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摘要：年来，我国的化工行业发展速度较快，其中合成氨工艺技术较为迅速。由于氨相关产品在化工行业中应用较多，合成氨工艺不断进行优化和改进升级，目前煤化工方式合成氨还是最为重要的来源。利用煤化工方式进行氨的合成具有成本优势，且最终氨的纯度和浓度均处于较高的水平。但因煤炭是一种不可再生能源，因此要求煤化工合成氨需要确保更好的转化效率，以降低对煤炭的消耗。另外，节能降耗是化工企业永恒的课题。
关键词：煤化工；合成氨工艺；节能措施
1煤化工合成氨工艺的流程分析
1.1原料气的制备
煤化工合成氨的原料气制备过程是在高温蒸汽、氧气和其他气化剂的作用下对煤进行处理，最终生成氢气和一氧化碳。气态烃类物质，多选用二段蒸汽转化法制备合成气。氧气多来源于空分装置。空分即空气分离，通过将空气进行降温使其液化，再利用氮气和氧气的沸点不同，将其进行分离。氮气是合成氨的原料，氧气作为氧化气体用于合成水煤气。
1.2原料气的净化工序
1.2.1一氧化碳的变换反应
一般情况下，粗原料气中含有的CO气体的占比约为10%左右，通常利用变换反应使得一氧化碳转化为二氧化碳和氢气，二氧化碳可以更加容易去除，而氢气可以作为合成氨的原料气。变换反应不仅可以实现一氧化碳的脱除，也可以实现原料气的再生产。此过程在实际进行时，需要消耗大量的蒸汽，是合成氨工艺中的主要耗能之一，因此可以作为节能降耗的关注点。
1.2.2脱硫脱碳反应
粗合成气在完成变换反应后，内部杂质气体的主要成分是硫杂质气体、二氧化碳，二氧化碳是合成尿素、碳酸氢铵的主要原料，二氧化碳的脱除后可以进行再利用。工业脱硫的方式一般采取化学和物理吸收法，如低温甲醇洗、聚乙二醇二甲醚法。
1.3原料气的精制
原料气进行净化工序后，杂质气体大部分被消除，但还存在少量的一氧化碳、二氧化碳及部分硫杂质气体，为防止杂质气体对合成氨催化剂造成影响，需要对微量的杂质气体进行再次脱除，即原料气的精制过程。此阶段采取的脱除方式主要有铜氨溶液吸收法、甲烷化法及深冷液氮洗涤法。
1.4氨的合成工序
氨的合成工序是整个工艺中的关键，也是氨的主要产生工序。在高温、高压和催化剂存在条件下，由精制工序得到的纯净原料气进行反应，最终生成液氨产品。一般情况下，该反应的转化率较低，仅10%–20%，因此为了提升反应的收率，在合成塔的出口位置设置分离系统，将反应得到的液氨产品与未反应的氮气、氢气进行分离，未反应的合成气进一步进入反应器内进行反应。氨合成工段是真整个合成氨工艺的核心，其效率和生产情况直接关系着整个工艺的经济性。
1.5氨的分离
合成氨工序也提到，由于受到热力学平衡的影响，合成氨一次转化率不高，为了提升整体反应的收率情况，需要对液氨进行分离提纯，将未反应的原料气进行再次反应。此时，需要利用氨的分离系统，工业常用的分离方法是水吸收法、冷凝分离法。目前，常用冷凝分离法，即将合成氨工序产物进行冷凝降温处理，氨液化得到液氨，通过分离器进行分离提纯。
2煤化工合成氨工艺节能优化措施
2.1换热器设备升级改造
可以对换热器进行升级改造，使用高效换热器进行设备和管线的传热，如波纹管换热器、异型管换热器、板式换热器等。以蒸发式冷凝器为例，通过优化改进换热器内部的换热元件，可以极大提升换热效果和冷却能力，从而实现高效换热，降低能耗。
2.2废水再处理改造
