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1、合成氨工艺条件的改进与节能杨荣安徽建筑工业学院材化学院应用化学专业合肥230601摘要 本文从合成氨工艺中所存在的一些高能耗问题入手，主要分析了合成氨 工艺的改进方法，以及从热力供给系统、反应催化剂及系统优化等方面采取措施 从而达到节能降耗的目的。文中所给的针对性措施可实际应用到合成氨工厂中O关键词 合成氨 工艺改进 节能降耗 生产流程 改进措施1前言合成氨工业自1901年诞生以来，经历了发明阶段、技术推广阶段、原料结 构变迁阶段、单系列大型化自动化阶段和节能降耗阶段，历史近一个世纪。目前 正处于节能降耗阶段。目前，由于世界范围内的能源紧缺，造成了世界能源价格不断上涨，而氮肥 的价格却保持相对
2、稳定，因此高能耗的合成氨厂面临着严峻的形势和挑战，这样， 合成氨工艺的改进势在必行。化学工业本来就是个能耗大户，而合成氨又是高能耗产品，目前国内的中小 型化肥厂合成氨的能耗普遍高于国外先进制氨工艺厂。工厂的经济效益由工艺的 能耗来决定，因此改进合成氨工艺是首要任务。2合成氨的工业生产途径合成工业是能耗较大的工业之一，根据原料品种和技术先进程度的不同， 单位产品的能耗差别很大，因此，所采用的先进技术应以总体生产节能为目标， 也就是说，合成工艺开发的总目标在于节能，因此要从能量的综合利用方面来考 虑节能方案。2.1用余热来加热热水以供锅炉或其它工序用2.2直接利用余热副产高热值的蒸汽供其它工序用2
3、.3利用副产蒸汽发电供全厂用2.4本系统内部自热平衡天然气合成氨工业流程图3降低合成氨工厂能耗的措施中小型工厂一般以天然气为原料制取氨，天然气用量的多少直接决定着工厂 能耗，下面列出降低中小型合成氨厂能耗的一些措施：3.1合成氨工厂造气工序的节能措施3.1. 1降低吹风系统的阻力3.1.2采用蒸汽自调系统3.1.3优化造气操作系统3.2合成氨工厂变换工序的节能措施3.2.1开发优质低温高效变换催化剂3.2.2变换炉合理分段并采用合适的降温措施3.2.3防止变换催化剂衰老、中毒与失活3.2.4加强保温、降低热损失3.2.5系统优化设计与优化操作3.3合成氨工厂合成工序的节能措施3.3.1 开发优
4、质低温高效合成催化剂3.3.2开发新型氨合成塔3.3.3防止合成催化剂衰老、中毒与失活3.3.4 加强保温、降低热损失3.3.5用吸氨制冷代替压缩制冷3.3.6用吸收分氨代替深冷分氨3.3.7回收放空气中的氢气和氮气3.3.8系统优化设计与优化操作4综合考虑上述各方面所提及的节能措施总结出节能方法与具体实施操作1. 造气炉整体改造技术该技术包括造气炉扩径、夹套加高、出口管的移位、适合不同煤种的专用炉 篦、炉底转动装置采用变频器进行调速控制等整体配套改造。改造后可明显提高 造气炉的制气强度，降低煤耗。2. 合理选择高效造气鼓风机要根据各种造气炉炉径、煤种、发气量要求、系统配套设备与管道阻力的不
