大型合成氨生產節能分析

黃國祥

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600)

近年來，我國在工業內部做出了一些調整以及整頓，經此之后在提高產品質量、增加產品品種以及降耗節能等方面都取得了較為明顯的效果，但是由于發展不夠平衡進而導致很多困難以及問題，相對于先進水平來說還有著很大的差距。合成氨生產是消耗大量能源的產業，不僅對需要運用能源作為燃料以及動力，還需要運用能源作為原料，因此，針對大型合成氨生產展開節能分析，使得能源利用率有效提高，是當前十分重要的問題。

1 天然氣為原材料的合成氨過程

在天然氣為原材料的合成氨生產過程中包括脫硫、轉化、變換以及脫碳。在合成的過程中氨合成以及甲烷化的主要作用價值就是完成目的反應。建立在過程合成的經驗法則之上，對于下游工序有害的部分內容以及對于工藝過程、機械設備有影響的化學成分，應及時在系統中消除。因此首先就是針對原材料的成分進行排查，查看其中是否存在影響系統的因素，然后再根據影響因素的特點針對性地尋找解決措施。針對新鮮氣體的成分來說通常情況下都是無線合成，另外，分氨技術以及壓縮技術和催化劑性能等都是合成過程中的前提因素，生成氨是工藝的目標。而針對產量來說是由原材料的數量以及裝置規模決定，氨合成的主要目的就是能夠實現減排節能，其表現形式是先進技術與合理的綜合性表現形式。氨的生產簡單說就是一種物質轉變為另一種物質的轉變過程，而物質能夠實現轉變，那么就一定要符合物質的不滅定律。又或者說，氨的生產過程是一種形式的能量轉變為另一種形式能量的過程，而在這個過程中，能量形式不僅包含著物質所擁有的所有能量，還包含著在轉變的過程中形成的熱以及功，能量在轉換的過程中符合熱力學第一定律，而熱力學第一定律也是氨生產的能量守恒定律。那么為什么不同的生產工藝之間會形成這樣大的能源消耗差異呢？事實上能源消耗的差異其主要在于能源損失的差異，也就是說功全部轉變為熱，但是熱卻沒有全部轉變為功。在此基礎上可以針對熱力學第二定律的能量轉變方向性，探索排放能量降低途徑[1]。

2 對合成氨進行有效能分析

在大型合成氨成產過程中，不僅包括電能以及熱能，更包括了機械能以及化學能，而在這些能量中，有些能量可以實現全面轉變，但是也有些能量只能實現部分轉變，而還有些能量不能夠被轉變，因此，針對合成氨進行效能分析，那么首先就要各項能源消耗，簡單來說就是指一般的定性分析轉變為定量分析，其次根據與所分析出的數據就能夠得出哪些能源消耗是屬于合理的范圍內，哪些是一定要實現的能源消耗，而哪些是沒有必要的能源消耗。因為原料通過物理化學處理最后成為一個成品這是一個實際的過程，而任何的實際過程在發生之后都不能夠逆轉，所以在化學處理的過程中不可避免都會消耗一些能源，如果想要有效實現節能，那就必須要促使不可逆程度降低。舉個例子來說：水蒸氣以及一氧化碳的變化反應是放熱反應，在這個過程中是不需要在通過外加其他能量就能夠自動進行，但是在整個過程中由于自由焓處在負值狀態，所以這種現象就導致了放熱反應不能夠在通常情況下進行，必須要在此過程中合理的運用相應的催化劑，使得熱度有效提高。在此過程中所運用到不同的催化劑類型那么所產生的效應也是不同的，運用低變催化劑所產生的效應相對于高變催化劑所產生的效應要更好一些，消耗水蒸氣越少，那么變換效率就越高，這種情況下也就說明了即使初級狀態以及終極狀態一樣，選樣的過程不一樣，所消耗的能源也就不一樣。另外，過程的選擇以及能源消耗有著十分緊密的聯系，在整個大型合成氨生產的過程中是建立在諸多個單元過程所形成，而在諸多個單元過程中，每一個單元過程都屬于實際過程，也就是說每一個單元過程都會消耗一定能源，因此，實現節能還可以通過減少單元過程實現。其次，還可以通過能源消耗低的單元過程合理組合形成，這樣也能夠實現降低能源消耗[2]。

3 大型合成氨生產節能途徑分析

值得注意的是大型合成氨生產是一個生產整體，甚至于是氨加工以及動力相結合的一個整體，并且在各個單元過程之間存在著互相作用以及互相依靠生存的特點，那么這也就說明了在諸多的單元過程中，任何一個單元過程發生變化都會個其他單元過程帶來一定的影響。所以在探索大型合成氨生產節能途徑的過程中必須要進行綜合考慮，只是針對局部進行節能優化并不能夠實現整體的節能優化，需要建立在整體節能優化的視角上看待局部節能優化，因此，在針對大型合成氨生產節能進行研究的過程中，首先應注重各個環節中華可選擇性的節能措施，然后在進行節能流程的詳細探討。具體的節能途徑如下：

1）進行新型合成塔的研制。在大型合成氨生產過程中，合成工段的化學反應、整體流動以及傳熱都非常高，而進行新型合成塔的研制能夠有效促使壓力降實現降低，運用冷管型能夠實現反應在最合適的溫度下進行操作，進而取得更高的氨凈值。

2）在大型氨合成生產過程中通常情況下都會運用機械壓縮制冷，為了能夠實現節能目標，應運用吸氨制冷將機械壓縮制冷替換，雖然機械壓縮制冷的有效能效率要高過于吸氨制冷，但是吸氨制冷是運用物理吸收的方式實現脫氧，低變氣的余熱可以運用，相對于機械壓縮制冷的總體能量合理性來說，要更高一些。

3）在運用新鮮氣展開合成氨生產之前，應該運用二氧化碳或者是分子篩脫水分，促使新鮮氣能夠直接地進入到合成塔之內，以此能夠促使氨的分離率有效提高，進而使得冷凍量有效減少，使得合成的氨濃度有效降低，具有更加顯著的節能效果。

4）運用節能型球形觸媒，其具有阻力小以及抗毒性能良好、低溫活性能高的特點，在一定程度上能夠實現節能[3]。

5）在合成系統的過程中減少跑出氣體的現象、運用活性高以及低溫度的催化劑、增添塔前的預熱器，促使進塔的速度提高，與此同時還能有效減少出塔的溫度，在此過程中還應增添塔后加熱器，這種情況下就能夠使得循環的熱水成為銅洗再生熱源，進而使得銅洗用氣能夠得到節約。

（6）穩定碳化工藝，使其在碳化過程中氨的消耗能夠有效減少、平衡用水，能夠實現在水洗的過程中避免氨氣跑出，進而達到減少氨的消耗、合理控制進行碳化時的溫度，能夠促使氨的消耗減少、要充分的利用回收的氨水，這樣能夠有效促使脫硫氨降低。

4 結語

總而言之，開拓能源、降低成本消耗、減少能源消耗以及探索研究良好的節能措施是現如今時代背景下大型合成氨生產過程中所面臨十分重要的任務，實現節能降耗不僅僅能夠為國家節省能源，還能夠在很大程度上促使相關企業的經濟效益有效提高。因此，大型合成氨相關企業應重視探索在生產過程中的節能降耗措施，積極運用節能新技術，并進行推廣，促使大型氨合成相關企業能夠獲得更好可持續性發展。