节能减排技术在合成氨生产中的应用

节能减排技术在合成氨生产中的应用

杨天斗

510824197502151738

摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，合成氨在我国工业与农业生产中有着重要的地位，是很多工业生产中不可或缺的原材料之一，也是农业生产中重要的肥料来源。特别是在现代农业不断发展的背景下，我国的合成氨大量应用到肥料生产中，进一步提高了我国化肥产量。因此，在我国的实际情况和农业的需要等因素的作用下，合成氨行业的发展前景非常乐观。但随着合成氨行业的迅速发展，我国的合成氨产业面临着一系列的能源消耗和环境污染问题，在国家大力提倡环保节能的今天，为了推动合成氨行业的健康发展，有关部门必须对合成氨产业的发展状况和节能减排的潜在价值进行全面的分析，并针对合成氨工业节能减排相关技术进行深入研究。

关键词：节能减排技术；合成氨生产；应用

引言

合成氨是我国传统行业，起步于20世纪30年代，行业发展较为成熟。在我国全面开启建设社会主义现代化新征程中，合成氨行业迎来了新的发展机遇。国家发展改革委等四部门联合发布《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》，明确提出：到2025年，合成氨行业能效标杆水平以上产能占比达到15%，能效基准水平以下产能基本清零。基于此，探究节能减排技术在合成氨生产中的应用具有非常突出的现实意义。

1在合成氨生产中的能源损耗与排放问题

1.1电能损耗高

在合成氨生产装置运行过程中，合成塔单程转化率始终不高，大量工艺气在合成系统内循环，引发合成系统运行压力偏高。而过高的合成系统运行压力给水冷器造成过重负荷，进而引发氨冷温度超标，电能损耗虚高。

1.2热能损耗高

传统合成氨生产装置使用UGI型造气炉，单台造气炉生产的混合气经旋风除尘器除尘后进入火管式废热锅炉，废热锅炉可回收混合气热量。随后混合气先后进入洗气箱洗涤塔、气柜。因单台造气炉使用附属设备多、组成复杂，且一台造气炉自成系统，吹风潜在热量回收率低，经造气炉早期过程产生气体间断流失，造成严重热能损耗。

2合成氨造气系统的减排技术

2.1煤气化技术

在进行合成氨生产过程中，每一个生产环节甚至是运营环节，合成氨都有着不同程度的能耗体现，这与合成氨的化学性质有着密不可分的关系。其中，能耗最大的是煤气，而煤气来源于煤炭。所以，这也就使得合成氨在生产及运营过程中会造成大量的煤炭能源损耗，不仅会增加煤炭使用量，提高生产成本，在很大程度上还会影响节能理念的推广，难以实现绿色合成氨生产体系建设。所以，在接下来的生产中，相关企业就需要用到更加科学与节能的煤气化技术。在长期的研究中发现，煤粉加压气化技术在很大程度上能够降低煤炭能源的损耗，在一定程度上可以满足低能耗生产合成氨的需要。因此，相关企业需要重点针对煤气化技术进行研究与升级，使其更具节能价值。

2.2造气炉机电一体化

在进行合成氨生产的过程中，自动化技术的应用是不可逆转的主要趋势，在进行生产的过程中，相关企业可以优化相关设备与技术，提高合成氨生产效能。在实际应用过程中，造气炉机电一体化技术，就是合成氨生产过程中的主要创新技术，并且也是降低合成氨生产过程中产生能耗的主要手段。在该技术实际应用的过程中，其能够有效实现节能减排，并且不会影响到生产效能，在很大程度上促使合成氨得到了绿色生产。

