赵学侠

摘 要：在基础化学工业中合成氨工业占据着重要位置，其对我国国民经济发展有着较大的影响力。在化学工业中，氨这一原料非常重要，用途之广泛超过了绝大多数的化工原料。近几年我国在合成氨技术的节能降耗和工业技术等方面都取得了不小的进步，但是由于合成氨在我国各行各业中都有着非常广泛的应用，有着较大的需求量，其在生产过程中造成的能源损耗和原材料浪费情况依然非常严重。基于此，本文主要对节能型合成氨工艺与节能技术进行分析探讨。

关键词：节能型合成氨；工艺；节能技术

1、合成氨工艺概述

合成氨生产与国民经济密切相关，其产品氨是制造化肥和其它许多化工产品的原料。合成氨生产过程因所采用的原料和净化、合成方法的不同形成了不同的工艺流程，能量消耗（能耗）也有差别。就合成氨典型流程而言，一般分为以下三种：

（1）以煤为原料的中小型合成氨流程，如碳化工艺流程、三催化剂净化流程。特点是生产能力较低，吨氨能耗较高。

（2）以天然气为原料的大型合成氨流程，采用蒸汽转化、热法净化生产方法。特点是生产能力大，设备效率和能量利用率高，吨氨能耗小。

（3）以重油（或煤）为原料的大型合成氨流程，采用部分氧化、冷法净化生产方法。特点是生产能力大，吨氨能耗较小。

选用什么方法合成氨，应根据原料、工艺要求和技术经济比较，力求经济合理和操作可靠。合成氨生产是耗能“大户”，吨氨生产成本中能源费用占70%以上，因而能耗是衡量合成氨技术水平和经济效益的重要标志之一。合成氨生产中所用原料和燃料有一次能源———煤、石油、天然气等；二次能源———电、蒸汽、热水等。吨氨能耗的降低体现合成氨技术的进步，如何合理、高效利用能源，作好节能降耗工作，对合成氨生产具有重要意义。

