合成氨工艺分析及节能改造

杨佳奇

大庆石化公司化肥运行部合成氨装置区

摘要：合成氨工艺在我国的应用具有重要意义。合成氨生产过程将消耗大量的煤能源，因此有必要加强合成氨工艺的分析，并改造其工艺技术，实现节能降耗，这对我国能源节约和可持续发展具有重要意义。本文对合成氨工艺及节能改造措施进行了详细的分析。

关键词：合成氨；工艺流程；节能改造措施

氨是人们日常生活中不可缺少的一种化工产品，主要用于农业生产。合成氨不仅是氮肥生产的基础，并且氨本身就是重要的化肥原料，因氨不仅是重要的无机化学原料，而且是有机化学的基本原料。由于合成氨需要大量的能源，如果合成氨工艺流程不够科学与环保，这将导致每年由于合成氨而造成的大量资源浪费，因此合成氨工艺需改进。

一、合成氨的工艺流程

1、原料气的制取。该工序的主要目的是制取含有氮和氢的原料气。氢气主要由天然气、石脑油、重质油、煤、焦炭、焦炉气等原料制取。工业上通常先在高温下将这些原料与水蒸气作用制得含氢、一氧化碳等组分的合成气，这个过程称为造气。具体而言，对固体原料煤和焦炭，通常采用固体燃料气化法制取合成气；渣油可用非催化部分氧化法获得合成气；对于气态烃和石脑油，工业上采用两段蒸汽转化法制取合成气。

氮气则主要来源于空气，可通过物理方法空气液化或化学方法得到。第一种物理方法即首先降低温度使空气液化，再升高温度，沸点低的氮气先逸出，从而获得高纯度氮气。而化学方法是让碳在空气中燃烧，再用脱除气体中的二氧化碳，即得到氮气。

2、净化原料气。净化处理原料气是合成氨工艺的重要流程。这一流程相对复杂，包含以下几个环节：1）变换-氧化碳。由于通过煤气化制取的原料气内含较大比重的一氧化碳，而在合成氨生产过程中需要将水蒸气、一氧化碳向氢气、二氧化碳进行转变，将一氧化碳向二氧化碳进行转变可降低其脱除的难度，同时可增加氢气含量。在工业生产过程中，变换一氧化碳是一个需要消耗大量能量的工序，因此应使这一工序的能耗降低，以解决能源浪费问题。2）原料气脱碳脱硫。在合成氨生产过程中，脱碳脱硫是重要环节。可通过两种方式进行脱碳，一种是物理吸收法，另一种是化学吸收法。脱碳的目的是为了避免出现催化剂中毒现象。在脱碳过程中，回收利用二氧化碳是重要工序，由于二氧化碳不仅能制造碳酸氢铵，还可制造纯碱和尿素等，因此回收利用二氧化碳可实现资源节约的目的，同时能得到环保的效果。另外，脱硫的方式也包括两种，一种是干法脱硫，另一种是湿法脱硫，其中干法脱硫是指通过固体脱硫剂进行脱硫，可取得良好脱硫效果，但脱硫剂难以再生，在精脱硫中较为常用；湿法脱硫是指通过溶液进行脱硫，此种脱硫方式具有可再生性，在粗脱硫中较为常用。

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。

4、氨的合成。氨的合成是合成氨工艺流程中最关键也是最后的部分，它是在一定条件下将氢氮混合气体进行化合反应。氨的合成主要有六步：1）气体的压缩和除油，此步骤采用氢氮气循环流程。2）气体的预热和合成；3）氨的分离，可回收分离后的气体；4）未反应气体的循环；5）惰性气体的排放；6）反应热的回收利用。氨的合成过程主要在高温高压下进行，整个系统是一个循环利用系统。不会造成浪费原料的现象，既降低了生产成本又提高了生产效率。反应热的回收利用这一环节是合成氨流程中的核心环节。

