山东润银生物化工股份有限公司 山东泰安 271509
摘要：进入21世纪以来，我国提倡节能环保发展理念，化工企业也在朝着这个方向发展。合成氨是一项复杂工作，该项工作在实际开展期间涉及到的工序较多，而变换工序是其中一项重要工序，其在合成氨工艺流程中发挥着关键作用。在合成氨工艺流程进行介绍基础上，文章对合成氨全低变换工艺技术优化进行全面分析，文中内容对相关工作人员有一定借鉴作用。
关键词：合成氨；全低变换；工艺技术；优化
引言
近年来，我国合成氨工艺水平在不断发展，但从行业发展现状来看，在能源节约、提高资源利用率方面依然有很大发展空间。因此优化合成氨工艺，实现节能降耗，对保证产业可持续发展具有重要意义。
1合成氨的变换工段介绍
合成氨的变换工序是CO与H2O生成CO2和H2的过程。合成氨的变换工序主要有“全低变”、“中低变”两种工艺。全低变工艺是从“中低变”演变而来的一种新工艺，我国在1990年代开始使用。该工艺主要采用低温活性良好的B302Q、B303Q型催化剂，所有进口温度都在200℃上下，因而成为全低变换。全低变工艺的优点是能耗低、阻力小、产能大。该工艺较为依赖低温催化剂的发展，而低温耐硫催化剂技术的发展使得全低变换工艺越来越成熟。
2合成氨工艺流程分析
2.1制备原料气
进行原料制备气时要先进行合成气制取，制取过车各种采用的主要原料为固体焦炭和煤，在该期间，一般采取气化法，利用该方法制作而成的粗原料气通常都灰含有一定量的氮元素和氢元素。还有一种方法就是非催化部分氧化法，这种方法一般可以应用在渣油获取合成气方面。从目前我国工业的整体发展情况来看，一般利用气态烃和石脑油中提炼合成氨，然后利用二段蒸汽转化法完成相应处理作业。
2.2气体净化
以煤为原料制得的粗原料气中含有硫化物和CO、CO2等有害杂质，不仅腐蚀设备和管道，而且能使氨合成生产所用的催化剂中毒，使氨产量下降，增加装置能耗，因此必须予以脱除。原料气中的CO一般分两次脱除，大部分CO通过变换反应，将较难脱除的CO与水蒸气发生反应转换成CO2，同时得到等量H2，因此CO变换既是原料气的净化又是原料气的制备。硫化物的脱除工艺根据CO变换和CO2脱除工艺的不同而不同。CO2是氨合成催化剂的毒物，但可以制作尿素、碳酸氢铵等肥料，所以CO2的处理要同时考虑脱除和回收。常用方法是采用溶液吸收技术将CO2脱除。由于不同吸收剂性能存在差异，大体上可以分为两类，一种是物理吸收法，如低温甲醇洗、聚乙二醇二甲醚法等；一种是化学转换法，如热钾碱法、低热耗本菲尔法等。
2.3氨合成
先利用压力对纯净的氮和氢混合器进行压缩，然后采用催化剂合成氨。采用压力进行压缩，实际生产期间，依据压力不同可以分为以下三种方法：
（1）高压法
能够通过高效率合成氨，对于混合气中的氨分离起来更加容易，应用效果较好。
（2）中压法
该方法是现阶段应用十分成熟的一种方法，具体应用具有不错的经济效益。
（3）低压法
该方法在具体应用期间对采用设备的性能要求相对较低，而且操作容易，这也是氨合成工艺技术是核心过程。
3变换工艺的选择
合成氨生产所采用的变换工艺有中温变换、中串低、中低低、全低变、等温变换等工艺。
传统的变换流程为中温变换工艺，一般设置一个变换炉，炉内装填高温活性的铁-铬系催化剂，半水煤气从上到下通过各段催化剂完成变换过程。
主要的缺点是蒸汽消耗大，出口CO含量高，变换能力低，不符合节能的要求。
