造气工段技术的优化

在造气工段，合成氨工艺技术的优化可以从几个方面出发：一是可以引入自动加焦机技术，对比其他技术，自动加焦机技术在节约能源的同时，也具备较好的环保性能比，可以帮助企业压缩生产成本，同时也能够提高生产的安全性；二是煤气余热回收技术。煤气余热回收技术能够借助相应的回收设备，对合成氨工艺中的余热进行回收利用，在提高资源利用率的同时，自然能够发挥出良好的节能效果；三是炉况监测和油压微机控制技术。通过对该技术的合理应用，能够实现对于企业资源的合理分配，完成对造气炉运行情况和周边环境的实时监测，确保在发生异常和问题时，能够在第一时间进行发现和处理，切实保证生产活动的有序进行，减少能源消耗；四是集中式高效洗气塔。在合成氨生产中，可以利用集中式高效洗气塔来降低系统运行的阻力，减少生产过程产生的废水和冷却水；五是吹风气余热回收技术，能够借助集中式燃烧炉回收技术，对生产过程中产生的余热信息再次回收利用，提高资源利用率的同时，也可以促进生产效率的提升；六是高效静电除焦油技术。高效静电除焦油技术的应用，可以显著提升氨气脱硫的效率和质量，也能够在一定程度上延长压缩机的使用寿命。在实际生产中，该技术一般被应用于清洗塔和脱硫的中间环节。

2.2 废水处理

在进行合成氨生产的过程中，很多时候为了节约成本，使用的原料都是碎煤，这也导致制备出的废水中，存在有大量的粉尘和焦油，而无论是粉尘还是焦油，想要将其从废水分离都存在很大的难度，这样很容易使得合成氨管道出现堵塞问题，引发热量损失的同时，还会影响生产的顺利进行。基于此，在废水处理中，应该引入相应的废水循环系统，通过多次沉降的方式来清除废水中的粉尘和焦油，设置气浮装置，确保在经过沉降后，能够尽可能减少煤气水中悬浮物质和油的浓度，在规避装置阻塞问题的同时，促进其运行效率的提高。

2.3 氨分离技术

合成氨工艺流程的最后一个步骤，是氨气分离，借助有效的方法和手段，能够在保证分离效果的同时，实现节能降耗。在当前技术条件下，氨分离技术大致有两种，一是水吸收法，二是冷凝分离法。氨分离在一般情况下都会用到相应的氨分离器，而对比传统分离设备，氨分离器的技术更加先进，可以借助气体流向的改变，将气体内的液滴分离，保证了分离的彻底性，避免了资源浪费的问题。

3 结语

总之，合成氨工艺在推动国民经济发展方面发挥着非常积极的作用，而伴随着不断的发展，我国合成氨技术水平及产能都达到了世界先进水平，但是同时也存在不少问题，如能耗过高等。相关技术人员应该吸收和借鉴发达国家的先进技术，做好合成氨工艺的节能改造工作，在推动工艺创新的同时，提高合成氨的质量，满足节能降耗、可持续发展的需求。通过对合成氨工艺的改造优化，还可以显著提高生产效率，降低生产成本，借助节能减排优势，吸引社会各界的广泛关注，这样有利于合成氨生产企业经济效益和社会效益的提高，能够推动企业的长远稳定发展。