合成氨工藝的改進(jìn)與節(jié)能

1、合成氨工藝條件的改進(jìn)與節(jié)能楊榮 安徽建筑工業(yè)學(xué)院材化學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 合肥 230601摘要 本文從合成氨工藝中所存在的一些高能耗問題入手，主要分析了合成氨 工藝的改進(jìn)方法，以及從熱力供給系統(tǒng)、反應(yīng)催化劑及系統(tǒng)優(yōu)化等方面采取措施 從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。文中所給的針對性措施可實(shí)際應(yīng)用到合成氨工廠中。關(guān)鍵詞 合成氨 工藝改進(jìn) 節(jié)能降耗 生產(chǎn)流程 改進(jìn)措施1 前言合成氨工業(yè)自1901 年誕生以來，經(jīng)歷了發(fā)明階段、技術(shù)推廣階段、原料結(jié) 構(gòu)變遷階段、單系列大型化自動(dòng)化階段和節(jié)能降耗階段，歷史近一個(gè)世紀(jì)。目前 正處于節(jié)能降耗階段。目前，由于世界范圍內(nèi)的能源緊缺，造成了世界能源價(jià)格不斷上漲，而氮肥 的價(jià)格

2、卻保持相對穩(wěn)定，因此高能耗的合成氨廠面臨著嚴(yán)峻的形勢和挑戰(zhàn)，這樣， 合成氨工藝的改進(jìn)勢在必行?；瘜W(xué)工業(yè)本來就是個(gè)能耗大戶，而合成氨又是高能耗產(chǎn)品，目前國內(nèi)的中小 型化肥廠合成氨的能耗普遍高于國外先進(jìn)制氨工藝廠。工廠的經(jīng)濟(jì)效益由工藝的 能耗來決定，因此改進(jìn)合成氨工藝是首要任務(wù)。合成氨的工業(yè)生產(chǎn)途徑 合成工業(yè)是能耗較大的工業(yè)之一, 根據(jù)原料品種和技術(shù)先進(jìn)程度的不同, 單位產(chǎn)品的能耗差別很大, 因此, 所采用的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)以總體生產(chǎn)節(jié)能為目標(biāo), 也就是說, 合成工藝開發(fā)的總目標(biāo)在于節(jié)能，因此要從能量的綜合利用方面來考 慮節(jié)能方案。用余熱來加熱熱水以供鍋爐或其它工序用直接利用余熱副產(chǎn)高熱值的蒸汽供其它工

3、序用利用副產(chǎn)蒸汽發(fā)電供全廠用本系統(tǒng)內(nèi)部自熱平衡天然氣合成氨工業(yè)流程圖降低合成氨工廠能耗的措施 中小型工廠一般以天然氣為原料制取氨，天然氣用量的多少直接決定著工廠 能耗，下面列出降低中小型合成氨廠能耗的一些措施：合成氨工廠造氣工序的節(jié)能措施降低吹風(fēng)系統(tǒng)的阻力采用蒸汽自調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化造氣操作系統(tǒng)合成氨工廠變換工序的節(jié)能措施3.2.1 開發(fā)優(yōu)質(zhì)低溫高效變換催化劑變換爐合理分段并采用合適的降溫措施防止變換催化劑衰老、中毒與失活加強(qiáng)保溫、降低熱損失系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化操作合成氨工廠合成工序的節(jié)能措施3.3.1 開發(fā)優(yōu)質(zhì)低溫高效合成催化劑開發(fā)新型氨合成塔防止合成催化劑衰老、中毒與失活加強(qiáng)保溫、降低熱損失用吸氨制

4、冷代替壓縮制冷用吸收分氨代替深冷分氨回收放空氣中的氫氣和氮?dú)庀到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化操作綜合考慮上述各方面所提及的節(jié)能措施總結(jié)出節(jié)能方法與具體實(shí)施操作 1造氣爐整體改造技術(shù) 該技術(shù)包括造氣爐擴(kuò)徑、夾套加高、出口管的移位、適合不同煤種的專用爐 篦、爐底轉(zhuǎn)動(dòng)裝置采用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制等整體配套改造。改造后可明顯提高 造氣爐的制氣強(qiáng)度，降低煤耗。2合理選擇高效造氣鼓風(fēng)機(jī) 要根據(jù)各種造氣爐爐徑、煤種、發(fā)氣量要求、系統(tǒng)配套設(shè)備與管道阻力的不 同，綜合考慮合理選擇風(fēng)機(jī)，既要足夠滿足制氣吹風(fēng)的風(fēng)量要求，又要防止風(fēng)量 過大而造成吹風(fēng)氣帶出物增多。3自動(dòng)加焦（煤）機(jī)技術(shù) 使用該技術(shù)可節(jié)省停爐時(shí)間，連續(xù)制氣、減少熱量損