3节能减排技术在合成氨生产中的应用

3.1加强废气净化技术

合成氨生产装置会产生较多原料气，若直接排放，将会污染周边空气环境。因此，应可以应用废气净化技术。根据废气中含有一定量氮气、氢气以及大量碳原子的特点，可以综合利用低温脱水、固体干燥剂吸附、溶剂吸收等净化工艺。其中低温脱水主要是在人为营造低温环境进行脱水，避免废气生成水化物；固体干燥剂吸附主要是利用硅胶或分子筛吸附废气中水分、杂质；溶剂吸收主要是利用高浓度有机酸、三甘醇、浓磷酸合成物质对废气进行脱水。根据实际情况，技术人员可以采取适宜的处理技术。若选择固体干燥剂吸附技术，技术人员应新增干燥器再生排气管线截止阀，延长干燥器泄压时间，并在分离器底部增设手动排污，避免粉尘进入干燥器，降低干燥器损耗。在干燥剂吸附后，技术人员可以设置空气段一级出口3μm精度纸质滤芯过滤器，滤除吸附气体后固体干燥剂粉末，提高废气净化效果。净化后的废气需再次经高压制冷剂预冷、气液分离器去重烃等处理，确保净化效果。同时考虑到常见二段蒸汽转化易造成大量二氧化碳排放，技术人员可以利用二段换热纯氧自热转化技术代替二段蒸汽转化技术，即在合成氨转化环节加入适量富氧空气，同时在二段炉实际温度达到980℃时，应用生产废气作为外加能源，在维持反应正常进行的同时减少二氧化碳整体排放量。二段换热纯氧自热转化技术采取天然气蒸汽通入饱和塔处理后应用天然气蒸汽的方式，在工艺流程运行时，需要先将天然气通入圆筒炉，确保各种物质比例达到标准状态，再将转化后天然气通入脱硫装置、汽提饱和塔，确保汽提饱和度一定，且汽提中水、碳的比例在3∶1左右。随后加热气体，将其分成3股先后通入圆筒炉、二段炉、换热转换塔，促进转换效率提升。这一环节，借鉴高变串低变思路，高温下经高变催化剂床层处理转化炉出口转化气，促使大部分一氧化碳转变为二氧化碳，高变气一氧化碳浓度为4%左右。随后经过低变催化剂床层变换气的进一步反应，可以净化废气中含有的二氧化碳，促使其转变为合成氨原料－氢气、氮气，减少二氧化碳排放量。

3.2贯彻执行“走出去”与“请进来”的方式，主动展开单位节能判断

“走出去”是指向外学习，主动寻求外界帮助进行节能经验的学习；“请进来”则是指将更加先进的设备与技术引入到企业生产中，或者外聘相关专业技术部门的行业咨询专家亲临现场实施节能判断，给出节能改进详尽执行计划，单位可按照自身状况结合规划展开节能技术改进，最终方才可全面提升本单位的市场竞争力。

3.3借助储热器节能

储热器节能体系为普通的且相关单位经常应用的储能设施，其基本工作原理则为在工作筹备前容器内部盛满饱和水，其最大可承载12.5kg左右的饱和水压力，若合成氨工艺过程需要能量时，此储热设施通过高温受热形成了巨大蒸汽，随着时间推移，蒸汽聚集某种程度情况下，则可当作合成氨源动力，此种制作合成氨方式优点为环保且节约，最关键的是支持费用较少。

结语

综上所述，合成氨的生产特性决定了其所在行业耗能量较大。因此，在节能降碳工作中，应将合成氨视为一个重点作业。根据合成氨生产流程，技术人员应综合考虑脱硫、压缩、合成、制气、转化等环节的能耗与排放情况，恰当利用节能减排技术。根据合成氨生产中排放废气、废水及电力能源损耗情况，技术人员可以综合利用二段换热纯氧自热转化技术、加入逐级提浓技术、生物脱氮技术等先进技术，实现节电节能及废水废气深度净化、循环使用。

参考文献

[1]聂维淼.合成氨生产工艺及节能减排分析[J].中国化工贸易，2023(36):149-150.

[2]李观辉.合成氨生产中的废气利用与节能效益[J].化工设计通讯，2023,46(10):1,70.

[3]苏静杰.合成氨生产过程的节能降耗分析[J].中国化工贸易，2023,12(04):160-161.

[4]刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J].化工进展，2023(06):1147-1157.

[5]钱晓迪，任立，杨哲.合成氨工业废水资源化处理研究进展[J].山东化工，2023,46(07):101-104.