合成氨工业节能论文

2022-04-18

【摘要】氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料，也是化学工业中产量最大的化工产品。厂家通过选择合适的设备，对设备进行相应改造并选取适当的生产工艺可以使合成氨在生产过程中实现节能减排效果。今天小编为大家精心挑选了关于《合成氨工业节能论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

合成氨工业节能论文篇1：

合成氨装置节能降耗分析

摘要：本文就合成氨装置的节能降耗措施进行分析，论述了吹风气回收系统、膜分离提氢系统、无动力氨回收系统、变压吸附闪蒸气回收系统等设备的节能降耗策略，就电动机功率因数、智能节电装置的安装、高压大功率节电装置的应用等方面分析了合成氨装置的节电措施，并探究了在温度与水碳比控制、压缩机出口压力控制、空阀内漏问题的控制等合成氨装置操作过程中节约合成氨装置能耗问题的相关举措。

关键词：合成氨;节能降耗;改进措施

引言：节能降耗是工业生产中的重要话题。氨是主要的化工产品之一，其是制作化学肥料、相关化学制剂、制冷剂等的重要原料。在我国，合成氨技术通过不断的探索与实践，已经使得氨的生产量以及生产效率大幅提升，但在实践的过程中，无论是合成氨装置的相关组件还是对于电能的消耗，均成为了合成氨过程中造成能源损耗的重要方面。因此，对于合成氨装置的节能降耗研究具有极大的现实意义。

1.合成氨相关组件的节能降耗措施

1.1吹风气回收系统

吹风气回收系统在长期的使用过程中会出现炉内挂灰、炉内正压等问题，影响其正常运行。就吹风气回收系统，需要在以下方面进行改进：（1）以折流式的措施对于燃烧室内原格子砖蓄热层进行改进，避免其被炉灰阻塞，并借此减轻其实际运作过程中的阻力，提升装置的储热程度;（2）配置蒸汽吹扫系统，并执行定期的清洁，对于换热管表面的挂灰沉积进行吹扫，以此来规避实际应用过程中的挂灰问题，强化换热效果（3）以卧式对于原有的立式低空换热器进行改造，避免挂灰、积灰等现象的出现，进而强化系统的换热效果;（4）可以应用Y4-73NO8D型吹风气回收系统中的引风机，更换原有的引风机，进而提升系统工作过程中的引风量级^[1]。

1.2膜分离提氢系统

在生产过程中主要以天然气部分氧化尾气为原料生产合成氨，由于传统的膜分离提氢装置一般对于原料气的处理能力不高，并且氢气的回收率较低，使得设备在长年的运行后，需要通过有效的改进措施，来提升设备节能降耗性。为此，需要通过新设备的购置来替代原有的变压吸附提氢装置，新装置的规格可以设置为每小时2500立方米。应用PLC触摸式计算机操控系统作为此系统的整体控制系统，提升实际操作过程中的便捷程度。在进行设备的更换后，可以在保证双氧水制备基础氢气之上，促进氢气的有效回收，形成循环利用的体系，进而提升设备的综合降耗效能。

1.3无动力氨回收系统

在氨水制取后的余热回收阶段，通常会面临回收效益差、运作能耗大的现象。为此，需要就膜分离提氢系统进行改造。可以在膜分离提氢系统内新增加一套无动力氨回收系统，利用换热器对于液氨贮槽的驰放气进行降温，通过分离冷凝操作使得气氨分离，使之转化为液氨。最后，通过换热器的运作，引导气氨走向冷凝环节，并将反应形成的尾气转向燃烧炉。在经过上述改造后，可以在保证合成氨的量级有效提升的基础上，回收液氨与气氨，强化合成氨装置的有效能源转化率，进而强化系统的能源循环利用能力。

1.4变压吸附闪蒸气回收系统

變压吸附闪蒸气回收系统的应用在长期的运作过程中，会造成变压吸附脱碳以及碳丙脱碳在不同程度上出现排入空气的现象，进而造成原料的损失以及生产中必不必要的能源流失。为此，在改造的过程中，要充分考量原料的可回收利用性。可以在生产的过程中，利用变压吸附氢回收装置，对于碳丙脱碳闪蒸汽以及变压吸附装置进行引导，使之可以在应用之后，一部分回到压缩机入口，进而避免实践过程中气体的浪费，提升资源的回收利用率，提升原料煤的使用率。通过以上改造，可以提升设备运作过程中，对于气体的回收，降低原料的无端浪费，进而有效提升设备对于原料的回收能力。

