關於合成氨工業技術現狀及節能技術研究論文

關於合成氨工業技術現狀及節能技術研究論文

　　隨著科學技術的不斷進步以及市場對於化工產品需求量的不斷增加，化工行業正處於迅猛發展階段。氨合成產品作為重要的化工產品，可以用於氮肥、硝酸以及銨態化肥的生產加工製造。隨著市場對於合成氨產品要求的不斷提高以及國家對於化工行業節能減排的要求，改善合成氨生產技術，加大節能技術開發，應經成為合成氨等相關化工行業迫切需要解決的主要問題。

　　一、現階段合成氨工業主要生產原料

　　合成氨的反應公式為3H2+N2=2NH3+Q，合成氨的反應特點主要為：可逆反應，氫氣與氮氣反應生成氨，同時氨在一定條件下也可以分解成氫氣和氮氣；此外，合成氨的反應為放熱過程，反應過程中反應熱與溫度以及壓力有關；而且需要催化劑的催化方能迅速進行合成氨反應。現階段用硬合成氨生產的原料主要有天然氣、重質油以及煤或焦炭，具體生產工藝如下所示：

　　1.天然氣

　　採用天然氣生產合成氨主要工序為脫硫、二次轉換、一氧化碳轉換以及去除二氧化碳等工序，在上述工序完成後即可得到氮氫混合氣，再利用甲烷化技術去除少量殘餘的一氧化碳以及二氧化碳，並經壓縮機進行壓縮處理，即可得到合成氨產品。

　　2.重質油

　　重質油主要是指常壓或者減壓蒸餾後的渣油以及利用原油深度加工後的燃料油。利用重質油生產合成氨的工藝為首先重油與水蒸氣反應值得含氫氣體。透過將部分重油燃燒以為反應轉化吸熱提供足夠的熱量以及足夠的反應溫度，進而透過重油制氫為合成氨的生產提供基礎原料。

　　3.煤

　　以煤作為原料製取氫氣的工藝流程主要包括煤的高溫乾餾焦化以及煤的氣化兩種，煤的焦化主要是將煤處於空氣隔絕的高溫條件下製取焦爐煤氣，通常情況下焦爐煤氣中含有60%左右的氫氣，作為合成氨生產的原料。而煤的氣化，將煤在高溫條件下，透過常壓或者加壓的方式與水蒸氣或者氧氣反應，得到含氫的氣體產物，以此為製作合成氨的原料。

　　二、合成氨生產工藝指標

　　1.合成氨生產壓力

　　通常情況下將壓力控制在3～4MPa左右，這主要是由於採取加壓的`條件可以降低能耗，保證能量的合理利用，而且採取加壓的方式還可以提高反應餘熱的利用。

　　2.生產溫度

　　對於一段爐的溫度，一般控制在760～800℃左右，這主要是由於一段爐裝置價值高，而且主要為合金鋼管，合金鋼管的特點在於溫度過高容易造成使用壽命大幅度降低。對於二段爐溫度，主要根據甲烷控制指標來確定。在合成氨的生產壓力以及水碳比得出後，應該根據平衡甲烷的濃度來確定合成氨的生產溫度。通常情況下要求yCH4<0.005，出口溫度應為1000°C左右。實際生產中，轉化爐出口溫度比達到出口氣體濃度指標對應的平衡溫度高

　　3.水碳比

　　由於水碳比高的條件下，殘餘甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般採用較高的水碳比，約3.5～4.0。

　　三、合成氨生產節能措施研究

　　合成氨的生產作為需要大量能好的工業，，對於合成氨生產工藝進行節能技術改造已經成為合成氨工業提高經濟效益，實現健康可持續發展的關鍵。降低合成氨生產過程中的能耗，可以採取以下措施：

　　1.實現合成氨生產規模的大型化

　　生產規模的大型化在於可以綜合利用能量，並且可以採用離心壓縮機，在降低成本投入的同時，實現生產過程的節能。大型化的合成氨生產可以建立完善的熱回收系統，進而降低能量的消耗，提高技術經濟指標。此外，大型化的合成氨生產工藝由於採用了高速離心壓縮機，減少了合成氨的裝置，並實現了合成氨生產工藝的最佳化。

　　2.實現制氣系統的節能最佳化

　　合成氨的生產主要集中在制氣環節，制氣環節的能耗達到成產工藝的70%以上，因此實現合成氨的節能，必須提高轉化率降低燃料消耗。

　　對於利用天然氣生產合成氨的工藝，可以採取以下幾種措施：結合用於生產合成氨的天然氣的密度以及其他資訊，判斷天然氣碳含量，並及時調整蒸汽，並透過適當降低水碳比來實現生產工藝的節能；嚴格控制合成氨過程中的煙氣氧含量，並儘可能的減少其波動，將其控制在較低的數值；在生產過程中除滿足氫氣與氮氣比、二段爐出口的甲烷含量以及溫度的條件外，應儘可能降低一段爐負荷；對於類似於Kelogg型的合成氨生產轉化爐，應該儘可能地均衡控制各個支路間溫度，並減少各爐管間溫度偏差，進而大幅提高加熱效率，這樣不僅延長裝置使用壽命，同時實現能耗的降低。

　　對於採用重油以及煤粉氣化爐的合成氨生產工藝，實現節能技術改造可以採取以下措施：根據原料的基本屬性如密度、熱值等探尋反應的最佳配比，及時調整氧氣量、蒸汽量，減少能耗；根據爐型及工藝設計不同控制方案，透過平穩操作和最佳化引數，提高轉化率，降低能耗；由於這類氣化控制的特殊性，如原料性質難以定性、監測點少、自動化程度低等，尚無開發出理想的最佳化控制系統。

　　3.從馳放氣中回收氫

　　從馳放氣體中回收含氫氣體。從馳放氣體中回收有氫氣體主要有以下幾種方式：第一，將馳放氣體低溫液化，進而透過蒸餾進行進一步的分離，透過這種方式不僅可以回收有氫氣體，同時可以回收部分稀有氣體。第二，採取分子篩在高壓條件下吸附的方式，進而在減壓下進行解吸的方法分離得到有氫氣體。第三，採用多極膜分離方法，由於氫氣透過膜的速率相比其他氣體較高，並透過多極膜進行分離而獲得純度較高的氫氣。

　　四、結語

　　隨著資源的不斷匱乏以及能源危機的制約，在合成氨生產工藝中採取各種節能措施，並進行技術改造以便於降低能源消耗，提高合成氨的生產效益已經成為合成氨生產技術改造的重點，這對於提高合成氨裝置的裝置可靠性，改善合成氨的技術經濟指標也具有重要的意義。

　　參考文獻

　　[1]何歡.方巨生.胡洪英.陳志方.胡振軍.張新嶺熱聯合在塔西南化肥廠節能降耗的應用[期刊論文]-油氣田環境保護2011（5）.

　　[2]餘雲松.朱建立.李青.李雲.莫沅.張早校變負荷條件下的大型合成氨裝置特性研究[期刊論文]-西安交通大學學報2009（10）.

　　[3]鬍子曼.張瑩.毛雪峰.唐猷成.張偉東.楊景昌低溫餘熱驅動的合成氨吸附分離流程的模擬及比較[期刊論文]-現代化工2010（4）.