合成氨工艺过程中，为了控制成本使用的煤通常是碎煤，碎煤形成煤气水后，如果其内的焦油和煤粉尘不能有效地进行处理，极容易造成合成氨管线的堵塞，最终影响热传导的速率，造成热量的损失。另外，废水的回收再利用能够较为明显地提升能源的利用率，需首先进行煤焦油和煤粉进行二次或多次沉降处理，增加气浮装置，降低悬浮物含量，提升运行效率。
2.3流动设备改造
通过变频控制设备实现对流动设备的控制，传统的设备控制方式是固定供电频率对设备进行控制，启动设备不平滑，容易造成较大的电力损失。而变频控制方式可以实现平滑的增速或者减速，节电效率能够达到20%左右。另外还可以采取合成排放气的氢回收装置，能够充分节省原料氢的消耗。在甲烷化的设备前后增加选择性氧化和分子筛的干燥工艺，能够有效提升合成气的利用效率。
2.4吹风气回收系统
吹风气回收系统在长期的使用过程中会出现炉内挂灰、炉内正压等问题，影响其正常运行。就吹风气回收系统，需要在以下方面进行改进：（1）以折流式的措施对于燃烧室内原格子砖蓄热层进行改进，避免其被炉灰阻塞，并借此减轻其实际运作过程中的阻力，提升装置的储热程度；（2）配置蒸汽吹扫系统，并执行定期的清洁，对于换热管表面的挂灰沉积进行吹扫，以此来规避实际应用过程中的挂灰问题，强化换热效果；（3）以卧式对于原有的立式低空换热器进行改造，避免挂灰、积灰等现象的出现，进而强化系统的换热效果；（4）可以应用Y4-73NO8D型吹风气回收系统中的引风机，更换原有的引风机，进而提升系统工作过程中的引风量级。
2.5无动力氨回收系统
在氨水制取后的余热回收阶段，通常会面临回收效益差、运作能耗大的现象。为此，需要就膜分离提氢系统进行改造。可以在膜分离提氢系统内新增加一套无动力氨回收系统，利用换热器对于液氨贮槽的驰放气进行降温，通过分离冷凝操作使得气氨分离，使之转化为液氨。最后，通过换热器的运作，引导气氨走向冷凝环节，并将反应形成的尾气转向燃烧炉。
2.6变压吸附闪蒸气回收系统
变压吸附闪蒸气回收系统的应用在长期的运作过程中，会造成变压吸附脱碳以及碳丙脱碳在不同程度上出现排入空气的现象，进而造成原料的损失以及生产中必不必要的能源流失。为此，在改造的过程中，要充分考量原料的可回收利用性。可以在生产的过程中，利用变压吸附氢回收装置，对于碳丙脱碳闪蒸汽以及变压吸附装置进行引导，使之可以在应用之后，一部分回到压缩机入口，进而避免实践过程中气体的浪费，提升资源的回收利用率，提升原料煤的使用率。
2.7合成系统安全管理
合成系统是煤化工合成氨的重要环节，也是危险程度较高的环节之一。合成氨过程中需要氢气、氮气在高温、铁催化剂条件下进行，因此合成系统易燃易爆，且合成后的液氮是剧毒物质，存储和运输都需要做好安全管理工作。合成系统部分的安全管理多集中在通风、温度控制、防明火、人员隔离等方面，且需要为工作人员准备防静电、气体检测、淋浴器等设备，时刻做好防火和防护设备，保护工作人员的人身安全。合成系统比较理想的状态是隔离使用，避免无关人员接近，避免明火在合成系统周边出现，避免合成系统因泄漏导致的起火爆炸和人员中毒。
结束语
综上所述，为保证合成氨过程中，有效地降低合成氨装置的能耗，需要通过践行节能降耗的理念，对于合成氨装置的相关设备进行改进，并通过持续的探索，探究生产操作以及设备运用过程中的节能降耗措施，进而将可持续发展理念落实到氨生产的各个环节，在保证生产效能的同时，降低生产成本，避免无端的能源损耗，践行绿色发展理念，有效提升合成氨生产过程中的集约性与可持续发展性。
参考文献
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