氨工艺与节能技术探讨

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摘要：随着社会“环保、节能”发展理念的不断倡导，节能型合成氨工艺与技术的研究和开发是合成氨工业发展的关键一环。通过分析合成氨的工艺流程，重点探讨节能型的合成氨工艺与合成氨的节能技术。

关键词：合成氨；工艺技术；节能；分析探讨

氨是国民生产中重要的化学原料之一，合成氨工艺是重要的基础化学工业。同时，氨是制造化肥和生产及合成其他化工产品的重要基础性原料，并且合成氨还可以作为冷冻剂。随着社会经济的发展和科技的进步，市场对于合成氨的需求量也越来越大。近年来，随着社会“环保、节能”发展理念的不断提倡和深入，合成氨工艺的节能化发展及合成氨技术的节能性开发与研究已经成为越来越多相关人士关注的热门课题。

1合成氨各工艺的能耗情况分析

1.1合成氨的工艺流程分析。氨的制备通常是采用化学合成的方式，以氮气（N2）和氢气（H2）为反应物在高温高压及催化剂的条件下来进行反应，从而生成氨（NH3）。根据提供合成氨的反应物的原料不同，可以将合成氨的工艺分为三种：①以煤或焦炭为原料来提供合成氨所需的氮源和氢源；②以天然气为原料来制成含氮和氢的原料气以用于合成氨；③以重质油为原料来进行氨的合成。1.2合成氨各工艺的能耗情况分析。首先，对于以煤或焦炭为原料的合成氨工艺，通过用于中小型的氨合成，一般生产效率比较低下，又由于用到脱硫、CO变换、脱碳及三催化剂净化工艺，使其能耗非常的大。其次，以天然气为原料合成氨工艺，可用于大型的氨合成，相对来说在生产过程中的蒸汽转化及热法净化工序使得能量的利用率高，相对耗能较小。第三，以重质油为原料的合成氨工艺，也属于大型合成工艺流程，主要采用部分氧化来制备原料气，相比于天然气的蒸汽转化法要简单一些，并用冷法净化的方式进行原料气的净化处理，其能耗也较小。与此同时，根据三种合成工艺的能耗实验测试可得，从原料和生产方法的角度出发，以天然气为原料来合成氨的能耗要低于以煤和重质油为原料的合成，从生产规模来说，以三种不同原料工艺来进行合成氨，均表现出大型的生产规模要比小型规模的能耗低。因此，综上所述，以天然气为原料的合成氨工艺相对能耗最低。

2节能型合成氨工艺

2.1余热利用工艺。在合成氨的工艺中，将合成设备中的二段转化炉设计成绝热式，使二段炉产生的热转化气通过一段炉的换热式，使热转化气的热量全部用于一段转化炉所需的热量，从而避免合成氨过程中余热的损失和浪费，以达到节能的目的。以天然气为原料的合成氨工艺中，采用三塔三废热锅炉回路工艺流程来利用余热产生高压蒸汽，实现能耗的降低。此外，可以将合成氨的余热通过换热器来加热进入反应器中的空气或锅炉的软水，以实现节能的目的。2.2减少天然气用量。在以天然气为原料的合成氨工艺中，可以通过减少一段转化炉的天然气用量，同时加大二段转化炉中天然气的用量，并在二段转化炉加入过量的空气来与天然气反应，利用反应产生的大量反应热来实现减少能耗的目的。2.3节能型催化剂及净化工艺。在合成氨的工艺中，催化剂是合成氨的关键一环，采用低温低压下高活性的氨合成Fe系催化剂（如Fe-Co催化剂）或辽系催化剂，并利用深冷净化脱除工艺，从而达到了节能的目的。

3合成氨的节能技术探讨

3.1转化工序的节能技术。在以天然气味原料的合成氨工艺中，通过减少一段转化炉的天然气用量来达到炉温的降低，并采用热管式或蓄热式的换热器来加热助燃的空气，降低水碳比（H2O/C的摩尔比），并且提高转化压力等技术的实施，可以实现能耗的降低，进而达到节能的目的。3.2压缩工序的节能技术。首先，将压缩机与循环机分开，以避免因气体泄漏而造成的动力损失；其次，采用分子筛干燥进入反应塔的原料气来节约压缩机的能耗；最后，在合成氨的工艺过程中维持蒸汽各参数的最佳化，采用燃气透平驱动的压缩机来达到节能的目的。3.3合成工序的节能技术。首先，采用低温低压下高活性的Fe-Co催化剂可以减少压缩机的能耗；其次，选用新型的节能合成塔，可以充分利用热能，同时所需的合成压力小，来使得合成过程中的能耗降低；最后，利用以天然气为原料合成氨的反应热来产生高压的蒸汽，从而实现蒸汽转化，进而达到节能的目的。3.4联合节能技术。联合节能技术是指在合成氨的同时可以合成其他物质如尿素、甲醇等有用的化学物质。例如，由于氨是合成尿素的原料，可以将合成氨的装置与合成尿素的装置进行联合，从而实现能量的高效率利用。此外，用天然气可以制备甲醇，可以将制备甲醇过程中产生的氢用于氨的合成，同时合成氨产生的CO2可以对制备甲醇的体系进行组分的调节，从而实现原料和能量的有效利用，进而达到节能的目的。

4结语

合成氨工艺与技术在适应社会“环保、节能”的发展理念下，其节能工艺和技术的开发与探究将是合成氨工业可持续发展的重中之重。节能型合成氨的工艺与技术将会受到越来越多人的关注与研究，其具有非常大的应用前景和潜力。

参考文献

[1]王瑾.节能型合成氨工艺与技术[J].贵州化工，2008，33（1）：5-7.

[2]董国亮.合成氨工艺与技术节能探讨[J].中国化工贸易，2017，9（17）.

作者:隋志旺 单位:中海石油天野化工有限责任公司