分析煤化工合成氨工艺分析及节能改造对策

分析煤化工合成氨工艺分析及节能改造对策

武广伟  赵泽宏 丁雷军  温海田

山东联盟化工股份有限公司 山东省 潍坊市  262700

摘 要：近年来，在时代不断进步的大背景下，我国产业技术快速更新迭代，在此过程中资源条件发生巨大变化，为了顺应生态环保与节能减排的社会需求，合成氨生产工艺面临着转型升级、推陈出新的节能改造任务，本文首先分析了分析煤化工合成氨工艺及其各步骤要点，探究了煤化工合成氨工艺的节能改造对策，以供参考。

关键词：节能改造；合成氨工艺；煤化工

纵观我国合成氨企业运行现状可以发现，虽然煤化工合成氨工艺愈加成熟完善，但是却普遍缺少节能改造技术，难以达到充分综合利用废气废固、污水零排放、利用余热、有效降低能源物料消耗的效果，尚未构建起智能化水平高、生产自动化的工艺模式，不利于产业链整体竞争力的提升。由此可见，研究煤化工合成氨工艺分析及节能改造对策具有重要现实意义。

1. 煤化工合成氨气采取的工艺

制作煤化工合成氨气需要按照一定的顺序完成工艺操作，一旦任何一道程序发生问题都会对合成氨气的最终质量造成影响，在具体实践时，可从以下五个步骤掌握工艺要点。

1. 制取原料气要点

该步骤是制作工艺的第一步，通过氧气、蒸汽以及催化剂作为介质高温加热煤，使其在分解状态下形成一氧化碳、氢气等具有可燃性质的气体，然后通过二段蒸汽进行处理，此环节后可得到合成气体作为原料气^[1]。

2. 净化原料气要点

经过上一步骤得到的原料气制取工艺较为粗略，气体内有微量氧气、大量二氧化碳、一氧化碳、硫化物，为了将气体的纯度提起来，需有效净化原料气，把氨气以外所有杂质去除干净，虽然无法实现100%的除去效果达到理想纯度，但是严格能最大限度保证合成气的纯度，更好的满足使用需求^[2]。第一个净化工艺是去除一氧化碳，该过程难度较大，需要先转化一氧化碳，以氢气和二氧化碳这种比较容易去除的气体形式进行去除，为增加氨气原料提取量做好准备，该环节应注意清除一氧化碳的操作实际上就是延续原料气制取的一种操作，所以在此环节还会有一氧化碳出现转化成氨气的情况，完成清除一氧化碳的程序后，接下来进行第二个净化工艺清除硫化物质，其主要作用是保证合成氨的提取质量，避免制取合成氨过程受有趣性气体硫化物所影响增加危险性，目前工业脱硫方式越来越多样化，其中低温甲醇洗法与物理化学吸收法使用范围最广，在通过一氧化碳变化处理的粗原料气内，不仅有氯气，也存在甲烷、一氧化碳、二氧化碳等气体，含量最多的是二氧化碳，它在尿素制造等肥料制造中可作为重要原料，同时在氨合成催化剂中是一种毒物，变换气过程脱除二氧化碳的操作需综合考虑以上两方面的需求，适宜的方式为溶液吸收法^[3]。

3. 精炼原料气要点

经过上一步骤得到的原料气中水、氧、二氧化碳、一氧化碳等杂质还有少量残留，想要必然合成催化气受到这些物质的毒害，需要合成原料气前进行精炼处理，常见的精炼工艺包括深冷液氮洗涤方法、甲烷化法、铜氨溶液吸收法。

4. 合成氨要点

该步骤是制取合成氨的核心环节，在此之前的步骤都是给更好实施合成氨工艺保证氨纯度最好做铺垫，创造合成氨的必要条件，由于气体内仅有10%~20%含量的氨，为了将氨的含量提起来需采取氮气与氢气循环系统，利用持续的循环促进氨分离，提取出来的氨气和氢气有效合成最终得到合成氨。

5. 分离氨要点

因为合成塔内发生的合成反应面临着反应平衡限制的问题，所以氢氮气中只有部分完成了合成氨转化，还有大量氮气与氢气没有发生合成反应，所以，要对合成塔出口没有发生反应的混合气体内氮气、氯气进行充分利用，进一步保证产品的纯净度，在具体操作时，先分离混合气体里的氨，此过程可选用冷凝分离法、水吸收法。现阶段来看，国内大部分规模较大的氨场基本选择冷凝分离法，此工艺原理在于将气态氨通过冷凝处理变成液态氨，接着采取气液分离法进一步处理，实现氨分离目标。

