節(jié)能型合成氨工藝與節(jié)能技術(shù)探討

趙學(xué)俠

摘 要：在基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)中合成氨工業(yè)占據(jù)著重要位置，其對我國國民經(jīng)濟發(fā)展有著較大的影響力。在化學(xué)工業(yè)中，氨這一原料非常重要，用途之廣泛超過了絕大多數(shù)的化工原料。近幾年我國在合成氨技術(shù)的節(jié)能降耗和工業(yè)技術(shù)等方面都取得了不小的進(jìn)步，但是由于合成氨在我國各行各業(yè)中都有著非常廣泛的應(yīng)用，有著較大的需求量，其在生產(chǎn)過程中造成的能源損耗和原材料浪費情況依然非常嚴(yán)重。基于此，本文主要對節(jié)能型合成氨工藝與節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：節(jié)能型合成氨；工藝；節(jié)能技術(shù)

1、合成氨工藝概述

合成氨生產(chǎn)與國民經(jīng)濟密切相關(guān)，其產(chǎn)品氨是制造化肥和其它許多化工產(chǎn)品的原料。合成氨生產(chǎn)過程因所采用的原料和凈化、合成方法的不同形成了不同的工藝流程，能量消耗（能耗）也有差別。就合成氨典型流程而言，一般分為以下三種：

（1）以煤為原料的中小型合成氨流程，如碳化工藝流程、三催化劑凈化流程。特點是生產(chǎn)能力較低，噸氨能耗較高。

（2）以天然氣為原料的大型合成氨流程，采用蒸汽轉(zhuǎn)化、熱法凈化生產(chǎn)方法。特點是生產(chǎn)能力大，設(shè)備效率和能量利用率高，噸氨能耗小。

（3）以重油（或煤）為原料的大型合成氨流程，采用部分氧化、冷法凈化生產(chǎn)方法。特點是生產(chǎn)能力大，噸氨能耗較小。

選用什么方法合成氨，應(yīng)根據(jù)原料、工藝要求和技術(shù)經(jīng)濟比較，力求經(jīng)濟合理和操作可靠。合成氨生產(chǎn)是耗能“大戶”，噸氨生產(chǎn)成本中能源費用占70%以上，因而能耗是衡量合成氨技術(shù)水平和經(jīng)濟效益的重要標(biāo)志之一。合成氨生產(chǎn)中所用原料和燃料有一次能源———煤、石油、天然氣等；二次能源———電、蒸汽、熱水等。噸氨能耗的降低體現(xiàn)合成氨技術(shù)的進(jìn)步，如何合理、高效利用能源，作好節(jié)能降耗工作，對合成氨生產(chǎn)具有重要意義。

2、合成氨節(jié)能技術(shù)

2.1 轉(zhuǎn)化工序

（1）調(diào)整一、二段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷，使一段爐溫降低，燃料天然氣用量減少，降耗明顯。

（2）采用蓄熱式或熱管式換熱器加熱助燃空氣，使煙道氣排放溫度從250℃降至120℃，可回收熱量1.17GJ/t。

（3）采用低水碳比操作，使H2O/C（摩爾比）從3.5降至2.5，H2O/C每降低0.1可節(jié)能0.12GJ/t。

（4）設(shè)置天然氣蒸汽飽和器，用水冷激預(yù)熱后的天然氣自產(chǎn)水蒸汽，減少了外供蒸汽。

（5）采用新型轉(zhuǎn)化器———管式換熱轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行一段轉(zhuǎn)化，取消傳統(tǒng)的外部加熱式一段轉(zhuǎn)化爐，熱能消耗下降。

（6）提高轉(zhuǎn)化壓力至4.5MPa，每1t可以節(jié)能0.191GJ。

2.2 變換工序

（1）采用低溫高活性、適應(yīng)低汽氣比反應(yīng)的新型催化劑替代傳統(tǒng)催化劑，變換爐溫降低，從而降低蒸汽用量。

（2）采用水冷列管式變換爐，并通過飽和熱水器回收變換反應(yīng)熱。

（3）中小型合成氨廠，可采用飽和熱水塔流程回收部分水蒸汽。

2.3 脫碳工序

（1）采用先進(jìn)的物理吸收法，如我國開發(fā)的NHD法（類似于Allied公司的聚乙二醇二甲醚法），脫碳能耗降低。

（2）采用改良的化學(xué)吸收法，如低能耗本-菲爾法，再生能耗可降低60%。

（3）采用活化MDEA法，能耗比低能耗本-菲爾法還低，僅為（3.2-4.25）×104kJ/kmolCO2。

2.4 精煉工序

（1）采用深冷分離法，在低于-100℃條件下除去惰氣并調(diào)整氫氮比，使合成回路不需放空。此法與前述二段轉(zhuǎn)化爐加入過量空氣的節(jié)能措施相配套，亦可脫除過量的氮。