2.合成氨装置的节电措施

2.1提升电动机功率因数

为保证合成氨装置的节电性，需要通过电机功率因数的提升，来减少电动机与变压器的能耗，进而避免在设备应用过程中无功电流的产生，减少电缆以及供电线路的电力损耗。例如：可以通过高压电容自动补偿装置的配置，提升系统运行过程中的功率因数，进而优化设备运行过程中的有功功率使用，减少无功损耗。因此，在设备的应用过程中，首先应该进行考量的就是对于电能损耗的规避与降低，使之控制在合理的范围之内，进而提升设备应用的针对性，避免电能的无端损耗^[2]。

2.2适配智能节电装置

随着信息化技术的应用程度不断加深，在合成氨装置应用的过程中，需要通过智能化设备的应用来降低系统运作过程中的电能损耗，提升节能操作的效率与质量。尤其是针对电能负荷较大的设备而言，需要通过智能节电器的安装，形成对于各用电阶段的系统性数据收集，避免相关设备对于电能的损耗，提升生产过程中的节能效率。此外，通过数据的收集，可以发现用电较大的设备，完善合成氨装置的节电效能。

2.3应用高压大功率节电装置

为保证生产过程中的节电效率，可以利用高压大功率的节电装置来加深实际运作过程中的节电效能。由于在生产的过程中，系统有极大一部分的电能是消耗在高压大功率的设备中，因此，对于这类设备的改良就成为节能降耗过程中的重要环节。需要通过对于设备耗电量的实际考察，借助于数据的收集与整合，形成数据的比对性分析，进而针对于耗电情况进行设备的改进，可以通过在一个高压大功率装置中应用节电装置来检验其节电效果，若实际情况良好，可以考虑加大应用范围，进而通过推广，使之发展为高压节电领域中的重要技术。

3.合成氨装置操作过程的节能降耗措施

3.1控制生产温度与水碳比

在生产操作的过程中，需要按照标准化的操作流程，践行规范化的操作技术，以此来降低生产过程中对于能源的消耗。为此，需要就合成氨的实际生产环节，对于生产过程中的温度与水炭比进行有效控制，加深对于炉内出口温度的监控，降低内部烟气残氧，逐步提升生产过程中对于水碳比的控制能力。例如：通过对于水碳比的控制，可以降低生产过程中的燃气损耗，节约出的燃气可以弥补炉出口提温所需要的燃气，进而提升炉内的甲烷转化率，避免能源的损耗。

3.2改善氨压缩机出口压力

为保证对于氨压缩机出口压力的有效改良，需要通过对于单元系统的优化，提升低压蒸汽的产气量，并最大程度的对于氨压缩机出口压力进行控制，使其在标准的框架下逐步降低，减少氨压缩机透平的高压蒸汽消耗。以此利用实时的监控，减少能源在合成氨过程中的损耗，提升燃气利用率，强化操作的规范化程度，通过节能措施的优化，提升生产效率，落实集约化生产理念。

3.3规避放空阀内漏问题

空阀内漏问题会降低生产动力，并且会加深能源的损耗，需要通过多部门的配合，应用PV1004整阀设备对于阀门的内漏情况进行控制，降低空阀内漏的持续时间，进而将节能降耗理念贯彻于生产的各环节中。例如：影响燃气透平燃空比高位运行的因素有很多，天然气中夹带的凝析油在燃气透平烧嘴的涡流器中结焦，堵塞烧嘴，是其中一种情况。需要更换新烧嘴等措施来减低不良情况对于生产的影响^[3]。

结论：综上所述，为保证合成氨过程中，有效地降低合成氨装置的能耗，需要通过践行节能降耗的理念，对于合成氨装置的相关设备进行改进，并通过持续的探索，探究生产操作以及设备运用过程中的节能降耗措施，进而将可持续发展理念落实到氨生产的各个环节，在保证生产效能的同时，降低生产成本，避免无端的能源损耗，践行绿色发展理念，有效提升合成氨生产过程中的集约性与可持续发展性。

参考文献：

[1]诸兵，宁静.合成氨装置节能降耗措施分析[J].化工设计通讯，2020，46（03）：6+16.[2]张伟.合成氨装置节能降耗探究[J].化肥设计，2019，57（06）：38-41+55.[3]王刚.合成氨装置节能降耗控制措施[J].化工设计通讯，2019，45（03）：9-10.