5、同，综合考虑合理选择风机，既要足够满足制气吹风的风量要求，又要防止风量 过大而造成吹风气带出物增多。3. 自动加焦（煤）机技术使用该技术可节省停炉时间，连续制气、减少热量损失，缩短吹风时间，提 高单炉发生量，并有利于稳定炉温与气体成份，降低吨氨煤耗，减轻操作工的劳 动强度，减少事故发生。4. 油压微机控制、炉况监测与系统优化技术使用该技术可合理调节控制造气循环分配时间、入炉蒸汽量、氢氮比和加煤、 下灰等，能对造气炉的炉况全面监测并进行闭环调优，进而优化生产状态，达到 造气系统高产、稳产、低耗的目的。5. 采用高效除尘器选用低阻的高效旋风除尘器，可提高煤气的除尘效率，减少飞屑的损失与设 备管道的
6、磨损。6. 集中式回收上、下行煤气余热采用一台集中式对应多台造气炉的热管型余热回收器回收上、下行煤气余热， 有利于降低系统阻力及提高余热回收率。7. 集中式高效洗气塔采用一台集中式高效低阻填料洗气塔来取代常用的一台造气炉配一台的空 塔喷淋式洗气塔，有利于降低系统阻力与提高洗涤冷却效果，并可减少15%20% 的冷却水与污水处理量。8. 提高入炉蒸汽品质入炉蒸汽采用过热蒸汽，有利于制气过程中炉温的稳定，提高蒸汽分解率与 单炉发气量5%8%，降低吨氨原料煤与蒸汽消耗量。9. 吹风气余热回收借助合成弛放气助燃，采用集中式燃烧炉吹风气回收技术，回收造气吹风气 的显热与潜热，副产过热蒸汽。有条件的企业可采
7、用三废流化混燃炉技术将吹风 气与造气炉渣结合在一起，回收利用副产过热蒸汽，搞热电联产，有利进一步提 高节能效果与经济效益。10. 降低造气系统阻力单炉发生量提高，对于配套的管道与阀门的口径也需相应放大，管道配置尽 量减少弯头，配管流向要合理，对洗气塔的煤气管插入深度等需进行相应的调整， 这样有利造气炉的制气与节约鼓风机电耗。11. 回收利用冷凝水现有使用蒸汽加热而冷凝下来的冷凝水被大量直接排全地沟，要尽可能改造 为全部回收利用，既能回收其热量减少锅炉燃料的消耗，又能节省水费与水处理 费，降低生产成本。12. 高效脱硫剂与防堵低阻脱硫塔可采用888或888+栲放等高效脱硫剂及不易堵塔的低阻脱硫塔
8、，提高脱硫效 率，减少脱硫液循环量，降低电耗。13. 节能型全低变与中低低变换工艺在采用宽温钻钼低变催化剂的前提下，根据企业生产条件的情况不同，可采 用节能型全低变或中低低变换工艺。该工艺变换率高、流程简单、阻力小、蒸汽 消耗少，吨氨蒸汽消耗分别达到250kg 与忍350kg。14. 采用改进型的丙碳法、NHD法与变压吸附法（PSA）脱除CO2工艺这3种工艺均系当前各企业所采用的低能耗脱碳技术，具体选择要从净化气 要求，前后工艺条件及技术经济指标结合企业具体情况而定。15. 采用经济合理的合成压力对于氨合成催化剂生产强度，根据低空速、高净值、低阻力与节能的角度衡 量及技术经济分析，建议按182
9、0t氨/m3d生产强度选择合成塔与催化剂，使 其操作压降低至22M24MPa （初期还要低2MPa左右），这样可使吨氨节电50kWh 左右，还可增加2%3%的氨产量。16. 采用活性好、宽温、高强度氨催化剂及其相匹配的高效节能型合成塔可提高氨净值，从而减少循环气的循环量，降低循环机电耗，减少冷冻能耗。17. 塔外提温型合成工艺与二级余热回收技术对氨合成反应热的回收利用采用该工艺技术，可使合成气工艺余热按位能高 低获多级利用，废热锅炉副产蒸汽，软水加热器加热软水，可充分提高余热回收 率，减少循环冷却水用量。18 .氨气、氢气回收技术在合成氨生产过程中，由于生产负荷的变化，为保持合成系统的适宜操作