2. 煤化工合成氨工艺的有效节能改造策略

随着可持续发展战略的提出，节能环保理念在我国愈加深入人心，节能改造成为目前各领域工艺发展的必然方向，煤化工领域也不例外，需要加强对合成氨工艺节能改造对策的研究与不断实践探索，降低制取合成氨过程中煤炭资源的实际消耗，提高各类资源的利用率，获取最大化的制取效益^[4]。

1. 升级改造换热器设备

化工合成氨工艺应用过程与时俱进升级改造换热器设备，引入板式换热器、异型管换热器、波纹管换热器等，发挥出高效管线与换热器设备自身具有的传热优势，将性能更好的换热元件使用到蒸发式冷凝器等设备中，强化冷却能力与换热效果，达到减少能耗与提高换热效率的目标。

2. 再处理改造废水

一般情况下，制取合成氨时为了对煤成本的控制会选择碎煤作为原料，经过处理的煤气水一旦没有及时注意和解决其中煤粉尘、焦油问题，很可能令合成氨管线发生堵塞，进而对热传导效果和速率产生影响，出现不必要的热量损失。通过再处理改造废水的有效操作，能够令能源利用率有效提升，反复沉降处理煤粉与煤焦油，将气浮装置增加进去，让悬浮物含量降低下来，促进运行效率提升

^[5]。

3. 改造流动设备

煤化工合成氨工艺中引入先进的变频控制技术和相关设备设施，有效控制流动设备，避免与固定供电频率这种传统的控制设备方法造成启动设备出现不平滑问题进而出现不必要的电力资源损失，通过平滑的减速和增速实现良好的节电效果。

煤化工合成氨工艺中将氢回收装置安装在合成排放气处，可大幅度避免氢气的不必要消耗，将分子筛与选择性氧化等有效的干燥工艺增加到甲烷化设备应用前后，可以令合成气明显提高利用效率。

4. 从源头减排二氧化碳

煤化工合成氨工艺中引入循环流化床煤气化技术(CGAS)，可以从整个工艺程序源头开始减排二氧化碳，给中小规模合成氨企业带来“从头到尾”的高效能、低成本环保闭环综合解决方案，将制取合成氨过程存在的“三废”问题解决掉，推进工艺与行业的绿色环保转型进程。

例如，新疆宜化化工有限公司2020年采用CGAS对煤气化装置实施了一系列改造，结果显示，吨氨碳减排500千克左右，降低吨氨成本两百多元，达到了清洁生产、高效生产目标。

（五）高值化利用气化细渣

　　目前，制取煤化工合成氨过程中气化细渣固废问题备受关注，循化流化床工艺与气流床工艺均有大量气化细渣产生，对此，可采取高值化、无害化、减量化的气化细渣利用技术，将细渣综合利用难度大、着火温度高、挥发分低、粒径细等技术难题一一破解，引入预热熔融气化技术及残炭燃烧技术，达到高值化利用气化细渣目标同时，对气化细渣含有重金属的危废进行协同处理，在无害的玻璃体中固定重金属，此技术可满足有蒸汽需求的用户，通过循环流化床燃烧技术的有效应用，让热量生产超高温超高压蒸汽，在经过系统集成处理，达到清洁高效梯级利用煤资源的节能效果。

结束语：

总之，我国合成氨企业在面对节能环保压力不断加大、资源约束加强的新形势时，要把握行业升级转型的关键期，掌握合成氨制取工艺的操作要点，积极学习并引入节能改造技术，多措并举保障合成氨行业健康的可持续发展。

参考文献：

[1]吉文祥. 合成氨催化技术与工艺发展趋势[J]. 化工管理,2021，14(15):82-83.

[2]崔俊辉. 合成氨生产工艺及KBR合成氨工艺研究[J]. 化工设计通讯,2021,47(4):5-6.

[3]喻旋. 合成氨生产中的危险特性及安全培训研究[J]. 化工管理,2020，53(2):53-54.

[4]苏静杰. 合成氨生产过程的节能降耗分析[J]. 中国化工贸易,2020,12(4):160-161.

[5]温倩. 合成氨行业发展情况及未来走势分析[J]. 肥料与健康,2020,47(2):6-13.

作者简介；

 武广伟（1984.1.2），性别：男；籍贯：寿光；民族：汉；学历：本科、学士；职称：助理工程师；研究方向：化工学