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[摘 要]合成氨装置能耗较大，工艺技术成熟，尤其是以天然气为原料的大型合成氨装置，能量综合运用的能力和水平都比较高，在现阶段如何进一步节能是困扰合成氨厂的难题。基于此，文章主要对合成氨装置能耗状况及其节能减排的潜力进行了简单的分析，并提出了相应的改造措施，希望能够提供合成氨装置的运行效率。
[关键词]合成氨装置；节能减排；改造
中图分类号：S356 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0198-01
引言
近年来，随着我国化工技术的不断发展，催化合成氨技术已经有了很大的进步，但是能耗问题仍比较严重，制约了合成氨工艺的发展创新，合成氨工业的节能减排应当引起人们的高度重视。合成氨厂从工艺流程上看，整个合成氨过程都是在高温高压下进行，而且蒸汽在整个过程中是传递热能的主要载体。因此，合成氨装置的节能改造应从降低有效能损失方面入手，从减少热能的散失和降低蒸汽的损耗上寻找节能途径。
1 合成氨装置概述
氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工产品的原料。氨主要用于制造氮肥和复合肥料，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的1/2；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；液氨常用作制冷剂，贮运商品氨中有一部分是以液態由制造厂运往外地。其工艺流程图如图1所示：
第一，原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用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。
第二，净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
第三，氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有100故采用未反应氢氮气循环的流程。
此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。
2 合成氨节能减排改造存在的问题及解决措施
2.1 吸收塔放空气回收改造
吸收塔用来将液氨装车时减压释放的氨气经浅脱盐水吸收后制成氨水，但是当液氨减压较快或液氨装车量较大时，吸收塔会对氨气吸收不完全，造成吸收塔压力升高，当吸收塔泄压放空时造成现场氨味浓。现将吸收塔后分离器移至吸收塔前作为氨气缓冲罐，稳压缓冲后进入吸收塔，吸收塔放空气出塔后进入新增水吸收器，以再次吸收放空气中的氨气，经气液分离器后进入解吸气管网送往焦炉作为燃气使用。这样不仅充分利用了吸收塔放空气作为焦炉燃料使用，还回收了放入空气中的氨，消除了现场环境污染问题。
2.2 冰机氨回收系统改造
由氨冷器来的气氨经闪蒸槽进入氨液分离器分离掉夹带的油和液氨，再进入冰机经压缩加压后进入空冷器降温，分离下来的液氨去球罐储存起来。由于空冷器内存在气阻现象，冰机压缩后的氨气在空冷器内不易冷凝，导致冰机出口压力超过1.55MPa，容易发生冰机联锁跳车事故，给氨回收系统的稳定运行带来不安全因素，对正常生产造成了一定的影响。对此，技术人员构建高位吸氨系统，利用氨冷器来的气氨间断生产氨水，这样既可以避免冰机跳闸的风险，又可以降低电量消耗，顺应市场需求，增加企业经济效益。高位吸氨系统图如图2所示：
2.3 废锅排污改造
废热锅炉需要定期排污，以减少水中悬浮物和底部水垢沉淀，原废热锅炉排污水直接排入地沟流走。现在制作热水循环罐，配置水泵将废热锅炉排污水引入热水循环罐，经水泵送入暖气水管网供岗位人员冬季取暖用。另在水泵出口配管至蒸发式空气冷凝器，在暖气停用后，将废热锅炉的排污水在热水循环罐冷却后送至蒸发式空气冷凝器回收利用，因排污水相对于浅脱盐水水质更为优良，所以完全可以作为蒸发式空气冷凝器补水使用。
3 合成氨装置的节能减排措施
3.1 调整原料结构，提高原料档次
合成氨生产所需的原料和燃料均严重依赖各种能源。国外主要是以天然气为原料（占85%以上）。但由于我国的能源特点是“缺油、少气、有煤”，2009年，煤和焦炭占76.5%，天然气占22.1%，油占1.4%。产品氨中只有氢，以天然气为原料时，氢主要来自于原料天然气，显然是最合理、最经济的。如果以煤为原料，氢主要从水中来，原料煤只是作为能量把氢从水中取出来，其能耗必然高。
3.2 提高装备技术水平
大、中、小型合成氨装置中的燃气、燃煤、用电设备，可以说是所有工业企业中的耗能大户。而耗燃气量、耗煤量最大的设备是锅炉和煤气发生炉或蒸汽转化炉；耗电量最大的机器是原料压缩机、工艺空气压缩机、合成-循环压缩机和制冷压缩机，它们的耗电量几乎占全厂设备用电量的80%～90%以上，占吨氨总能耗的30%以上。因此，抓住这三类机器、设备的技术改造，就抓住了节能的技术关键所在。例如，采用德士古加压气流床水煤浆气化工艺，碳的转化率可达97%～99%，吨氨煤耗达到1.4～1.54t。
结束语
总而言之，在生态、绿色经济发展的背景下，对合成氨工艺的节能减排工艺进行分析，能够调整合成氨企业的原料和动力结构，实现原料煤多元化，降低成本；在能源产地适当建设大型合成氨生产装置，替代落后产能，支持企业联合重组，引导大型能源企业与合成氨企业组成战略联盟，实现优势互补，从而推动“国家石化产业调整和振兴规划”的发展。
参考文献
[1] 陈世通.合成氨装置节能减排改造总结[J].氮肥技术，2016，37（01）：21-22.
[2] 陈世通.焦化废气制合成氨综合技术改造措施[J/OL].化肥设计，2015，53（01）：49-52.
