合成氨生产工艺节能增效综合改造的探索

合成氨生产工艺节能增效综合改造的探索

张英俊（青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海 格尔木816099）

摘要：社会经济的高速发展为合成氨生产行业带来了更加广阔的发展前景，但也对合成氨生产行业提出了可持续化改革要求。本文就基于此， 对合成氨工艺节能增效的综合改造进行相关概述，旨在降低合成氨生产能耗量，缩减合成氨生产成本，实现合成氨生产经济效益、社会效益、生态效益最大化发展目标。

关键词：合成氨生产工艺；节能增效；综合改造

自改革开放以来，我国合成氨生产行业得到了快速发展。随着国家对能源，特别是石油及煤炭等不可再生能源的高度重视，合成氨产品的高性价比生产效率已然成为各生产企业重要竞争因素之一。因此为适应时代发展潮流，满足社会环境要求，需对传统合成氨生产工艺进行综合改造，通过开发新气体产品及生产设备，从根本上提升合成氨生产期间的节能增效性。

1传统合成氨生产工艺分析

以某合成氨生产工厂为例，该工厂以半水煤气为主，在控制氢氮比的同时，用浓氨水吸收变换气中的二氧化碳，最后通过脱碳生成碳酸氢铵。随着大众环保意识的不断加强，原有合成氨产品需求量锐减，相关工作人员又在合成氨生产工艺基础上加入了变压吸附脱碳技术^[1]。虽然此种脱碳技术可从根本上提高生产效率，降低生产能耗量，但依然无法实现彻底吸附氮气与二氧化碳的目标，导致脱碳期难度增大。同时，传统合成氨生产中的合成气原料需经过三级降压后再进入到变压吸附装置中，生产成本较高，应进行新一轮得综合改造。

传统合成氨生产工艺主要存在以下两方面问题：第一，两气消耗问题。生产两气耗能量高于设计用量，锅炉燃烧情况不佳，生产期间余热回收量少，蒸汽消耗量较大^[2]；第二，水消耗问题。在解决氨气生产水消耗问题的过程中，需查找到影响生产水质的原因，提升冷凝水质量及回收等级。对生产技术进行改造，消除管道阻力，降级蒸汽冷凝水浪费率。

2合成氨生产工艺过程能量

在合成氨生产过程中，需经过能量供应、转换、利用及回收等环节，如预热原材料气、冷却工艺介质、气体压缩等。合成氨生产提供一定的动力及热量，又会随温度的不同将热量排除。通过热力学第二定律可知，外供及热量的能源应随能量需求对回收系统进行优化，找出节能潜力，制定出有效的节能措施。对于合成氨生产而言，公用工程系统是重点能耗区，也是能量转换的主要场所，应着重关注公用工程系统。

3合成氨生产工艺节能增效原则

    在对合成氨生产工艺进行综合改造过程中，需相关工作人员遵守以下原则：第一，满足能源最小化原则^[3]；第二，遵守热力学规则；第三，控制排废能量；第四，实时控制设备运行情况；第五，经济适用性原则。

4合成氨生产工艺节能增效综合改造

4.1高效利用水煤气

合成氨生产中的水煤气主要就是气化剂所制取的煤气，包括上下两个吹制气环节；混合媒体主要就是将水蒸气与适当空气整合制取出的煤气，包括上下两个吹加氮制气环节；半水煤气符合煤气成分比例，且水煤气与半水煤的差别主要体现在氮气上。

氮气可增加合成氨原料气输送期间的动力消耗量，同时降低合成氨变压吸附期间的气体分离效率。在传统合成氨生产工艺中，氮气吸附损耗量过大，二氧化碳回收率较低。同时，部分氮气在制气、转变期间也会带走一定的热量，需在综合改造合成氨生产工艺期间，对此部分进行重点分析。

4.2完善提氢流程

    通过提高合成氨生产期间的水煤气成分，可稳定增长变换氢气含量；而通过不断减少氮气成分，也可改变提氢装置的收率。由于传统合成氨生产中的质氢工艺主要由32MPa合成气体，经由三级降压后进入到提氢装置中，其所消耗的动力较大，对生产成本具有直接影响^[4]。因此在对合成氨生产工艺进行综合改造的过程中，相关工作人员需将关注重点放置在制氢流程的改造中，增加新型二氧化碳吸附装置，让水煤气经由罗茨鼓风机加压后进入到提氢装置中，通过缩减降压环节，确保半成品中的氢气与二氧化碳气体可有效分离，提升合成氨生产效率。