2、合成氨节能技术

2.1 转化工序

（1）调整一、二段转化炉负荷，使一段炉温降低，燃料天然气用量减少，降耗明显。

（2）采用蓄热式或热管式换热器加热助燃空气，使烟道气排放温度从250℃降至120℃，可回收热量1.17GJ/t。

（3）采用低水碳比操作，使H2O/C（摩尔比）从3.5降至2.5，H2O/C每降低0.1可节能0.12GJ/t。

（4）设置天然气蒸汽饱和器，用水冷激预热后的天然气自产水蒸汽，减少了外供蒸汽。

（5）采用新型转化器———管式换热转化炉进行一段转化，取消传统的外部加热式一段转化炉，热能消耗下降。

（6）提高转化压力至4.5MPa，每1t可以节能0.191GJ。

2.2 变换工序

（1）采用低温高活性、适应低汽气比反应的新型催化剂替代传统催化剂，变换炉温降低，从而降低蒸汽用量。

（2）采用水冷列管式变换炉，并通过饱和热水器回收变换反应热。

（3）中小型合成氨厂，可采用饱和热水塔流程回收部分水蒸汽。

2.3 脱碳工序

（1）采用先进的物理吸收法，如我国开发的NHD法（类似于Allied公司的聚乙二醇二甲醚法），脱碳能耗降低。

（2）采用改良的化学吸收法，如低能耗本-菲尔法，再生能耗可降低60%。

（3）采用活化MDEA法，能耗比低能耗本-菲尔法还低，仅为（3.2-4.25）×104kJ/kmolCO2。

2.4 精炼工序

（1）采用深冷分离法，在低于-100℃条件下除去惰气并调整氢氮比，使合成回路不需放空。此法与前述二段转化炉加入过量空气的节能措施相配套，亦可脱除过量的氮。

（2）采用分子筛变压吸附代替甲烷化，脱除微量CO、CO2、CH4、Ar，简化了净化流程。甲烷排放气可用作一段转化炉燃料，提高热利用率。

2.5 压缩工序

（1）压缩机与循环机分开，避免压缩机内部从循环段向高压段因气体泄漏造成动力损失。

（2）提高蒸汽透平效率，在运行操作中维持蒸汽参数的最佳化。

（3）采用分子筛干燥入塔氢氮气，以节约压缩机动力。

（4）采用燃气透平驱动空气压缩机，可使燃料天然气能耗降低2.093GJ/t。

2.6 合成工序

（1）采用新型节能合成塔，如径向、轴径向、卧式或冷激式塔，氨净值高，热能利用充分，并且压降小，可有效降低压缩机的功耗。

（2）采用低温低压高活性Fe-Co系催化剂，操作压力可降到8～10MPa，明显减少了压缩机功耗。

（3）采用中空纤维膜分离装置，回收合成尾气中的H2。

（4）二级氨冷出口气氨送冰机回收冷量。

（5）利用氨合成反应热副产高压蒸汽（凯洛格、布朗、ICI工艺共同的特点）。

2.7 联合节能

（1）合成氨与合成尿素装置的联合

合成尿素的原料氨全部来自氨合成系统，冷冻系统的负荷降低，动力消耗亦减少；同时将尿素与合成氨装置的蒸汽系统联合“捆绑”，实现节能降耗。

（2）合成氨与合成甲醇装置的联合

用天然气制甲醇会出现过量的氢，将其输入合成氨系统，在二段转化炉中用过量空气补充氮。另外，氨—甲醇联合装置可将合成氨系统多余的CO2供给合成甲醇系统进行组分调节，从而减少甲醇装置的排放气量。

3、节能型合成氨工艺技术的改造措施

众多企业在快速发展的科学技术及社会经济背景下，纷纷采用合成氨工艺，但是从现阶段我国合成氨工艺及技术的耗能情况来看，想要将合成氨生产过程中利用能源的效率和生产质量提高，就必须改造合成氨工艺，将其生产成本降低，将生产过程中多余的热量有效回收利用。

3.1 改进造气工段技术

在改造造气工程技术的时候，可以对以下几种技术充分运用：第一，对油压危机控制和监测技术有效利用，充分分配调节时间，对气炉工作情况以及气炉环境等全面检测，以便优化调节能够随时进行，从而有效提高生产效率；第二，对回收煤气余热技术有效利用，在生产的过程中产生的煤气余热较多，对其回收利用之后将热量资源的再利用有效实现，将利用资源的效率有效提高；第三，有效利用自动加焦机技术，生产时间能够在使用自动加焦机的过程中有效减少，将能源损耗有效避免，并且生产的安全性能也会得到有效提高；第四，对入炉蒸汽品质改进技术有效利用，将过热蒸汽品质提高，能够确保稳定状态是炉温一直保持，能源损耗也会在蒸汽分解时有效减少，进而将合成氨的质量有效提升。

3.2 改进氨分离技术

现阶段，在对氨进行分离的时候，采用的方法主要有冷凝分离法和水吸收法。其中氨分离器是所使用的主要装置，利用该装置能够防止使用传统分离器过程中发生的问题出现，將合成氨生产过程中的浪费和资源损耗降低，将气体流向改变，从而有效分离高纯度的氨气。

4、结束语

节能减排工作在我国近几年大力开展，在未来我国大型企业改造合成氨的工艺，发展节能型合成氨工艺将会为必然趋势。在新的环境和政策作用下，将会有越来越多的企业对合成氨的工艺流程全面改造，将工业生产成本降低、能源节约的同时，还能够大力保护环境。企业在改进节能型合成氨工艺与技术时，首先需要对工艺流程严格控制，然后改进氨分离技术、废水循环使用技术以及造气工段技术等，只有如此才能实现节能改造的目的。

参考文献

[1]孟凡成.大型低压氨合成技术应用总结[J].化工设计通讯，2016，42（7）：1.

[2]陈五平.无机化工工艺学（上册）[M].第三版.北京：化学工业出版社，2005：5-11、233-246.