合成氨工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)研究論文
隨著國家工信部頒布出臺《合成氨行業(yè)準入條件(征求意見稿)》，在合成氨生產(chǎn)上提高了能耗的準入條件，因此加快實施合成氨生產(chǎn)的節(jié)能改造已經(jīng)成為企業(yè)適應(yīng)新形勢發(fā)展的基本要求。本文首先在合成氨生產(chǎn)原料以及主要生產(chǎn)工藝指標等方面介紹了合成氨工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，并提出了實現(xiàn)合成氨生產(chǎn)節(jié)能改造的主要技術(shù)措施，可以為相關(guān)人員熟悉了解合成氨生產(chǎn)以及合成氨節(jié)能改造提供合理的參考。工業(yè)技術(shù)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步以及市場對于化工產(chǎn)品需求量的不斷增加，化工行業(yè)正處于迅猛發(fā)展階段。氨合成產(chǎn)品作為重要的化工產(chǎn)品，可以用于氮肥、硝酸以及銨態(tài)化肥的生產(chǎn)加工制造。隨著市場對于合成氨產(chǎn)品要求的不斷提高以及國家對于化工行業(yè)節(jié)能減排的要求，改善合成氨生產(chǎn)技術(shù)，加大節(jié)能技術(shù)開發(fā)，應(yīng)經(jīng)成為合成氨等相關(guān)化工行業(yè)迫切需要解決的主要問題。
一、現(xiàn)階段合成氨工業(yè)主要生產(chǎn)原料
合成氨的反應(yīng)公式為3H2+N2=2NH3+Q，合成氨的反應(yīng)特點主要為：可逆反應(yīng)，氫氣與氮氣反應(yīng)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(yīng)為放熱過程，反應(yīng)過程中反應(yīng)熱與溫度以及壓力有關(guān);而且需要催化劑的催化方能迅速進行合成氨反應(yīng)。現(xiàn)階段用硬合成氨生產(chǎn)的原料主要有天然氣、重質(zhì)油以及煤或焦炭，具體生產(chǎn)工藝如下所示：
1.天然氣
采用天然氣生產(chǎn)合成氨主要工序為脫硫、二次轉(zhuǎn)換、一氧化碳轉(zhuǎn)換以及去除二氧化碳等工序，在上述工序完成后即可得到氮氫混合氣，再利用甲烷化技術(shù)去除少量殘余的一氧化碳以及二氧化碳，并經(jīng)壓縮機進行壓縮處理，即可得到合成氨產(chǎn)品。
2.重質(zhì)油
重質(zhì)油主要是指常壓或者減壓蒸餾后的渣油以及利用原油深度加工后的燃料油。利用重質(zhì)油生產(chǎn)合成氨的工藝為首先重油與水蒸氣反應(yīng)值得含氫氣體。通過將部分重油燃燒以為反應(yīng)轉(zhuǎn)化吸熱提供足夠的熱量以及足夠的反應(yīng)溫度，進而通過重油制氫為合成氨的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)原料。
3.煤
以煤作為原料制取氫氣的工藝流程主要包括煤的高溫干餾焦化以及煤的氣化兩種，煤的焦化主要是將煤處于空氣隔絕的高溫條件下制取焦爐煤氣，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(chǎn)的原料。而煤的氣化，將煤在高溫條件下，通過常壓或者加壓的方式與水蒸氣或者氧氣反應(yīng)，得到含氫的氣體產(chǎn)物，以此為制作合成氨的原料。
二、合成氨生產(chǎn)工藝指標
1.合成氨生產(chǎn)壓力
通常情況下將壓力控制在3～4MPa左右，這主要是由于采取加壓的條件可以降低能耗，保證能量的合理利用，而且采取加壓的方式還可以提高反應(yīng)余熱的利用。
2.生產(chǎn)溫度
對于一段爐的溫度，一般控制在760～800℃左右，這主要是由于一段爐設(shè)備價值高，而且主要為合金鋼管，合金鋼管的特點在于溫度過高容易造成使用壽命大幅度降低。對于二段爐溫度，主要根據(jù)甲烷控制指標來確定。在合成氨的生產(chǎn)壓力以及水碳比得出后，應(yīng)該根據(jù)平衡甲烷的濃度來確定合成氨的生產(chǎn)溫度。通常情況下要求yCH4<0.005，出口溫度應(yīng)為1000°C左右。實際生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)化爐出口溫度比達到出口氣體濃度指標對應(yīng)的平衡溫度高
3.水碳比
