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合成氨工艺及节能改造措施分析

发表时间：2021/7/2 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：冯朋

[导读] 现如今，随着科学技术的快速发展，我国氨合成工艺水平不断改进提升，在工艺优化、技术改造等方面取得了显著的成果。

兖矿新疆煤化工有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市冯朋 830000

摘要：现如今，随着科学技术的快速发展，我国氨合成工艺水平不断改进提升，在工艺优化、技术改造等方面取得了显著的成果。在新形势下，为了响应国家节能减排、环保生态的号召，能耗控制在合成氨工艺发展中受到了越来越多的重视，能耗和该行业领域的经济效益存在着紧密的联系。因此对合成氨工艺的节能改造措施进行研究具有重要的意义。
关键词：合成氨；工艺；节能改造；措施分析
        引言：氨作为化学工业加工中最为重要的原材料之一，应用途径非常的广泛，并且曾经受到了大量专业人士的青睐。随现代科学信息技术飞速发展，使得我国对化学物质氨合成再加工工艺得到了显著提升，并且在工艺优化、技术改造以及后续所实施的节能改造中均取得了良好的效果。为切实符合我国节能环保、保持生态平衡的号召，合成氨工艺开始向节能减排、降低消耗方面发展，并且能够达到回收再利用这一目的。
        1合成氨工艺流程
        1.1原料气的制取
        合成氨工艺所采用的原料气为氢气和氮气，在生产过程中，氮气制取是以空气作为原料，采用一定的物理方法对空气进行液化处理，其原理是降低空气温度，使其液化。如采用深度冷冻的方法使空气液化，之后根据空气中氮、氧等成分沸点存在的差异性，通过精馏的方法将其中的氮气分离出来。随着温度的不断增加，沸点偏低的氮气会首先溢出。此外，还可以采用化学方法获得氮气，具体是通过碳在空气中的燃烧获得混合气体，之后通过一定的方法将混合气体中的二氧化碳脱除，这样就可以获得氮气。氢气制取可选用的原料则较多，如天然气、重质油、煤炭、焦炉气等均可以应用于氢气的制取。在工业操作的过程中，一般是使原料和水蒸气在高温环境下发生作用获得含有氢气、一氧化碳等组分的合成气，这一环节被称为造气。而对于煤炭等固体原料，则是采用固体燃料气化的方式获得合成气。
        1.2对原料气进行净化
        对于整个化学物质氨的合成过程中，对其原料气进行净化是一项非常重要，且需要格外重视的环节。合成氨原料气净化阶段主要包括如下几项内容：首先，需要先将原料气转化为一氧化碳，此类操作的目的是由于煤气体后会产生比例较多的一氧化碳，而如果想要完成氨物质的合成便必须要得到大量的水蒸气，一氧化碳可转变为氢气或者是二氧化碳，而如果直接由合成氨转变为一氧化碳或二氧化碳，无形中会增大工艺的难度，加大成本的支出与能源的消耗。因此，这一环节的实施，能够为实现合成氨工艺的节能减排提供良好的依据。其次，对原料进行脱碳脱硫操作。通常情况下会采用物理吸收法与化学吸收法来对原料进行脱碳操作，其主要目的是为减少施工期间，工作人员会因催化剂而出现中毒情况，以此来保证施工人员的生命安全。在脱碳期间，还需要同时进行二氧化碳气体的回收，来为后续纯碱以及尿素的制造提供原材料，也以实现资源再利用、节约成本支出等目的，达到环节节能效果。而在脱硫方法则通常为干法脱硫与湿法脱硫两种。但是因干法脱硫是固体脱硫剂来完成脱硫这一操作的，虽然其能够得到良好的脱硫效果，但是无法实现脱硫剂再生而使得工艺实施较为困难，因此这一方法多应用于精脱硫中；而湿法脱硫方式是借助化学溶液来完成脱硫操作的，湿法脱硫具有可再生性，因此其多用于粗脱硫操作中。
        1.3氨的合成
        作为氨合成工艺的最后一个环节，氨合成的主要内容就是在特定的条件下将氢气和氮气进行混合，使其发生化学反应。具体分为六个步骤：其一，对气体进行压缩和除油处理，通常采用氢氮气循环流程。其二，进行气体的预热和合成。其三，对氮进行分离。其四，未反应气体的循环。其五，排放惰性气体。其六，对反应热进行回收利用。