5、失，縮短吹風(fēng)時(shí)間，提 高單爐發(fā)生量，并有利于穩(wěn)定爐溫與氣體成份，降低噸氨煤耗，減輕操作工的勞 動(dòng)強(qiáng)度，減少事故發(fā)生。4油壓微機(jī)控制、爐況監(jiān)測與系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù) 使用該技術(shù)可合理調(diào)節(jié)控制造氣循環(huán)分配時(shí)間、入爐蒸汽量、氫氮比和加煤、 下灰等，能對造氣爐的爐況全面監(jiān)測并進(jìn)行閉環(huán)調(diào)優(yōu)，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)狀態(tài)，達(dá)到 造氣系統(tǒng)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、低耗的目的。5采用高效除塵器 選用低阻的高效旋風(fēng)除塵器，可提高煤氣的除塵效率，減少飛屑的損失與設(shè) 備管道的磨損。6集中式回收上、下行煤氣余熱 采用一臺(tái)集中式對應(yīng)多臺(tái)造氣爐的熱管型余熱回收器回收上、下行煤氣余熱 有利于降低系統(tǒng)阻力及提高余熱回收率。7集中式高效洗氣塔 采用一臺(tái)集中式高

6、效低阻填料洗氣塔來取代常用的一臺(tái)造氣爐配一臺(tái)的空塔噴淋式洗氣塔，有利于降低系統(tǒng)阻力與提高洗滌冷卻效果，并可減少15%20% 的冷卻水與污水處理量。8提高入爐蒸汽品質(zhì) 入爐蒸汽采用過熱蒸汽，有利于制氣過程中爐溫的穩(wěn)定，提高蒸汽分解率與 單爐發(fā)氣量5%8%，降低噸氨原料煤與蒸汽消耗量。9吹風(fēng)氣余熱回收 借助合成弛放氣助燃，采用集中式燃燒爐吹風(fēng)氣回收技術(shù)，回收造氣吹風(fēng)氣 的顯熱與潛熱，副產(chǎn)過熱蒸汽。有條件的企業(yè)可采用三廢流化混燃爐技術(shù)將吹風(fēng) 氣與造氣爐渣結(jié)合在一起，回收利用副產(chǎn)過熱蒸汽，搞熱電聯(lián)產(chǎn)，有利進(jìn)一步提 高節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益。10降低造氣系統(tǒng)阻力 單爐發(fā)生量提高，對于配套的管道與閥門的口徑也

7、需相應(yīng)放大，管道配置盡 量減少彎頭，配管流向要合理，對洗氣塔的煤氣管插入深度等需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整， 這樣有利造氣爐的制氣與節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗。11回收利用冷凝水 現(xiàn)有使用蒸汽加熱而冷凝下來的冷凝水被大量直接排至地溝，要盡可能改造 為全部回收利用，既能回收其熱量減少鍋爐燃料的消耗，又能節(jié)省水費(fèi)與水處理 費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。12高效脫硫劑與防堵低阻脫硫塔 可采用888或888+栲膠等高效脫硫劑及不易堵塔的低阻脫硫塔，提高脫硫效 率，減少脫硫液循環(huán)量，降低電耗。13節(jié)能型全低變與中低低變換工藝 在采用寬溫鈷鉬低變催化劑的前提下，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)條件的情況不同，可采 用節(jié)能型全低變或中低低變換工藝。該工藝變換率高

8、、流程簡單、阻力小、蒸汽 消耗少，噸氨蒸汽消耗分別達(dá)到W250kg與W350kg。采用改進(jìn)型的丙碳法、NHD法與變壓吸附法（PSA）脫除CO2工藝 這3種工藝均系當(dāng)前各企業(yè)所采用的低能耗脫碳技術(shù)，具體選擇要從凈化氣要求，前后工藝條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)合企業(yè)具體情況而定。采用經(jīng)濟(jì)合理的合成壓力 對于氨合成催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度，根據(jù)低空速、高凈值、低阻力與節(jié)能的角度衡量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，建議按1820t氨/m3d生產(chǎn)強(qiáng)度選擇合成塔與催化劑，使 其操作壓降低至22M24MPa （初期還要低2MPa左右），這樣可使噸氨節(jié)電50kWh 左右，還可增加2%3%的氨產(chǎn)量。采用活性好、寬溫、高強(qiáng)度氨催化劑及其相匹配的高

9、效節(jié)能型合成塔 可提高氨凈值，從而減少循環(huán)氣的循環(huán)量，降低循環(huán)機(jī)電耗，減少冷凍能耗。塔外提溫型合成工藝與二級(jí)余熱回收技術(shù) 對氨合成反應(yīng)熱的回收利用采用該工藝技術(shù)，可使合成氣工藝余熱按位能高低獲多級(jí)利用，廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽，軟水加熱器加熱軟水，可充分提高余熱回收 率，減少循環(huán)冷卻水用量。18氨氣、氫氣回收技術(shù)在合成氨生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)負(fù)荷的變化，為保持合成系統(tǒng)的適宜操作壓 力，會(huì)造成合成系統(tǒng)中的放空氣和氨槽弛放氣量增加，而這部分氣體中均含有大 量的氨和氫隨之放空，導(dǎo)致合成氨各項(xiàng)消耗增多，成本加大。根據(jù)這兩種氣源的 不同組分和特性可分別采用膜分離技術(shù)回收放空氣中的氫氣以及采用無動(dòng)力氨 回收技術(shù)回收