[3] 任怡静.我国合成氨行业碳减排潜力研究[D].北京化工大学，2015.
[4] 刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J].化工进展，2011，30（06）：1147-1157.
[关键词]合成氨装置；节能减排；改造
中图分类号：S356 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0198-01
引言
近年来，随着我国化工技术的不断发展，催化合成氨技术已经有了很大的进步，但是能耗问题仍比较严重，制约了合成氨工艺的发展创新，合成氨工业的节能减排应当引起人们的高度重视。合成氨厂从工艺流程上看，整个合成氨过程都是在高温高压下进行，而且蒸汽在整个过程中是传递热能的主要载体。因此，合成氨装置的节能改造应从降低有效能损失方面入手，从减少热能的散失和降低蒸汽的损耗上寻找节能途径。
1 合成氨装置概述
氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工产品的原料。氨主要用于制造氮肥和复合肥料，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的1/2；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；液氨常用作制冷剂，贮运商品氨中有一部分是以液態由制造厂运往外地。其工艺流程图如图1所示：
第一，原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用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。
第二，净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
第三，氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有100故采用未反应氢氮气循环的流程。
此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。
2 合成氨节能减排改造存在的问题及解决措施
2.1 吸收塔放空气回收改造
吸收塔用来将液氨装车时减压释放的氨气经浅脱盐水吸收后制成氨水，但是当液氨减压较快或液氨装车量较大时，吸收塔会对氨气吸收不完全，造成吸收塔压力升高，当吸收塔泄压放空时造成现场氨味浓。现将吸收塔后分离器移至吸收塔前作为氨气缓冲罐，稳压缓冲后进入吸收塔，吸收塔放空气出塔后进入新增水吸收器，以再次吸收放空气中的氨气，经气液分离器后进入解吸气管网送往焦炉作为燃气使用。这样不仅充分利用了吸收塔放空气作为焦炉燃料使用，还回收了放入空气中的氨，消除了现场环境污染问题。
2.2 冰机氨回收系统改造
由氨冷器来的气氨经闪蒸槽进入氨液分离器分离掉夹带的油和液氨，再进入冰机经压缩加压后进入空冷器降温，分离下来的液氨去球罐储存起来。由于空冷器内存在气阻现象，冰机压缩后的氨气在空冷器内不易冷凝，导致冰机出口压力超过1.55MPa，容易发生冰机联锁跳车事故，给氨回收系统的稳定运行带来不安全因素，对正常生产造成了一定的影响。对此，技术人员构建高位吸氨系统，利用氨冷器来的气氨间断生产氨水，这样既可以避免冰机跳闸的风险，又可以降低电量消耗，顺应市场需求，增加企业经济效益。高位吸氨系统图如图2所示：
2.3 废锅排污改造
废热锅炉需要定期排污，以减少水中悬浮物和底部水垢沉淀，原废热锅炉排污水直接排入地沟流走。现在制作热水循环罐，配置水泵将废热锅炉排污水引入热水循环罐，经水泵送入暖气水管网供岗位人员冬季取暖用。另在水泵出口配管至蒸发式空气冷凝器，在暖气停用后，将废热锅炉的排污水在热水循环罐冷却后送至蒸发式空气冷凝器回收利用，因排污水相对于浅脱盐水水质更为优良，所以完全可以作为蒸发式空气冷凝器补水使用。
3 合成氨装置的节能减排措施
3.1 调整原料结构，提高原料档次
合成氨生产所需的原料和燃料均严重依赖各种能源。国外主要是以天然气为原料（占85%以上）。但由于我国的能源特点是“缺油、少气、有煤”，2009年，煤和焦炭占76.5%，天然气占22.1%，油占1.4%。产品氨中只有氢，以天然气为原料时，氢主要来自于原料天然气，显然是最合理、最经济的。如果以煤为原料，氢主要从水中来，原料煤只是作为能量把氢从水中取出来，其能耗必然高。
3.2 提高装备技术水平
大、中、小型合成氨装置中的燃气、燃煤、用电设备，可以说是所有工业企业中的耗能大户。而耗燃气量、耗煤量最大的设备是锅炉和煤气发生炉或蒸汽转化炉；耗电量最大的机器是原料压缩机、工艺空气压缩机、合成-循环压缩机和制冷压缩机，它们的耗电量几乎占全厂设备用电量的80%～90%以上，占吨氨总能耗的30%以上。因此，抓住这三类机器、设备的技术改造，就抓住了节能的技术关键所在。例如，采用德士古加压气流床水煤浆气化工艺，碳的转化率可达97%～99%，吨氨煤耗达到1.4～1.54t。
结束语
总而言之，在生态、绿色经济发展的背景下，对合成氨工艺的节能减排工艺进行分析，能够调整合成氨企业的原料和动力结构，实现原料煤多元化，降低成本；在能源产地适当建设大型合成氨生产装置，替代落后产能，支持企业联合重组，引导大型能源企业与合成氨企业组成战略联盟，实现优势互补，从而推动“国家石化产业调整和振兴规划”的发展。
参考文献
[1] 陈世通.合成氨装置节能减排改造总结[J].氮肥技术，2016，37（01）：21-22.
[2] 陈世通.焦化废气制合成氨综合技术改造措施[J/OL].化肥设计，2015，53（01）：49-52.
[3] 任怡静.我国合成氨行业碳减排潜力研究[D].北京化工大学，2015.
[4] 刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J].化工进展，2011，30（06）：1147-1157.