大庆石化公司化肥厂合成氨车间
摘要：合成氨生产能耗分为原料能耗和燃料消耗两部分。布朗公司根据合成氨工艺降低燃料消耗的理念和在这方面所做的努力，建立了一级改造的基础工艺，它是一种快速临界合成氨技术，在氨合成工艺中有许多节能工艺。与其他节能工艺相比，快速临界合成氨在一种深度冷却净化工艺下增加了甲烷的净化。
关键词：合成氨；装置；快速临界合成氨；低温净化工艺；
节能是中国未来发展的重要组成部分。本文以目前合成氨厂的原料消耗情况为基础，结合近年来的能耗特点，分析了合成氨厂的能耗特点，结合我国未来的发展需求，提出了新的节能方向。在此基础上，对合成氨装置的能源措施进行了探讨和分析。
一、布朗合成氨工艺
与其他合成氨技术一样，快速临界合成氨生产工艺主要包括原料气压缩、脱硫、原料气转化压缩、一氧化碳高温转化和气体吸收（主要是二氧化碳、两段转化），快速临界合成氨技术的核心是低温清洗工艺，低温清洗的效果是将新鲜气体和合成氨完全分离制备，在生产过程中，低温清洗技术能有效解决转化、净化等不可预知的波动操作，对合成部分影响不大，第二个主要任务是去除杂质，主要是一些杂质（一氧化碳、甲烷、氩气等），以保持H2：N2比3：1。布朗公司在生产过程中的关键行动是降低能耗（降低原料消耗），其中一个最重要的步骤是确保二段转化炉含有过量的气体，这会导致添加的气体与氢气和甲烷反应产生大量的热量，经过甲烷化学处理后，可采用低温分离装置脱除过剩的氮气，同时也可获得高浓度的氢气和氮气（约0.2%AR），可为加热器提供生产所需的高压蒸汽，可显著降低原料消耗。
2 合成气气质
合成氨的总能耗受到很大影响。如果控制不当，会增加合成氨的总能耗，甚至直接影响整个系统的温度和压力。此外，在整个合成氨生产过程中也会产生影响整个系统的衍生产品问题：一是氢气含量对回收气体的影响，氢氮比是合成氨生产过程中的一项重要考核指标。从实际生产情况看，随着循环氢从53%增加到62%，系统压力降低，系统压力差相应减小。在实际生产过程中，必须检查氢循环中的高氢含量。其次，回收气体中甲烷浓度的影响，合成气中甲烷的含量与原料气的生产、原料的成分和净化气密切相关。因此，循环气中甲烷含量越低，压缩机运行各阶段的利用率越低，催化剂合成塔的利用率就可以越高，这对降低整个生产阶段的能耗有一定的效果。鉴于甲烷在温度控制和合成塔调节中起着不可替代的作用，在一定的生产范围内保持甲烷水平是必要的。如果甲烷含量过低，合成反应速度加快，在短时间内释放出大量热量，导致合成塔催化剂温度过高，甚至损坏催化剂的严重情况，甲烷含量过高，甲烷含量过高，通风量越大，有效气体损失越大，因此，有必要对氨催化剂进行保护，降低实际气体损失，以找到甲烷含量的最佳控制点。
三、合成氨装置节能方向分析
1 实施现代节能注气技术，通过对以往实践案例的检验和调查，表明节能技术在将节能技术转移到合成氨装置中发挥了重要作用。由于其高效、节能、环保的特点，硬化技术逐渐成为改变其生产方式的重要技术。
以我国为例，由于受国外技术垄断的制约，高效节能技术的基础分析仅限于进展缓慢，但近年来，许多大型石油化工企业在研究开发高效节能技术方面取得了重大进展，具有自主知识产权，符合国民经济发展，清洁应用的需要，从目前的发展情况来看有助于减少碳循环。
2 转化催化剂，同时更新和恢复低位热能，一方面是利用工艺产生的余热来完成，这主要是基于余热回收和转化的分类；另一方面，在实际生产中氨合成需要制备高活性、低温、低压的催化剂。这将有助于提高氨的净值，减少循环气量，降低氨的消耗和彻底的能耗，这一点非常重要。
3热耦合器：减少生产过程中的热损失和效率损失，转化相与低温甲醇热能的集成是合成氨发展的迫切课题，缩短了低温甲醇工艺流程，降低了低压蒸汽动力消耗。
4 采用低温甲醇洗和液氮洗工艺，原料气在低温甲醇洗工序中对分子筛中的甲醇、二氧化碳等杂质进行净化，交换氮气介质中的气尾流体后，将液氮输送到塔底，使CO和甲烷在液氮中冷却、固态并溶解在气体中。精制气必须经过液化气，净化气必须进行，用液氮冲洗顶部才能得到，随着各种先进技术专利设备的应用，达到了节能增产的目的，取得重大进展和进步，为国内石油化工发展提供了有力支撑。
四、深冷净化工艺的特点
1 在生产过程中，由于有制冷装置的存在，二次炉可能含有过量的气体，大大节省了一段转化炉的燃料，在一定程度上降低了能量损耗，有效地降低了体积。
2 与其他氨合成技术相比，低温净化系统的存在使合成原料气中甲烷含量在二次转化的输出温度（通常为100-U）下高效，忧于传统的生产工艺。
3 在实际应用中，它可以通过氢气循环利用，从而有效地提高氢气的使用速度，能力促成合成气就会完全混合，可以使氢气再生效率高，合成链氢气利用率可达99%。
4 低温净化系统的使用，使能耗显著下降，每吨氨的消耗量降至29.31gj以下。同时，减少了设备投资，实现了低投资、低能耗、高效率的目标。
5 低温清洗系统对氮气含量和甲烷气体压力有最低要求，为保证各关系换热器有足够的温差，氮气含量应大于32%，压力应大于2.7mpa。
结束语：
总之，合成氨工业是国家粮食安全的基础。我国自身的地理位置和矿产资源促使合成氨成为工业发展的重点，快速临界氨合成工艺是当今世界先进的合成氨工艺。这是低能耗、低温清洗的核心和独特之处，科学的应用使生产系统增加了运行灵活性，使整个过程更加灵活、稳定，也大大降低了生产过程的能耗。该技术已高度成熟并应用于大型合成氨装置。
参考文献
[1]李金萍.布朗型合成氨装置深冷净化系统综述.2017.
[2]孙旭肮.浅谈合成氨装置能耗分析与节能方向布朗深冷净化工艺综述.2017.