合成氨工艺流程的系统分析与节能措施的分析
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摘 要：为了响应国家节能减排的号召，本文选择合成氨工艺流程系统与节能措施分析作为研究课题，以阳煤盂化24.40氨合成尿素项目为例，从合成氨生产性质特点以及潜在节能分析，探讨合成氨生产节能措施。
根据数据资料显示：我国每年在合成氨的生产工艺中浪费掉的能源占据使用的大半，也就是说：我们在生产能源的时候也是在浪费可用的能源；为了避免浪费带来的损失，我国乃至全球兴起了合成氨生产工艺节能措施的研究探讨。
一、合成氨生产工艺能源损失分析
合成氨在生产过程中所进行的化学反应、物质热量传导、反应物燃烧、物质分离等活动都势必要受到反应物质的浓度，环境温度，生产技术水平等影响，作者将影响合成氨生产的因素经过大小分析得到四个影响因素：生产技术水平较落后、能源利用率较差、生产管理制度不严格、生产过程中能源供应不持续，不稳定。
二、分析合成氨工艺流程的系统
1.原料气的制取
以阳煤盂化为例，造气车间采用的是固定床间歇气化法制半水煤气，是以固体燃料（无烟块煤、焦炭）为原料，以空气、水蒸气为气化剂，在高温条件下制取的煤气。本岗位的能耗及半水煤气的质量，直接关系到全厂的正常生产和经济效益。因此，强化该工段的操作和管理，对降低合成氨的生产能耗、降低生产成本、提高经济效益具有重要的意义[1]。
2.原料气净化
无论任何方法制得的粗原料气，除含氢和氮外，还含有硫化氢、有机硫、一氧化碳和二氧化碳等。这些物质对氨合成催化剂有毒害，必须进行脱除。
2.1原料气脱硫：在间歇式煤气炉制气流程中，脱硫置于变换之前，以保护变换催化剂的活性。原料气脱硫的方法很多，包括干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫一般有活性炭法、有机硫化氢转化法和氧化锌法等。
2.2一氧化碳变换：将原料气中量的一氧化碳借助催化剂与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气。通过变换既除去了一氧化碳，又得到了制合成氨的原料气和氨加工的原料气二氧化碳[2]。以煤为原料的中小合成氨厂，一氧化碳变换工序耗用大量外供蒸汽，是工厂的主要能耗工序之一。因此，降低一氧化碳的能耗是中小型氨厂节能工作的重点。
2.3二氧化碳脱除：阳煤盂化二氧化碳脱除采用脱碳并同时制取纯二氧化碳的装置。该装置是由提纯系统和净化系统两部分组成，两系统均采用多塔PSA工艺。变换气通过提纯系统将二氧化碳浓度富集到98.5%以上，供尿素装置使用。
3.原料气精制
经一氧化碳变换和二氧化碳脱除后的原料气尚含有少量残余的一氧化碳、二氧化碳和水等杂质。阳煤盂化通过中压醇、高压醇烷化工段，将一氧化碳和二氧化碳生成甲醇及少量甲烷后的精制气送往氨合成。
4.氨的合成
氨合成工段的任务是将精制的氢气与氮气合成为氨，提供液氨产品。氨合成工段是整个合成氨工艺流程的核心。氨合成工段的生产状况直接影响到工厂成本的高低，是合成氨厂高产低耗的关键工段。
三、合成氨生产系统节能技术措施
节能措施主要有采用先进生产技术、降低电耗、节约生产用蒸汽和充分回收、合理利用余热这几个方面，下面以阳煤盂化为例分析下主要的节能措施。
1.造气工段采取一系列的节能技术措施和优化操作
1.1自动加焦（煤）机技术：使用该技术可节省停炉时间，连续制气、减少热量损失，缩短吹风时间，提高单炉发生量，并有利于稳定炉温与气体成份，降低吨氨煤耗，减轻操作工的劳动强度，减少事故发生。
1.2油压微机控制、炉况监测与系统优化技术：使用该技术可合理调节控制造气循环分配时间、入炉蒸汽量、氢氮比和加煤、下灰等，能对造气炉的炉况全面监测并进行闭环调优，进而优化生产状态，达到造气系统高产、稳产、低耗的目的。
1.3集中式回收上、下行煤气余热：采用一台集中式对应多台造气炉的热管型余热回收器回收上、下行煤气余热，有利于降低系统阻力及提高余热回收率。
1.4集中式高效洗气塔：采用一台集中式高效低阻填料洗气塔来取代常用的一台造气炉配一台的空塔喷淋式洗气塔，有利于降低系统阻力与提高洗涤冷却效果，并可减少15%～20%的冷却水与污水处理量。
1.5提高入炉蒸汽品质：入炉蒸汽采用过热蒸汽，有利于制气过程中炉温的稳定，提高蒸汽分解率与单炉发气量5%～8%，降低吨氨原料煤与蒸汽消耗量。
1.6吹风气余热回收：借助合成弛放气助燃，采用集中式燃烧炉吹风气回收技术，回收造气吹风气的显热与潜热，副产过热蒸汽。有条件的企业可采用三废流化混燃炉技术将吹风气与造气炉渣结合在一起，回收利用副产过热蒸汽，搞热电联产，有利进一步提高节能效果与经济效益。
1.7增设高效静电除焦油器：在脱硫工段罗茨机前与清洗塔后分别增设高效静电除焦油器，前者有利于保护脱硫液质量提高脱硫效率，后者则有利于提高氮氢压缩机气体的气质，减少因煤气中焦油含量偏高而引起的换阀片的次数，延长压缩机有效使用时间。
2.变换采用全低变流程
全低变工艺汽气比降低，蒸汽消耗大幅度下降；热回收效率高，有效能损失少；催化剂用量减少，降低了床层阻力和压缩功耗。
3.合成采用新型氨合成塔内件
为了提高氨净值，增加生产能力；提高出塔合成气温度，多产蒸汽，提高合成余热回收效率，采用了新型的合成塔内件。其特点是：生产能力大，阻力小，氨净值高，出塔气体温度在300度以上。[3]
4.合成增设软水加热器
在合成工段增设软水加热器，加热真空除氧装置来的热软水，供造气工段和变换工段使用，以及合成工段废热锅炉用水。
5.添加合成排放气回收氢装置
此装置具有节省原料氢消耗，允许甲烷含量较高和降低惰性气含量的优点。
6.冷冻工段采用蒸发式冷凝器，提高了换热效率与冷却冷凝效果，达到运动效率小、功率小、耗电量小、冷却水耗量少的效果。提高氨合成的水冷氨量，减少氨冷系统热损失，降低氨液所需冷冻量，可以有效降低电能消耗。参考文献[1]杨春升.中小型合成氨厂生产操作问答.化学工业出版社；2009（03）.[2]於于方.合成氨行业节能技术综述[J].企业与科技.2010（03）.[3]徐松华，王文禽，李涛，昊玉华.探讨节能减排技术在合成氨生产中的应用[J].科技信息.2011（25）．