二、合成氨的节能改造措施

尽管合成氨的用途十分广泛，其生产工艺也趋于成熟，但合成氨的生产对能源的消耗也十分巨大。合成氨的生产必须依靠不可再生能源作为材料，因此，氨本身就是一种不可再生能源的另一种存在方式，所以做好合成氨的节能改造措施，从而保证合成氨生产减少，对能源的消耗和提高能源的利用效率显得尤为重要。

1、改进废水的循环利用技术。合成氨的生产中，生产者为了节约成本所使用的原材料通常都是碎煤，碎煤形成煤气水后其中焦油和粉尘的分离并不彻底，从而导致合成氨生产的管道出现堵塞的情况，进而增加了合成氨生产中的热损失。此外，废水的利用也可提高合成氨的生产，降低煤能源的消耗。针对废水的循环利用技术改造，要对焦油、煤粉进行二次甚至是多次沉降，同时还要增加气浮装置，争取在进行二次沉降或多次沉降后，较低煤气水中的油质量浓度和悬浮物，减少煤制合成氨装置堵塞概率的发生，提高装置的运行效率。

2、造气工段的技术改进。1）自动加焦机技术：此技术主要具有节省时间，减少能量消耗，提高能源利用率，安全性强的特点，可有效避免事故的发生。2）油压微机控制、炉况监测与系统优化技术：此技术可合理调节分配时间，能全面检测造气炉的情况和环境，进行反馈和调节，从而提高生产效率，节约资源，增强安全度，减少事故的发生。3）集中式回收煤气余热：利用回收器对生产过程中产生的余气进行回收，可提高资源利用率，形成资源的回收利用，有利于发展资源节约型经济，改善我国粗放型经济的情况。4）集中式高效洗气塔：此方法主要利用高塔喷淋式洗气塔，来降低系统阻力，减少冷却水和污水，起到保护环境的作用。5）提高入炉蒸汽品质：过热蒸汽可起到稳定炉温，提高蒸汽分解率，降低能源消耗的作用，是合成氨过程中必不可少的环节。6）吹风气余热回收：对吹风气余热的回收是节约资源的重要措施，此过程主要利用集中式燃烧炉吹风气回收技术，有的企业还可采用三废流化混燃技术，回收利用余热，进而避免资源浪费，提高生产效率，提高经济效益。7）增设高效静电除焦油器：焦油器的主要作用是保证脱硫质量和提高脱硫效率，提高气体的质量，延长压缩机的寿命，焦油器主要在脱硫工段前和清洗塔后使用，是氨合成生产中重要的仪器。

3、氨分离技术改进。目前，氨主要是通过两种方法进行分离，一种是水吸收法，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。

三、合成氨在未来的发展趋势

1、在合成氨的技术开发过程中，最关键的设备是合成气设备，主要为合成气的净化、氨气合成，还有合成气体的压缩。

2、在合成氨的过程中，最有效的途径是以“油改气”为主的调整技术。这样可改善它的经济效益，增加其市场经济实力。只有这样，在石油短缺的今天，才可找到更适合的能源来代替它。

3、设备集中化和大型化还有自动化的重要性，只要以这些为中心，能源消耗才能降到很低，才会成为其主流方向。这样多生产、效率高，才能在其他资源短缺时及时补充。

4、可把保护环境体现的淋漓极致。因为在其生产过程中没有不必要的废物和污染大气的产物生成，彻底实现零排放。

四、结语

随着社会的快速发展和科技的进步，人们身边有着越来越多的化工制品，这些化工制品极大地方便了人们的生活，并使其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中使用较广的一种化学物质，其生产方式主要依靠煤、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。合成氨的用途很广泛，对我国的工业、农业、医药业都有着极大的作用。

参考文献：

[1]郭启星.合成氨工艺与技术节能探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2022（16）．

[2]李建强.合成氨工艺流程分析与节能措施[J].科技与企业，2022（08）．

[3]赵永刚.煤化工合成氨工艺分析及节能改造措施[J].黑龙江科技信息，2022（34）.