4.3转变加氮工艺

注重在合成氨生产工艺综合改造的过程中，使用三进加氮方式。具体而言，虽然水煤气加工可提高气体流程分离效率，降低生产热损失，但氢氮比却不可改变，需通过额外增加氢气实现。合成氨生产工艺已经对提氢流程进行了系统改造，因此在采用三进加氮方式期间，也需结合二级压缩装置，调整水煤气吸收量，确保压缩机进口压力始终处于稳定范围之内，稳定氨合成氢氮比，降低实际生产能耗量。

4.4提高吹风气回收量

    在合成氨生产工艺中使用水煤气，可更好延长吹风时间，提升吹风量，增加吹风显热及潜热量，更好实现了合成氨工艺改造的节能增效目标。

4.5注重蒸汽调整

    在调整合成氨蒸汽过程中，需经历以下两个环节：第一，对高压过热蒸汽进行调整。生产温度达510摄氏度时，属于高压过热蒸汽，应通过中压管网，减少中压蒸汽用量。同时，降低冷凝水用量，保障负压蒸汽使用效率及高压缸正常运行，切实提升蒸汽使用效率；第二，中压过热蒸汽。保证符合蒸汽用户需求，降低蒸汽抽出压力。加强尿素装置压缩机的蒸汽抽动力，确保蒸汽能够在机组具有更高的利用效率，达到降低生产成本的目的。

4.6做好燃烧气调整工作

    提升合成氨成产期间燃烧气用量，依照锅炉高度等顺序对燃烧气进行调配，更好提升锅炉运行效率。在实际综合改造过程中，因过热装置运行效果不佳，为确保安全生产，需控制二段锅炉内温度，使其达到正常温度值。同时，在满足生产经济效益最大化的前提下，还应调整炉子烧嘴，稳定自身负荷量。

4.7减少余热浪费

    在合成氨实际生产期间，还需合理控制副线闸开度，得到更多高压高温的锅炉水。同时，相似换热装置也应减量减少副线开度，防止高压疏水装置及高压排水装置泄露，降低生产事故发生几率。

4.8副产品的开发及利用

    做好合成氨副产品开发利用工作，可切实提高生产成本利用率。举例而言，通过脱碳吸收的液体二氧化碳含量可达90%左右，如将此些气体排入到室外，不仅会造成严重的大气污染，还会增加生产成本，因此需将此部分二氧化碳进行回收利用，通过脱硫、加压、提纯等方式，生产出可供工业及食品生产的二氧化碳，为合成氨生产创造新效益。

5合成氨生产工艺节能增效综合改造效果

5.1两气消耗

    合成氨生产工艺的综合改造，可切实降低两气消耗量，防止装置出现泄漏等情况。通过调整过热装置、辅锅及快锅等装置，将两气消耗维持在一定范围之内。调整合成氨炉内负压、空气量及燃烧量，切实提升两气利用率。

5.2精制水

    改造后的合成氨生产工艺可切实提升高压蒸汽使用效率，降低蒸汽用量及精制水用量，从而实现节能减排的生产目标。

5.3设备运行

    对合成氨生产设备进行综合改造，可将辅助锅炉及过热装置的运行温度下降到标准点，切实提升高压过热设备运行期间的安全性及可操作性。合成氨成产期间的锅炉及快炉超负荷运行情况得到改善。其中，快炉的负荷量降低到70%左右，对提升合成氨生产效率及质量具有重要意义。

5.4经济效益

    利用综合能耗计算标准，对综合改造后的合成氨成产工艺经济效益进行计算，结果发现改造后的生产工艺因能耗量少，资源利用率高，生产成本得到了有效的控制，符合合成氨生产企业经济发展要求。

6总结

总而言之，合成氨生产工艺节能增效综合改造依然任重道远，相关生产企业应不断总结节能措施，加大设备及生产工艺改造投资力度。由于我国合成氨生产工艺综合改造起步较晚，在余热利用及回收、提高催化剂与转化率等方面依然落后于发达国家，因此为更好实现合成氨生产工艺节能增效目标，生产企业还需通过管理、技术等手段，对合成氨生产工艺综合改造难点进行攻关，降低实际生产成本，为促进社会可持续发展进程奠定坚实基础。

参考文献：

[1]韩涛涛. 合成氨生产中的废气利用与节能效益[J]. 中国石油和化工标准与质量,2018,38(13):9-10.

[2]郭江坤. 陕西兴化合成氨装置换热式转化工艺优化改造总结[J]. 中氮肥,2018(05):29-33.

[3]王耀. 煤制合成氨化肥装置的环境污染及防治措施研究[J]. 中外企业家,2016(08):233-234.

[4]秦文永. 浅谈合成氨生产系统节能技术措施[J]. 化工管理,2016(15):186.

http://www.chinacem.net/info.asp?id=843