10、氨槽弛放中的氨氣。19制冷系統(tǒng)蒸發(fā)式冷凝器該設(shè)備是采用熱力學(xué)、傳熱學(xué)等工程學(xué)的先進(jìn)技術(shù)，對交叉式冷卻塔和傳統(tǒng) 蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行優(yōu)化組合，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、質(zhì)量輕、安裝簡便等優(yōu)點(diǎn)， 使用了高效傳熱元件，提高了換熱效率與冷卻冷凝效果，達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)功率小、耗電 量少、冷卻水消耗少的效果，是取代傳統(tǒng)的立式水冷冷凝器的有效節(jié)能設(shè)備。 20利用低位能余熱采用溴化鋰吸收制冷技術(shù)利用尿素、合成氨生產(chǎn)過程的低位能余熱（熱水、冷凝液等）采用熱水型溴 化鋰吸收式冷水機(jī)組制取低溫冷水，用于冷卻氮?dú)鋲嚎s機(jī)一級(jí)入口煤氣、三級(jí)、 六七級(jí)入口煤氣，脫碳吸收液與氨合成循環(huán)氣等，可充分利用低位能熱量提高壓 縮機(jī)打氣量，減少脫碳吸

11、收液循環(huán)量、降低氨冷、冷凍機(jī)負(fù)荷，達(dá)到增產(chǎn)、降低 電耗的效果，在夏天等高溫季節(jié)效果尤為明顯。21機(jī)泵電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)對有負(fù)荷變化、經(jīng)常造成機(jī)泵電機(jī)“大馬拉小車”的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備如造氣的爐條 機(jī)、鍋爐給煤機(jī)、給水泵、空氣鼓風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、甲胺泵、液氨泵等，采用 變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)平滑的無級(jí)調(diào)速，在生產(chǎn)過程中能獲得較佳調(diào)速，從而可取得明 顯的節(jié)電效果。對于高壓大中容量交流電機(jī)的調(diào)速，可采用內(nèi)饋載波調(diào)速技術(shù)， 與高壓變頻相比，具有效率高、價(jià)格低、功率高等優(yōu)點(diǎn)。22氮?dú)鋲嚎s機(jī)的節(jié)電氮?dú)鋲嚎s機(jī)的耗電占合成氨電耗的70%左右，因此合理選擇與使用壓縮機(jī)對 噸氨電耗關(guān)系密切。要逐步淘汰落后、高耗的L3.3-17、

12、4M8、4H8等陳舊壓縮機(jī)， 結(jié)合節(jié)能技改選擇單機(jī)能力$2萬t/a合成氨的大中型機(jī)組，使噸氨電耗明顯降低。 選用可靠的氣閥，延長機(jī)組無故障運(yùn)行時(shí)間，確保循環(huán)油冷卻效果，提高一進(jìn)壓 力，降低一進(jìn)溫度，提高段間冷卻與分離設(shè)備效率等技術(shù)措施。盡量不采用不同 壓縮機(jī)機(jī)型的并機(jī)使用，防止由并機(jī)不和諧而造成的無效功損失與影響運(yùn)行故障 周期。23企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)電該節(jié)電產(chǎn)品是通過對半導(dǎo)體瞬流控制技術(shù)，復(fù)合式實(shí)時(shí)濾波技術(shù)和遠(yuǎn)程跟蹤 與診斷技術(shù)的重大突破，以10-12秒的反應(yīng)速度對瞬流和高次諧波進(jìn)行及時(shí)的測 試和有效的控制，同時(shí)能消除設(shè)備開關(guān)啟合引起的高能量突變引起的瞬流，提高 電源質(zhì)量，減少電損，提高系統(tǒng)用電設(shè)備的效率。24蒸汽管道系統(tǒng)節(jié)能從鍋爐房輸送至各用汽點(diǎn)的蒸汽管道系統(tǒng)應(yīng)遵循高壓輸送、低壓使用的原則， 可減少管道建設(shè)費(fèi)用、減少散熱損失。系統(tǒng)應(yīng)合理選擇與配置足夠的疏水閥，疏 水閥使用好壞直接影響到蒸汽的消耗，是節(jié)能潛力最大的地方。要做好蒸汽管道 系統(tǒng)保溫工程，減少管網(wǎng)的熱損失。MM廢然鍋爐N壓縮機(jī)汕7嶺Lj3MM廢然鍋爐N壓縮機(jī)汕7嶺Lj3 丁二 224LMJ H37. 3k.冷礙塔 +1.濾油器|