氨是重要的无机化工产品之一,是化工产业的重要原料,在国民经济中占有重要地位。但是我国的合成氨生产技术存在着生产效率较低,能源消耗量大等问题,所以很多企业尝试采取一系列措施,比如对设备进行合理化改进,研制出功能较好的催化剂等等,来降低原料消耗,充分回收利用,降低生产成本,提高经济效益,促进经济发展。
1 合成氨的工艺流程
合成氨的工艺流程,大体可以概括为四步:固体燃料气化、空气的液化及分离、原料气净化、气体的压缩及合成。
1.1 原料气的制取
本工序主要目的是制取含有氮气、氢气的原料气。氢气主要由天然气、石脑油、重质油、煤、焦炭、焦炉气等原料制取。工业上通常先在高温下将这些原料与水蒸气作用制得含氢、一氧化碳等组分的合成气,这个过程称为造气。具体来说对于固体原料煤和焦炭,通常采用固体燃料气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类和石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。
氮气则主要来源于空气,可以通过物理方法空气液化或者化学方法得到。第一种物理方法即首先降低温度使空气液化,再升高温度,沸点低的氮气先逸出,从而获得高纯度氮气。而化学方法是让碳在空气中燃烧,再用脱除气体中的二氧化碳,即得到氮气.
1.2 空气的液化及分离
空分的原理是采用深度冷冻的方法,先将空气液化,然后根据空气中氧氮等组分沸点不同,用精馏的方法将空气分离成氧气、氮气等。
1.3 原料气净化
对粗原料气进行净化处理。原料气的净化是氨合成生产的重要环节,也是比较复杂的环节,此环节包括变换过程、脱硫脱碳过程和气体精制过程,以下对各个环节进行具体分析。
(1)一氧化碳变换。在煤气化生成的原料气中,一氧化碳占有较大比重,在合成氨工艺中需要使一氧化碳与水蒸气反应转换成二氧化碳和氢气,从而将难以脱除的一氧化碳转化为容易脱除的二氧化碳,并且提高有效气体氢气的含量。一氧化碳变换工序是工业过程中耗能最大的工序之一,所以,工业过程中要降低本工序能耗是解决资源浪费的关键步骤。
(2)原料气脱硫脱碳过程。脱碳工序是合成氨工艺流程中的重要环节,脱碳主要方法有物理吸收法和化学吸收法两种。这个环节是为了防止氨合成催化剂中毒现象的发生,在脱碳工序中重要的是二氧化碳的回收和利用,因为二氧化碳可以制造制造尿素、纯碱、碳酸氢铵,所以对于二氧化碳的回收利用既可以节约资源,又可以保护环境。其次是是脱硫工序。工业脱硫方法有干法脱硫或湿法脱硫两种方法。干法脱硫是用固体脱硫剂,脱硫效果好但是脱硫剂再生困难,常用于精脱硫。而湿法脱硫是用溶液脱硫,优点是再生容易,常用于粗脱硫。
(3)原料气精制
原料气的精制主要是精炼脱硫脱碳后原料气中残余的杂质,这些杂质成分包括少量的一氧化碳、二氧化碳和水等,以保护氨合成的催化剂。原料气的精制有多种方法,其中通常使用的方法有铜氨液吸收法、甲烷化法和深冷液氮洗涤法等。
1.4 氨的合成
氨的合成是合成氨工艺流程中最关键也是最后的部分,它是在一定条件下将氢氮混合气体进行化合反应。氨的合成主要有六步:1、气体的压缩和除油,此步骤采用氢氮气循环流程。2、气体的预热和合成;3氨的分离,可以回收分离后的气体;4未反应气体的循环;5惰性气体的排放;6、反应热的回收利用。氨的合成过程主要在高温高压下进行,整个系统是一个循环利用系统。不会造成浪费原料的现象,既降低了生产成本又提高了生产效率。反应热的回收利用这一环节是合成氨流程中的核心环节。
2 合成氨生产中的存在的问题
