摘要:随着社会的发展快速发展和科技的进步,我们身边有着越来越多的化工制品,这些化工制品大大方便了我们的生活并关切使得我们的生活质量也因此而得以提高。化工制品的种类很多其生产方式也有所不同,氨作为在我国农业化肥当中使用较广的一种化学物质其生产方式主要依靠、石油、炼油气等不同的材料使氮和氨进行合成而产生的。也将这种氨称之为合成氨。合成氨的用途实际上很广泛其对我国的工业、农业、医药业都有着极大的作用。目前有着极多的合成氨制作厂,而且所使用的工艺大多都是化工合成氨工艺。
关键词:化工;合成氨;工艺分析;节能改造
近年来,各种化工制品的使用越来越广泛,合成氨工艺技术的使用,对化学工业的发展起着至关重要的影响,同时也给我国带来了巨大的经济发展。合成氨工艺的使用对很多资源都造成了一定的浪费,国家为了推行节能减排的相关措施,对节能型合成氨工艺展开了深入的研究,给化工行业的发展带来了新的前景。
一．化工合成氨工艺的流程分析
化工合成氨的工艺流程主要分为原料气的制取、原料气净化、原料气精炼、合成氨、氨分离五个步骤,这五个步骤中每一个环节出现问题都可能影响氨的质量因此为了提高氨的合成效率我们就必须抓好这五个环节,下面笔者就来具体地介绍一下化工合成氨工艺流程。
1.1原料气的制取。化工合成氨的工艺中第一个环节就是对合成氨所需要的原料气进行制取工作。化工的合成氨原料气制取是利用化气法,其利用蒸汽、氧气、与其他催化剂对进行高温加热,促使分解成氢气和一氧化碳等可燃气体。接下来采用二段蒸汽的方法进行转化从而合成气体。
1.2原料气净化。原料气的制取只是一种粗略的制取方式,制取后的原料气当中还存在着许多硫化物和一氧化碳以及二氧化碳和微量的氧气,如果想要提高原料气的纯度就必须对原来起进行更加严苛的原料气净化工作。这种净化工作主要是用来去除原料气当中除了氢气和氨气之外的一切杂质,当让这种去除不可能百分之百的将杂质去除实际上在化学方面没有任何物质能够达到百分之百的纯度。其主要的还是进行脱硫工作以及脱碳工作。首先对于一氧化碳进行去除是一个较为困难的事情因此为了能更快地去除一氧化碳我们应当先将一氧化碳进行转化,使其变为比较容易去除的二氧化碳和一部分氢气从而但能去除杂质还可以提取更多的氢气原料为合成更多的氨做准备。我们应当注意的是实际上对于一氧化碳的清楚过程本身可以看作为是制取原料气的一种延续,因为在制取过程中一氧化碳还能转化为一部分氢气。在一氧化碳清除完毕后就要开始对于硫化物质的清除工作了也就是脱硫工作。脱硫工作一方面是为了对合成氨的质量负责,另一方面也是因为硫化物质本身有着一定的毒性如果不能及时清除可能会使得合成氨的制取过程变得更加危险。工业脱硫的手段有很多种但是其中最常用的是物理化学吸收法和低温甲醇洗法。粗原料气经一氧化碳变换以后,变换气中除氢气外,还有二氧化碳、一氧化碳和甲烷等组分,其中以二氧化碳含量最多。二氧化碳既是氨合成催化剂的毒物,又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中二氧化碳的脱除必须兼顾这两方面的要求,一般采用溶液吸收法脱除二氧化碳。
1.3原料气精炼。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、氧和水等杂质。为了防止它们对合成催化剂的毒害,原料气在送往合成之前,必须经过精炼。原料气的精炼方法一般有三种,即铜氨液吸收法、甲烷化法和深冷液氮洗涤法。
1.4氨的合成。氨的合成应当说是整个合成氨的生产过程中的最重要阶段,前面所有的对于原料气的制取、净化、精炼都是为了更好地完成这一步工艺从而生产出纯度最好的氨。