作者：包凯安

合成氨工业节能论文篇2：

合成氨企业节能减排措施刍议

【摘要】氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料，也是化学工业中产量最大的化工产品。厂家通过选择合适的设备，对设备进行相应改造并选取适当的生产工艺可以使合成氨在生产过程中实现节能减排效果。

【关键词】合成氨设备选型节能减排

氮肥工业既是耗能大户也是污染物排放较大产业，全国1000家重点耗能大户中，氮肥企业就占到了160多家，每年氮肥行业产生的污水排放量达90.9万吨。由于资金、技术及人才等优势，目前我国合成氨能耗主要集中在中小企业，从企业规模来看，小型企业的合成氨能耗占总能耗的一半以上。能源供应紧张、节能减排任务制定、市场的冲击等等都要求广大氮肥企业做好节能减排工作，通过节约能源最大限度地降低生产成本。其中，合成氨厂造气工序的节能降耗是氮肥企业实现节能减排的关键（表1）。

1 设备选型节能

1.1 炉箅选型

炉箅选择的好坏直接影响炉况正常运转，对节能降耗也会有较大影响。如果一味的追求炉箅高度，煤气发生炉的高度也就越大，而同时炉箅占炉膛的体积就会越大，会占据更多气化层的气化空间，使得有效气化层不得不向上推移，结果就会导致干燥层到氧化层的气化空间进一步受到限制，结果炭层过薄，CO2还原得不到保障，气体成分差。优选炉箅应该从炉型、通风面积、破渣排渣、布风性能、带出物等方面考虑。合理布风：注意原料的种类、性质、气孔率等，严格控制中心风量，加大外环区风量；优选炉型：建议选用六边形均布型炉箅；带出物：合理设计内风道间隙和上下重叠面。

1.2 洗涤塔选型

造气洗涤塔设置的目的为了处理高温煤气，降低煤气温度、清除煤气中的杂质。判定洗涤塔选型的好坏取决于传质冷却效果的好坏：出塔煤气温度达到40℃以下；塔的进口压力要小于0.4 kPa；煤气在管道里的流速保持在6 m/s。

1.3 多管旋风除尘器

煤制气过程中往往会在生产中带出物偏多，有必要采用除尘效率较高的旋风除尘器。设计除尘器的进风口气体流速很重要，一般不低于18m/s。太低，处理效率会降低容易出现堵塞；太高，旋风子磨损严重，阻力明显增加。在与高性能除尘器串联使用时，应将旋风器放在前级，反之应将高效旋风器放在后级。此外，设计多管旋风除尘器时要计算好处理风量和使用温度。

2 设备、技改节能

合成氨操作设备较多，有塔设备、输送设备、换热设备等等，每一类设备都可以采用适当的技术改造实现节能。

2.1 设备优化节能

大中小型合成氨装置中耗能大户莫过于燃气、燃煤、用电设备。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，重点是要做好这三类机器、设备的技术改造。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1.4～1.54 吨[1]。

做好塔设备改造，采用塔前预热器合成氨工艺；改造流体输送设备，应用变频器节电、内馈斩波调速、无功率补偿等等节能，实践证明，应用这三种技术节电率可达到在20%一30%；改造换热设备：改进换热气种类和表面积，以及催化剂的装填方式，提高换热效率。

2.2 技艺改造节能

合成氨工业是一个复杂的系统性行业，节能降耗需要着眼于全程性、综合治理，既要注重做好节能器械的设备选取，也要做好节能技术的及时推广和应用。目前已开发出许多先进的节能技艺：中低低变换工艺技术、NHD脱碳工艺技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术、全渣循环流化床锅炉等等。总之，合成氨工艺控制节能就是要充分的利用余热，工艺产生的余热主要有：废气废水的余热、冷却介质的余热、高温烟气的余热、化学反应余热等等。此外，引入凯洛格工艺、布朗工艺以及ICI工艺等，都可以提高能量的利用率，减少原料的使用量。

3 改善原料结构节能

煤、油、气三种原料中，天然气是合成氨原料中最经济的，但在我国合成氨生产原料中煤占到70%以上，而国外则以85%以上已天然气为原料。因此，合成氨节能减排中就需要打破这种原料结构。

以煤为原料生产合成氨，其装置设备投入大，初始投资将是天然气的2-3倍，且后期运行维护成本较高。据测算，以2009年我国氨产量5135万吨计算的话，若将目前的天然气22%的比例提升到50%，每年可以节省1269万吨标准煤，节能减排效果明显。

