合成氨工艺流程的系统分析与节能措施

二、合成氨工艺流程的节能措施 合成氨生产是能耗巨大的产业，过程中除消耗原料如煤、天然 气、石油等一次能源外，还要消耗大量的电力、蒸汽等二次能源。合 理高效利用能源，做好节能技改工作，已成为合成氨工业的重要内容 [3]。下面是根据合成氨厂的实际情况，提出一些节能措施。 （1）添 加 合成 排 放气回收 氢 装 置。此 装 置具 有 节省原 料 氢消 耗，允许二段炉出口甲烷含量较高和降低惰性气含量的优点。 （2）提高表面冷却器效率。这是普遍使用的节能改造的措施。 （3）采用压 降 低 净 值 高 的 径向合成 塔 代 替 陈旧的 老合成 塔。 这一措施不但可以节省循环功和冷却功，还可以降低原料气消耗。 （4）设置一段燃烧炉空气预热器。 （5）脱碳过程的节能。例如采用两段再生、贫液再生和更换新 的活化剂等。 （6）完善热回收系统和利用低位热。改造热回收系统可使更多 的废热产生蒸汽，使原料气和空气进行蒸汽预饱和。设置氨吸收制冷 装置可利用多余的低位能热量，以供合成氨冷凝所需冷量[4]。 （7）在甲烷化前后采用选择性氧化和分子筛干燥工艺。 这可 有效提高合成气的利用率和改善氨合成工艺并降低能耗。 （8）提高氨合成的水冷氨量，减少氨冷系统热损失，降低铜液 所需冷冻量，可以有效降低电能消耗。
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，原料气在送往合成之前，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 氨合成工段的任务是将精制的氢气与氮气合成为氨，提供液氨 产品。氨的合成工序基本由三部分组成，即在高温、高压和催化剂参 与的条件下，氢与氮的混合气在合成塔中合成为氨；反应后的混合气 体经回收、冷却、冷凝分离出产品氨；未反应的气体和补充的新鲜气 体在升压后返回合成塔继续进行合成氨的反应。整个系统构成一个循 环。氨合成工段是整个合成氨工艺流程的核心。氨合成工段的生产状 况直接影响到工厂成本的高低，是合成氨厂高产低耗的关键工段。 5.氨的分离 在合成塔内的合成反应由于受反应平衡的限制。仅有部分氢氮 气体合成为氨，尚有大部分氢气和氮气未反应。因此，为了充分利用 合成塔出口混合气中未反应的氢气和氮气，同时也为了得到纯净的产 品氮，需要将氨从混合气中分离出来。氨的分离一般采用两种方法。 一种是水吸收法，另一种是冷凝分离法。目前，我国大型氨厂都采用 冷凝分离法分离氨。冷凝分离法是通过氨冷的方法使混合气中的气 态氨冷凝为液态氨，然后通过分离器进行气液分离。
三、结束语 当今世界能源紧缺和价格不断上涨，使合成氨工业的节能降耗 已 成当务之 急。完 善 合成 氨 工艺，采 取节 能 措 施，合 理 高 效 利 用能 源，是合成氨生产技术的重要内容。
参考文献 [1]孙凤伟,栾智宇.合成氨工艺技术的现状及其发展趋势[J].化
学工程师， 2010(04) [2]韩明山.合成氨生产技术探讨[J].化学工程与装备,2011（5） [3]徐松华,王文富，李涛，吴玉华.探讨节能减排技术在合成
科技专论
合成氨工艺流程的系统分析与节能措施
浙江省丽水市丽水学院 李建强
【摘 要】合成氨工业在我国国民经济中占有重要地位。本文对合 成氨工艺流程进行了系统分析，并提出有效的节能措施。
【关键词】合成氨；工艺流程；节能措施
合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，在国民经济中占 有重要地位。氨是化学工业的重要原料之一，具有非常广泛的用途。 我国合成氨技术发展迅速，在工艺技术、节能降耗能方面都有重大进 步，我国氨产量排名世界第一。
一、合成氨工艺流程的系统分析 1.原料气的制取 合成氨的原料是煤、天然气、重油、石脑油和焦碳等。无论何种 原料均可用CmHn来表示。这些原料在高温下与水蒸气作用生成以氢 和一氧化碳为主体的合成气。此过程是强烈吸热过程。煤气化法是我 国合成氨的主要制气方法。煤气化法是指用蒸汽、氧和其他气化剂对 煤进行高温加工，使煤转化为氢及一氧化碳等可燃性气体。对于气态 烃类，工业上普遍采用二段蒸汽转化法制取合成气。重油部分氧化法 是以重油为原料，利用氧气进行不完全燃烧，使烃类在高温下裂解与 燃烧产生的水蒸气与二氧化碳在高温下与甲烷进行转化反应，从而获 得以氢气和一氧化碳为主体的合成气[1]。 2.原料气净化 无论任何方法制得的粗原料气，除含氢和氮外，还含有硫化氢、 有机硫、一氧化碳、二氧化碳和少量氧等。这些物质对氨合成催化剂 有毒害，必须进行脱除。 （1）原料气脱硫 在天然气蒸汽转化流程中，脱硫置于管式炉之前，以保护蒸汽 转化催化剂的活性。在间歇式煤气炉制气流程中，脱硫置于变换之 前，以保护变换催化剂的活性。在重油部分氧化生产的流程中，脱硫 与脱二氧化碳在同一甲醇洗涤系统中进行。原料气脱硫的方法很多， 包括干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫一般有活性炭法、有机硫化氢转 化法和氧化锌法等。湿法脱硫方法很多，按吸收过程特点可分为化学 吸收法和物理吸收法。 （2）一氧化碳变换 粗原料气一般含有大量的一氧化碳。通常，需先经过一氧化碳变 换反应，使其转化为易于清除的二氧化碳和氨合成所需要的氢，反应 如下： CO+H2O(g)→CO2+H2 因此，一氧化碳的净化过程既是原料气的净化过程，又是原料 气制取的继续。最后，少量一氧化碳可通过铜液洗涤法、液氨洗涤法 或者低温变换连串甲烷化法加以脱除[2]。以煤为原料的中小合成氨 厂，一氧化碳变换工序耗用大量外供蒸汽，是工厂的主要能耗工序之 一。因此，降低一氧化碳的能耗是中小型氨厂节能工作的重点。 （3）二氧化碳脱除 原料气经变换后含有大量的二氧化碳。这些二氧化碳进入合成 工序以前必须脱除干净。同时，二氧化碳又是制造尿素、纯碱、碳酸氢 铵的重要原料。因此，在合成氨的生产过程中，二氧化碳的脱除及其 回收利用是脱碳工序的双重目的。工业上通常采用的脱除二氧化碳的 方法为溶液吸收法。它分为两大类，一类是循环吸收过程，即吸收二 氧化碳后在再生塔放出纯态的二氧化碳，以便为制造尿素提供原料。 另一类则是将吸收二氧化碳与其他产品生产结合起来同时进行，例如 碳铵、联碱和联尿的生产过程。 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
氨生产中的应用[J]. 科技信息,2011(25). [4]於子方.合成氨行业节能技术综述[J].企业与科技 2010(03)
302 《科技与企业》杂志 2012年4月（下）
Байду номын сангаас