中串低则是利用钴-钼系催化剂的低温活性好的性能，在传统中温变换的基础上开发出来的部分低温变换工艺，即在原中变降温后，串联钴-钼催化剂发生变换反应。由于催化剂的终态温度降低，可减少蒸汽的消耗，从而达到节能效果。同时中串低出口CO的含量与传统中变工艺相比可以降低3%左右，减轻了后工段的净化压力。
中低低工艺是在上述中串低流程上再串一个低变炉，由于反应终点温度比中串低降低30℃，蒸汽消耗继续下降，节能效果好。缺点是反应汽气比下降，中变催化剂发生过度还原，使用寿命缩短。
全低变工艺是为了解决中串低或中低低变换工艺中铁-铬系中变催化剂在低汽气比下的过度还原及硫中毒，而开发出来全部使用耐硫变换催化剂的变换工艺，各段进口温度均在200℃左右。该工艺的优点是床层温度下降，气体体积缩小，降低了系统阻力，提高了变换炉的设备能力，减少了压缩机的功率消耗。
等温变换的原理是利用安装在催化剂内部的水移热管束将催化剂床层反应热及系统多余的低品位热能移除，转化为高品位蒸汽。通过控制副产蒸汽的压力，水移热技术可以将催化剂床层温度控制在180～350℃，避免了床层温度过高，延长了催化剂使用寿命，减少了设备露点腐蚀，同时热量的移除增加了变换的推动动力，使得半水煤气中CO的转化率得到提高，同时提高了蒸汽的产量，减少了系统的能耗。
综合以上分析，中低低、全低变和等温变换工艺在节能上表现较好，但也各有优缺点。全低变和等温变换使用钴-钼系催化剂，避免了铁-铬催化剂强度不好容易粉碎的缺点，但是半水煤气中的氧会引起催化剂氧化，而H2S含量太低会引起催化剂反硫化，都会影响催化剂活性。中低低工艺高效、节能，又避免了全低变一段催化剂易老化、易反硫化和阻力容易增大等不足，有利于稳定生产，延长催化剂的使用寿命，并可降低入炉煤气中的硫含量，减轻腐蚀和变换气脱硫的负荷。
对于原料气中有毒杂质含量高的则选用中低低变换工艺，原料气中有毒杂质含量少的则可以选用全低变或等温变换工艺。各化工企业应当根据原料气的情况选择合适的工艺。
4合成氨中低低变换工艺技术的优化措施
4.1变换气脱硫工艺的管理
为保障脱硫效果，应展开有效的管理工作，先从辅料入手，最大限度地保障辅料的质量，控制辅料的杂质含量，进而保障积硫效果。如果选择栲胶的方式脱硫，应保障栲胶液的制备准确，保障效果。在具体脱硫辅料应用时，应注意投放时机，进而保障脱硫效果。对于栲胶液，应注意对前后的HS-含量进行测定。在具体的栲胶法应用中，应注意对溶液组分的选择，并控制塔压差上涨的现象，控制硫泡沫浮选困难的问题，进而保障脱硫工艺效果。
4.2选择合适的催化剂
从我国目前市场催化剂的情况上看，在性能上催化剂存在着较大的差异性，因此，在进行催化剂的采买过程中，必须要挑选有着一定信誉的厂家进行原材料的购买。通常情况下，在中低低工业生产过程中，常见的催化剂类型为Co-Mo化学材料，然而催化剂也存在着一定的缺陷问题，其在硫化物质作用下，其失活性以及耐久性都会受到不同程度的影响，因此，催化剂生产厂家也在采用积极的措施进行催化剂性能的优化，变换新型炉气体分布器的方式对其性能能够进行进一步的改善，使得催化剂在硫化产品的作用下呈现出稳定的状态，提高中低低工艺生产产品的性能。
结语
合成氨是一项复杂过程，变换工序是其中十分重要的一项工序，其在合成氨工艺流程中发挥着关键作用。在针对生产工艺的热量、物料平衡进行计算后，完成对合成氨全低变换工艺中反应中的各项参数的精准计算，进而提高反应的合理性，为合成氨设计提供精准、可靠大数据支持，确保日后生产作业的顺利进行，以免发生事故，造成经济损失及人员伤亡。
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