4 设备安装型节能

合成氨生产设备复杂，多样，因此可以在安装过程中采取相应的技术举措实现节能减排效果。增产二氧化碳，降低氨库液位，减少甲醇中溶解的二氧化碳量，可以降低酸性气量；改造烧嘴水冷却器，避免脱盐水排放；回收空压机放空气，优化开车方案，减少原料气放空量；消除漏点和直排等以实现节能减排效果[2]。

5 结语

节能降耗是合成氨工业技改的主题，虽然历经了数年来的研究取得了许多成果，但目前还没有改变以煤为主的原料结构，中小型合成氨企业吨氨能耗仍远远高于以油和气为原料的大型合成氨企业的吨氨能耗。因此，广大合成氨企业在建设初期的设备选取、设备安装以及后期生产过程中的工艺选择等等都需要把“节能减排”理念融入到全过程，才能真正把吨氨能耗降下来实现可持续发展。

参考文献

[1] 刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J]化工进展，2011，30（6）：1147-1157

[2] 丁志表，王志玲.合成氨装置技改与节能减排措施[J]化工设计通讯，2011，37（5）：16-18

作者简介

郭建明（1974-），男，河北省东光县，大专，汉族，助理工程师，主要从事合成氨、尿素生产、有机化工等方面研究。

作者：郭建明

合成氨工业节能论文篇3：

合成氨系统工艺设计及计算

【摘要】从能源危机至今，能源供应紧张，价格越来越高，世界各国对环境保护的要求也越来越高，严峻的形势迫使合成氨生产企业实施节能降耗技术改造。合成氨是非常重要的化工产品之一，在国民经济中起到十分重要的作用。合成氨工艺是最典型的化工生产工艺之一，它集原料前处理、反应、传热、传质、分离、产品后处理等为一体，设备多，流程长而复杂。合成氨还是一个消耗原料、燃料和动力很大的化工产品。

本文介绍了合成氨生产的用途、工艺流程、工艺合成的方法及计算，并进行热量衡算和系统的物料衡算，对合成氨的强化措施以及设备的工艺计算。

【关键字】合成氨；系统工艺；设计方法；计算

一、合成氨的性质及用途

1、合成氨的性质

合成氨指由氮气和氢气在高压催化剂存在下直接合成的氨，别名：氨气。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大多数是合成的氨。合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。

合成氨的主要元素是氮。氮是自然界里分布较广的一种元素。它是蛋白质的主要组成部分按重量计约占蛋白质的六分之一。可见氮元素对生命的重要性。空气中含氮含量很多，约79﹪（体积）。

以氮为原料合成氨是目前世界上用途最为广泛，也是最经济的一种方法。氨的用途很广。以氨为原料可以制造各种氮肥，氮肥施用量在化学肥量中占首位。氮本身就是一种高效肥料。合成氨工业是氮肥的基础，对农业增产起着十分重要的作用，而用化学肥料是农业增产的有效途径。

二、合成氨的工艺流程

（一）合成氨的工艺流程

1-氨合成塔；2-水冷器；3-氨分离器；4-循环压缩机；5-滤抽器；6-冷凝塔；7-氨冷器。

（二）氨的合成工艺说明

氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气合成为氨。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类。

1、分类

（1）高压法：操作压力70—100MPa，温度为550—650度。优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。

（2）低压法：操作压力10MPa左右，温度为400—450度。优点是操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化剂活性较高。

（3）中压法：操作压力20—60MPa，温度为450—550度。其优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比较好。

2、原料气制备

制备氢氮比为3：1的半水煤气。即造气，将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3：1的半水煤气。固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。

以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。

3、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，只要包括变换过程，脱硫脱碳过程以及气体精致过程。

（1）一氧化碳变换

各种方法制取的原料气都含有CO其体积分数一般为12﹪—40﹪，先利用CO变换反应，在不同温度下分为高温变换以及低温变换。将一氧化碳含量降到0.25﹪左右。因此，一氧化碳变换式原料的制造的继续，又是净化过程。

（2）脱硫脱碳过程

各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱碳，以天然气为原料的蒸气转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂。一种有机煤为原料的部分转化，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂脱硫的位置。

（3）气体CO2精制过程

经CO变换和CO2脱出后原料中长尚含有少量的CO和CO2为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3分数。因此原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，既精制过程。

三、工艺计算

溶解在液氨中及漏损的气量约为新鲜气量的3%取94标米3，则消耗定额为：3265.99+91≈4370（标米3/吨氨）

四、结论