10、压 力，会造成合成系统中的放空气和氨槽弛放气量增加，而这部分气体中均含有大 量的氨和氢随之放空，导致合成氨各项消耗增多，成本加大。根据这两种气源的 不同组分和特性可分别采用膜分离技术回收放空气中的氢气以及采用无动力氨 回收技术回收氨槽弛放中的氨气。19. 制冷系统蒸发式冷凝器该设备是采用热力学、传热学等工程学的先进技术，对交叉式冷却塔和传统 蒸发式冷凝器进行优化组合，具有结构紧凑、占地少、质量轻、安装简便等优点， 使用了高效传热元件，提高了换热效率与冷却冷凝效果，达到运转功率小、耗电 量少、冷却水消耗少的效果，是取代传统的立式水冷冷凝器的有效节能设备。20. 利用低位能余热采用漠化锂吸收制冷技
11、术利用尿素、合成氨生产过程的低位能余热（热水、冷凝液等）采用热水型漠 化锂吸收式冷水机组制取低温冷水，用于冷却氮氢压缩机一级入口煤气、三级、 六七级入口煤气，脱碳吸收液与氨合成循环气等，可充分利用低位能热量提高压 缩机打气量，减少脱碳吸收液循环量、降低氨冷、冷冻机负荷，达到增产、降低 电耗的效果，在夏天等高温季节效果尤为明显。21. 机泵电机采用变频调速技术对有负荷变化、经常造成机泵电机“大马拉小车”的转动设备如造气的炉条 机、锅炉给煤机、给水泵、空气鼓风机、罗茨鼓风机、甲胺泵、液氨泵等，采用 变频调速，实现平滑的无级调速，在生产过程中能获得较佳调速，从而可取得明 显的节电效果。对于高压大中容
12、量交流电机的调速，可采用内馈载波调速技术， 与高压变频相比，具有效率高、价格低、功率高等优点。22. 氮氢压缩机的节电氮氢压缩机的耗电占合成氨电耗的70%左右，因此合理选择与使用压缩机对 吨氨电耗关系密切。要逐步淘汰落后、高耗的L3.3-17、4M8、4H8等陈旧压缩机， 结合节能技改选择单机能力2万t/a合成氨的大中型机组，使吨氨电耗明显降低。 选用可靠的气阀，延长机组无故障运行时间，确保循环油冷却效果，提高一进压 力，降低一进温度，提高段间冷却与分离设备效率等技术措施。尽量不采用不同 压缩机机型的并机使用，防止由并机不和谐而造成的无效功损失与影响运行故障 周期。23. 企业电网系统节电该节
13、电产品是通过对半导体瞬流控制技术，复合式实时滤波技术和远程跟踪 与诊断技术的重大突破，以10-12秒的反应速度对瞬流和高次谐波进行及时的测 试和有效的控制，同时能消除设备开关启合引起的高能量突变引起的瞬流，提高 电源质量，减少电损，提高系统用电设备的效率。24. 蒸汽管道系统节能从锅炉房输送至各用汽点的蒸汽管道系统应遵循高压输送、低压使用的原则， 可减少管道建设费用、减少散热损失。系统应合理选择与配置足够的疏水阀，疏 水阀使用好坏直接影响到蒸汽的消耗，是节能潜力最大的地方。要做好蒸汽管道 系统保温工程，减少管网的热损失。 I 压崭机3ZC 7D5CM1氮分窝器冷勰塔_+1.滤油群| 心1 772. 3MJr gm433kg1改进前生产工艺流程2改进后生产工艺流程参考文献1云南化工1995年第1期 合成氨工艺设计的改进与能耗分析李琦角仕云2朱丙辰主编无机化工反应工程北京化学工业出版社,19913李绍芬主编化学与催化反应工程北京化学工业出版社，19874于遵宏等编大型合成氨厂工艺过程分析北京 中国石化出版社19935王建华主编化学反应器设计成都成都科技大学出版社,1989