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以上各个步骤都需要在高温高压的条件下完成，整个系统是一个循环利用的系统，实现了所有原料的最大化利用，基本上不会出现浪费现象，实现了对成本的有效控制。
        2合成氨工艺的节能改造措施
        2.1造气工段技术的优化
        在造气工段，合成氨工艺技术的优化可以从几个方面出发：一是可以引入自动加焦机技术，对比其他技术，自动加焦机技术在节约能源的同时，也具备较好的环保性能比，可以帮助企业压缩生产成本，同时也能够提高生产的安全性；二是煤气余热回收技术。煤气余热回收技术能够借助相应的回收设备，对合成氨工艺中的余热进行回收利用，在提高资源利用率的同时，自然能够发挥出良好的节能效果；三是炉况监测和油压微机控制技术。通过对该技术的合理应用，能够实现对于企业资源的合理分配，完成对造气炉运行情况和周边环境的实时监测，确保在发生异常和问题时，能够在第一时间进行发现和处理，切实保证生产活动的有序进行，减少能源消耗；四是集中式高效洗气塔。在合成氨生产中，可以利用集中式高效洗气塔来降低系统运行的阻力，减少生产过程产生的废水和冷却水；五是吹风气余热回收技术，能够借助集中式燃烧炉回收技术，对生产过程中产生的余热信息再次回收利用，提高资源利用率的同时，也可以促进生产效率的提升；六是高效静电除焦油技术。高效静电除焦油技术的应用，可以显著提升氨气脱硫的效率和质量，也能够在一定程度上延长压缩机的使用寿命。在实际生产中，该技术一般被应用于清洗塔和脱硫的中间环节。
        2.2对废水循环利用技术进行改进
        在氨合成工艺实施的过程中，很多企业为了控制成本，常选择碎煤作为主要原料。但这会带来一定的负面后果，即碎煤在形成煤气水后无法将原有的粉尘和焦油彻底的分离出去，这些物质会对氨合成工艺系统中的管道造成堵塞，导致热损失的加剧。而通过废水的合理利用一方面可以提高生产效率，另一方面也可以避免能耗过多。为了提高废水循环利用的效果，可以在现有非水循环系统的基础上，加设气浮装置，同时对煤粉和焦油进行多次沉降，最大程度地减少煤气水中悬浮物和焦油的浓度，以避免发生系统管道堵塞的情况，促进合成氨装置的高效运行。
        2.3氨分离技术改进
        现阶段，氨主要是通过两种方法进行分离，--种是水吸收法，另一种是冷凝分离法。氨分离通常是通过氨分离器进行，相比于传统分离器，此装置相对先进，可以避免传统分离器不能彻底分离的弊端，使资源浪费得到有效控制。此种装置的工作原理是通过气体流向转变实现气体中液滴的分离。
        结语
        总之，合成氨工艺在推动国民经济发展方面发挥着非常积极的作用，而伴随着不断的发展，我国合成氨技术水平及产能都达到了世界先进水平，但是同时也存在不少问题，如能耗过高等。相关技术人员应该吸收和借鉴发达国家的先进技术，做好合成氨工艺的节能改造工作，在推动工艺创新的同时，提高合成氨的质量，满足节能降耗、可持续发展的需求。通过对合成氨工艺的改造优化，还可以显著提高生产效率，降低生产成本，借助节能减排优势，吸引社会各界的广泛关注，这样有利于合成氨生产企业经济效益和社会效益的提高，能够推动企业的长远稳定发展。
参考文献
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