（2）采用分子篩變壓吸附代替甲烷化，脫除微量CO、CO2、CH4、Ar，簡化了凈化流程。甲烷排放氣可用作一段轉(zhuǎn)化爐燃料，提高熱利用率。

2.5 壓縮工序

（1）壓縮機與循環(huán)機分開，避免壓縮機內(nèi)部從循環(huán)段向高壓段因氣體泄漏造成動力損失。

（2）提高蒸汽透平效率，在運行操作中維持蒸汽參數(shù)的最佳化。

（3）采用分子篩干燥入塔氫氮氣，以節(jié)約壓縮機動力。

（4）采用燃?xì)馔钙津?qū)動空氣壓縮機，可使燃料天然氣能耗降低2.093GJ/t。

2.6 合成工序

（1）采用新型節(jié)能合成塔，如徑向、軸徑向、臥式或冷激式塔，氨凈值高，熱能利用充分，并且壓降小，可有效降低壓縮機的功耗。

（2）采用低溫低壓高活性Fe-Co系催化劑，操作壓力可降到8～10MPa，明顯減少了壓縮機功耗。

（3）采用中空纖維膜分離裝置，回收合成尾氣中的H2。

（4）二級氨冷出口氣氨送冰機回收冷量。

（5）利用氨合成反應(yīng)熱副產(chǎn)高壓蒸汽（凱洛格、布朗、ICI工藝共同的特點）。

2.7 聯(lián)合節(jié)能

（1）合成氨與合成尿素裝置的聯(lián)合

合成尿素的原料氨全部來自氨合成系統(tǒng)，冷凍系統(tǒng)的負(fù)荷降低，動力消耗亦減少；同時將尿素與合成氨裝置的蒸汽系統(tǒng)聯(lián)合“捆綁”，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

（2）合成氨與合成甲醇裝置的聯(lián)合

用天然氣制甲醇會出現(xiàn)過量的氫，將其輸入合成氨系統(tǒng)，在二段轉(zhuǎn)化爐中用過量空氣補充氮。另外，氨—甲醇聯(lián)合裝置可將合成氨系統(tǒng)多余的CO2供給合成甲醇系統(tǒng)進(jìn)行組分調(diào)節(jié)，從而減少甲醇裝置的排放氣量。

3、節(jié)能型合成氨工藝技術(shù)的改造措施

眾多企業(yè)在快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)及社會經(jīng)濟背景下，紛紛采用合成氨工藝，但是從現(xiàn)階段我國合成氨工藝及技術(shù)的耗能情況來看，想要將合成氨生產(chǎn)過程中利用能源的效率和生產(chǎn)質(zhì)量提高，就必須改造合成氨工藝，將其生產(chǎn)成本降低，將生產(chǎn)過程中多余的熱量有效回收利用。

3.1 改進(jìn)造氣工段技術(shù)

在改造造氣工程技術(shù)的時候，可以對以下幾種技術(shù)充分運用：第一，對油壓危機控制和監(jiān)測技術(shù)有效利用，充分分配調(diào)節(jié)時間，對氣爐工作情況以及氣爐環(huán)境等全面檢測，以便優(yōu)化調(diào)節(jié)能夠隨時進(jìn)行，從而有效提高生產(chǎn)效率；第二，對回收煤氣余熱技術(shù)有效利用，在生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生的煤氣余熱較多，對其回收利用之后將熱量資源的再利用有效實現(xiàn)，將利用資源的效率有效提高；第三，有效利用自動加焦機技術(shù)，生產(chǎn)時間能夠在使用自動加焦機的過程中有效減少，將能源損耗有效避免，并且生產(chǎn)的安全性能也會得到有效提高；第四，對入爐蒸汽品質(zhì)改進(jìn)技術(shù)有效利用，將過熱蒸汽品質(zhì)提高，能夠確保穩(wěn)定狀態(tài)是爐溫一直保持，能源損耗也會在蒸汽分解時有效減少，進(jìn)而將合成氨的質(zhì)量有效提升。

3.2 改進(jìn)氨分離技術(shù)

現(xiàn)階段，在對氨進(jìn)行分離的時候，采用的方法主要有冷凝分離法和水吸收法。其中氨分離器是所使用的主要裝置，利用該裝置能夠防止使用傳統(tǒng)分離器過程中發(fā)生的問題出現(xiàn)，將合成氨生產(chǎn)過程中的浪費和資源損耗降低，將氣體流向改變，從而有效分離高純度的氨氣。

4、結(jié)束語

節(jié)能減排工作在我國近幾年大力開展，在未來我國大型企業(yè)改造合成氨的工藝，發(fā)展節(jié)能型合成氨工藝將會為必然趨勢。在新的環(huán)境和政策作用下，將會有越來越多的企業(yè)對合成氨的工藝流程全面改造，將工業(yè)生產(chǎn)成本降低、能源節(jié)約的同時，還能夠大力保護環(huán)境。企業(yè)在改進(jìn)節(jié)能型合成氨工藝與技術(shù)時，首先需要對工藝流程嚴(yán)格控制，然后改進(jìn)氨分離技術(shù)、廢水循環(huán)使用技術(shù)以及造氣工段技術(shù)等，只有如此才能實現(xiàn)節(jié)能改造的目的。

參考文獻(xiàn)

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