氨的合成都必须在高温、高压且有催化剂辅助的条件下进行。正是因为氨的合成需要这样的条件下进行,所以气体中氨的含量并不够只有百分之十到百分之二十,这样的情况下想要提高氨的含量就必须使用氢气与氮气的循环系统。通过不停的循环使用氨分离方式将氨气提取出来不断与氢气合成形成合成氨。
1.5氨的分离。在合成塔内的合成反应由于受反应平衡的限制。仅有部分氢氮气体合成为氨,尚有大部分氢气和氮气未反应。因此,为了充分利用合成塔出口混合气中未反应的氢气和氮气,同时也为了得到纯净的产品氮,需要将氨从混合气中分离出来。氨的分离一般采用两种方法。一种是水吸收法,另一种是冷凝分离法。目前,我国大型氨厂都采用冷凝分离法分离氨。冷凝分离法是通过氨冷的方法使混合气中的气态氨冷凝为液态氨,然后通过分离器进行气液分离。
二．制合成氨装置节能方向分析
1.应用现代化节能的气流床气化技术。通过对以往实践案例的分析和研究可知,气化技术在引导制合成氨装置节能中占据重要的作用,气流床气化技术因为其具备高效、节能以及环保等特点,逐渐成为改变生产方式的重要技术。由于国外技术垄断等诸多主客观因素的约束,我国在大范围高效气流床气化技术的基础分析工作受到制约发展缓慢,但近年来很多大型的化工企业致力于具备自主知识产权的大规模高效气流床气化技术的研究和开发成效显著,这符合国民经济发展中对炭清洁应用的需求。在现阶段的发展背景下,引用烟、褐等粉和水浆获取合成气技术,主要发展方向是为了降低净化压缩费用支出,原材料大都选择应用劣质粉,优化种的适应水平和单炉生产能力,减少原料的损失,且热能回收率较高,排渣的方式是液态,有助于降低环境污染程度。
2.转换催化剂改型提升同时回收低位热能。一方面通过应用工艺余热实施工作。主要是依据划分等级收回引用变换余热,在符合工厂运行条件的背景下,更多的回收利用低位余热;另一方面,需要创造具备高活性、低温低压氨合成催化剂,且在实际生产中加以应用,其有助于为提升氨净值、减少循环气量,对降低合成氨成本和综合能耗有着十分重要的意义。
3.热能耦合。为了降低生产过程中存在的热损失和效率损失,将变换步骤与低温甲醇洗的热能实施耦合,这是合成氨发展过程中急需研究的课题。这种方案全面缩短低温甲醇的工作流程,降低低压蒸汽的能源消耗。
4.应用低温甲醇洗和液氮洗的联合工艺。在应用这一技术过程中,低温甲醇洗阶段出现的原料气会在分子筛吸附器中对甲醇、二氧化碳等杂质实施清洗,之后在氮气冷却器中气体和尾液实施逆流换热之后,引导液氮洗涤进入塔底,促使气体中的CO、甲烷等冷却、凝固并且溶解在液氮之中,精制气体需要通过液氮洗涤顶部进行获取。结合改工艺技术开发的各类专利设备的应用,实现了节能增产的目标,并开始走向国外市场,取得了长足的进步和发展,并对国内化工业的发展提供了有力的支持。
总之,合成氨工业是国家保障粮食安全的基础,我国自身的地理位置和矿产资源促使制合成氨装置成为合成氨工业发展的重点。布朗氨合成的工艺是现代世界合成氨的先进工艺,是低能量,低温净化工艺的核心,也是独特的。生产中对其合理科学的应用增加了系统的操作灵活性,使整个过程更加灵活、方便、稳定,同时还能在很大程度上降低生产过程中的能耗。目前,我们是一个最大的发展中国家,也是应用布朗合成氨过程工厂最多的国家,该技术已经十分成熟应用在大型合成氨工厂,可以考虑在未来发展中加强对深冷净化系统在小、中合成氨工厂中的应用。但是,如果引进国外技术,对于小型合成氨工厂来说,设备的成本是会大幅提高,所以应该开发国内技术。
参考文献:
[1]高振平.布朗型合成氨装置深冷净化系统综述.2017.
[2]李攀山.浅谈制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.