合成氨生产受多方面影响,主要的方面有:1、落后的生产技术;2、能源的浪费;3、生产管理制度不完善;4、能源供应不足。这四个因素综合影响着氨合成的生产。
3 合成氨生产系统节能改造措施
针对我国合成氨生产过程中的问题,企业采取了相应措施,包括提高生产技术,提高能源利用率,节约资源,合理利用余热。相关措施有:造气工段的技术改进,全低变流程的采用,新型氨合成塔内件,蒸发式冷凝器的使用等。
3.1造气工段的技术改进,(1)自动加焦机技术:此技术主要具有节省时间,减少能量消耗,提高能源利用率,安全性强的特点,可有效避免事故的发生。(2)油压微机控制、炉况监测与系统优化技术:此技术主要可以合理调节分配时间,能全面检测造气炉的情况和环境,进行反馈和调节,从而提高生产效率,节约资源,增强安全度,减少事故的发生。(3)集中式回收煤气余热:利用回收器对生产过程中产生的余气进行回收,可以提高资源利用率,形成资源的回收利用。有利于发展资源节约型经济。改善我国粗放型经济的情况。(4)集中式高效洗气塔:此方法主要利用高塔喷淋式洗气塔,来降低系统阻力,减少冷却水和污水,起到保护环境的作用。(5)提高入炉蒸汽品质:过热蒸汽可以起到稳定炉温,提高蒸汽分解率,降低能源消耗的作用,是合成氨过程中必不可少的环节。(6)吹风气余热回收:对吹风气余热的回收是节约资源的重要措施,此过程主要利用集中式燃烧炉吹风气回收技术,有的企业还可以采用三废流化混燃技术,回收利用余热,进而避免资源浪费,提高生产效率,提高经济效益。(7)增设高效静电除焦油器:焦油器的主要作用是保证脱硫质量和提高脱硫效率,提高气体的质量,延长压缩机的寿命,焦油器主要在脱硫工段前和清洗塔后使用,是氨合成生产中重要的仪器。
3.2 采用全低变流程,全低变流程主要具有提高工作效率,减少能源消耗,有效利用资源,形成资源循环利用,减少催化剂的使用量,降低生产成本,提高经济效益的作用。
3.3 使用新型氨合成塔内件,新型合成塔内件可以提高氨净值,提高生产能力,增加蒸汽产量,提高能源回收率,适当提高出塔合成气温度。新型合成塔有传统工艺所不具备的特点。
3.4 冷冻工段采用蒸发式冷凝器,此装置可以提高生产效率,降低能源消耗,减少氨合成工艺中的能源损失,提高了经济效益。
3.5 氨的分离新技术,氨的分离有水吸收法和冷凝分离法两种方法,氨的分离都是利用氨分离器来进行,这种装置较为先进,氨分离器较之传统的分离器先进许多,传统分离器有分离不彻底,资源的浪费现象,氨分离器的工作原理是利用转变气体流向来分离气体中的液滴。
4 结语
我国现阶段能源特别紧张,并且我国的工业主要是资源型工业,所使用的能源较多,在生产过程中,技术的落后很容易造成能源的浪费。其次我国经济形式为粗放型经济,而我国面临的国际问题是国际能源价格上涨,所以在合成氨工业中必须进行技术创新和改革,提高生产技术可以有效的提高能源利用率,合理利用资源,减少能源消耗。在产业结构上要进行改革,我国目前以第二产业为主,第二产业为重工业,主要依靠资源发展,所以产业结构的调整也是一大措施,要积极推动第三产业的发展,从依靠资源发展转向依靠技术发展,引进先进技术,提高技术的利用率,从而改善生产结构,进一步促进经济发展。
摘要：合成氨工业为我国的经济发展做出了突出贡献,但是我国的合成氨生产技术存在着一些问题,比如:生产效率较低,能源消耗量大,生产成本较高,所以合成氨工艺技术有待提高。本文介绍了合成氨的工艺流程,并针对这些问题提出了合成氨工艺流程中的节能和改造技术,用以提高工作效率,降低生产成本。
关键词：合成氨,工艺流程,节能措施
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