摘要：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，在工艺技术和节能降耗能方面都有重大进步，我国氨产量排名世界第一。文章重点就合成氨行业能耗现状与主要节能途径进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键字：合成氨；能耗现状；节能途径；分析
引言
现阶段国内较早引进的一批大型合成氨生产装置大多经过一次或几次扩能技改，与当今先进的装置相比，能耗偏高主要受限于主线工艺流程的差别，再进行大规模的技改技革来实现节能降耗已极不经济，只有在现有装置基础上实施小的革新及开停车过程、正常运行中进行优化操作来实现节能降耗。
1合成氨的意义
合成氨工业是基本无机化工之一，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。合成氨工业在二十世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务；第一次世界大战结束后，转向为农业、工业服务，农业对化肥的需求是合成氨工业发展的持久推动力。世界人口不断增长给粮食供应带来压力，而施用化学肥料是农业增产的有效途径。氨水（即氨的水溶液）和液氨体本身就是一种氮肥；农业上广泛采用的尿素、硝酸铵、硫酸铵等固体氮肥和磷酸铵、硝酸磷肥等复合肥料，都是以合成氨加工生产为主。用于生产各种氮肥的氨占氨总产量的80％-90％，氨和这些含氮化合物是生产燃料、炸药、医药、合成纤维、塑料的重要原料。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料，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。历时近一个世纪，目前合成氨技术正处于节能降耗阶段。
2合成氨的工艺流程
2.1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氨原料气，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，获得以氢气和一氧化碳为主体的合成气。
2.2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，必须通过脱硫、变换、变压吸附等工序进行脱除。
2.3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。
2.4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。
2.5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氨，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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
3合成氨行业能耗现状及原因
我国的氮肥工业能够利用焦炭、焦炉气、天然气、无烟煤、液态烃等多种原料合成氨以及尿素等化肥，合成氨的产量已经达到了国际领先的地位，并且各种生产规模的合成氨企业都发展很快，总的年产量大概有5000万吨，能够达到国内的氮肥需求，并且与国际合成氨工业有一定竞争力。我国氨肥企业当前最重要的一项工作就是节能减排，提高经济效益，以下分析我国的合成氨工业能耗高的原因：第一，原料的不合理利用。天然气被称作是最廉价最合理的合成氨原料，国外合成氨工业中百分之八十五都是以天然气作为原料，而在我国煤成为了合成氨的主要原料，占总比例的百分之七十以上；第二，生产企业管理落后，我国合成氨企业的耗能比国外企业高出40％-50％；第三，工业技术落后是阻碍氨合成工业的重要原因之一，降低合成压力以及催化剂技术的进步，这些大大的降低合成氨工业的能耗。国外合成氨企业大多采用15MPa的低压工业技术，而我国百分之七十以上的小型企业采用的是31.4MPa高压合成工艺，这使得我国合成氨成本与能耗几倍于国外企业。
4合成氨行业节能措施研究
4.1塔设备的改造
采用塔前预热器的合成氨工艺，采用这种工艺可以大幅度降低冷却水的消耗。通过预热塔气体，减少合成塔内换热器的负荷。当中锅蒸汽压力不变时，合成塔下段换热器负荷基本不变，实际上减少的是上段换热器负荷。减少合成塔内换热器负荷，提高合成塔的容积利用系数、催化剂装填量及合成塔的生产能力。塔内换热器负荷的减少，相应增加了中锅负荷，从而可提高中锅蒸汽产量。
4.2流体输送设备的改造
应用变频调速通过改变电机定子的供电频率来达到电机的调速，它可以根据电机负载的变化实现自动平滑的增速或减速。电动机效率高、调整范围宽、精度高，且能实现无级调速，节电效率在20％-30％。分析系统存在的高能消耗的原因，准确找到设备与流通输送相匹配的最佳工况点，采用系列高效节能泵；对负荷变化较大的系统，安装必要的自动控制系统，降低由此引起的能耗。
4.3换热设备的改造
通过采用各种高效换热器，如折流杆异型管换热器、波纹管热交换器、板式换热器、热管式换热器等在合成生产中取得了一定效果。以蒸发式冷凝器为例，该设备使用了高效传热元件加以优化组合，大大提高了换热效果与冷却效果，达到节电与节约冷却水用量的节能效果，取代了传统立式的水冷冷凝器。
5合成氨的节能现状与未来发展
近年来，我国合成氨技术有所提高，但是由于成本原因，不少工厂仍然使用老式的设备和方法，原料还是以由煤为主，有利的是国家现在对工业生产中的节能减排已经能够相当重视，正在大力改造这一现象。我国的氮肥工业在自二十世纪五十年代以来，不断发展壮大，目前合成氨产量已经跃居世界第一位，现在已经掌握了多种原料生产合成氨的技术。目前我国生产氨的总生产能力在不断提高，氮肥工业基本满足了国内的需求。在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后的发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。
结束语
综上所述，随着资源的不断匮乏以及能源危机的制约，在合成氨生产工艺中采取各种节能措施，并进行技术改造以便于降低能源消耗，提高合成氨的生产效益已经成为合成氨生产技术改造的重点，这对于提高合成氨装置的设备可靠性，改善合成氨的技术经济指标也具有重要的意义。
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论文作者:张峰,王创业,丁达建
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
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