由于水碳比高的條件下，殘余甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用較高的水碳比，約3.5～4.0。
三、合成氨生產(chǎn)節(jié)能措施研究
合成氨的生產(chǎn)作為需要大量能好的工業(yè)，，對于合成氨生產(chǎn)工藝進行節(jié)能技術(shù)改造已經(jīng)成為合成氨工業(yè)提高經(jīng)濟效益，實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。降低合成氨生產(chǎn)過程中的能耗，可以采取以下措施：
1.實現(xiàn)合成氨生產(chǎn)規(guī)模的大型化
生產(chǎn)規(guī)模的大型化在于可以綜合利用能量，并且可以采用離心壓縮機，在降低成本投入的同時，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的節(jié)能。大型化的合成氨生產(chǎn)可以建立完善的熱回收系統(tǒng)，進而降低能量的消耗，提高技術(shù)經(jīng)濟指標。此外，大型化的合成氨生產(chǎn)工藝由于采用了高速離心壓縮機，減少了合成氨的設(shè)備，并實現(xiàn)了合成氨生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。
2.實現(xiàn)制氣系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化
合成氨的生產(chǎn)主要集中在制氣環(huán)節(jié)，制氣環(huán)節(jié)的能耗達到成產(chǎn)工藝的70%以上，因此實現(xiàn)合成氨的節(jié)能，必須提高轉(zhuǎn)化率降低燃料消耗。
對于利用天然氣生產(chǎn)合成氨的工藝，可以采取以下幾種措施：結(jié)合用于生產(chǎn)合成氨的天然氣的密度以及其他信息，判斷天然氣碳含量，并及時調(diào)整蒸汽，并通過適當降低水碳比來實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的節(jié)能;嚴格控制合成氨過程中的煙氣氧含量，并盡可能的減少其波動，將其控制在較低的數(shù)值;在生產(chǎn)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(yīng)盡可能降低一段爐負荷;對于類似于Kelogg型的合成氨生產(chǎn)轉(zhuǎn)化爐，應(yīng)該盡可能地均衡控制各個支路間溫度，并減少各爐管間溫度偏差，進而大幅提高加熱效率，這樣不僅延長設(shè)備使用壽命，同時實現(xiàn)能耗的降低。
對于采用重油以及煤粉氣化爐的合成氨生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)節(jié)能技術(shù)改造可以采取以下措施：根據(jù)原料的基本屬性如密度、熱值等探尋反應(yīng)的最佳配比，及時調(diào)整氧氣量、蒸汽量，減少能耗;根據(jù)爐型及工藝設(shè)計不同控制方案，通過平穩(wěn)操作和優(yōu)化參數(shù)，提高轉(zhuǎn)化率，降低能耗;由于這類氣化控制的特殊性，如原料性質(zhì)難以定性、監(jiān)測點少、自動化程度低等，尚無開發(fā)出理想的優(yōu)化控制系統(tǒng)。
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，進而通過蒸餾進行進一步的分離，通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，采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，采用多極膜分離方法，由于氫氣透過膜的速率相比其他氣體較高，并通過多極膜進行分離而獲得純度較高的氫氣。
四、結(jié)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(chǎn)工藝中采取各種節(jié)能措施，并進行技術(shù)改造以便于降低能源消耗，提高合成氨的生產(chǎn)效益已經(jīng)成為合成氨生產(chǎn)技術(shù)改造的重點，這對于提高合成氨裝置的設(shè)備可靠性，改善合成氨的技術(shù)經(jīng)濟指標也具有重要的意義。
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