小型合成氨节能技术
摘要：随着我国社会的发展对能源的需求量在不断加大，合成氨对我国的工农业的发展有着举足轻重的作用，目前我国有很多小型的合成氨企业，对于如何提高合这些成氨过程的能量利用率是一个有待于慢慢解决的问题。本论文就有关小型合成氨过程的能量做了小部分的分析，搜集了相关资料并对小型合成氨节能方面提出了一些方法。
关键字：能源合成氨利用率节能分析
一、合成氨的生产方法
氨的合成，首先必须制备合格的氢、氮原料气。氢气一般常用含有烃类的各种燃料，即通过用焦炭，无烟煤，天然气，重油等为原料与水蒸气作用的方法来制取，氮气可将空气液化分离而得，或使空气通过燃烧将生成的CO、CO2 除去而制得。合成氨的生产过程，主要包括以下三个步骤：
（1）造气：即制备含有氢、氮的原料气；
（2）净化：无论采用何种方法造气，原料气中都含有对合成氨有害的各种杂质，必须采取适当的方法除去这些杂质。
（3）压缩和合成：将合格的氮、氢混合气体压缩到高压，在铁催化剂的存在下合成氨。
小型合成氨厂多以焦炭或煤为原料制成合成氨其原则流程图如图所示：
空气
蒸汽造气炉
原料煤气柜脱硫压缩变换
精炼
合成
合成氨
脱碳
以焦炭或煤为原料合成氨的流程是采用间歇的固定层气化法生产半水煤气，经过脱硫、变换、压缩、脱除CO 和CO 2等净化后，可获得合格的氮氢混合气，并在催化剂及适当的温度、压力下合成氨。我国有丰富的煤炭资源，是合成氨的好原料，这种方法一般在中小型合成氨厂使用。
二、能耗分析
多年来降耗一直是小氮肥工业发展的头等大事，在全行业的共同努力下，节能降耗取得了很大的成绩。2002年全国小氮肥厂548个，生产合成氨22146.9kt ，占全国合成氨总量的60.6%，吨氨平均能耗9378.4MJ 。
表所列2002年518个生产企业的合成氨消耗与1980年1374个生产企业相比，吨氨原料煤消耗下降22.8%，燃料煤消耗下降84.7%，电耗下降14.8%，可见全行业节能成绩非常巨大。表2为全国小氮肥能源的消耗情况。
全国小氮肥合成氨平均能耗表 年份 厂数/个 原料煤耗
/（kg/t ） 燃料煤耗/（kg/t ） 两煤耗/（kg/t ） 吨氨电耗/（kW.h/t ） 工艺总能耗/GJ
1980 1374 1463 931 2394 1506 88.55 2002 518 1130 142 1272 1283 52.46
全国小氮肥能源消耗表
生产1t合成氨理论上需要消耗1588kg蒸汽，小氮肥厂一般1t 合成氨造气工段需2—3t蒸汽，变换需用800kg左右蒸汽，精炼需用500kg左右蒸汽，所需蒸汽由自备锅炉供给。自1978年以来，行业大力推广节能降耗十项措施，尤其是20世纪80年代中期，原化工部将“两煤变一煤”列为科技攻关项目，组织力量开发造气、变换、铜洗、合成工段热能的回收分级利用。在稳定生产、多产氨的前提下，减少蒸汽消耗量，充分回收各工段余热，按质用能，按需供能，实现低位能和高位能各尽其用，并用严格的管理来确保生产处于最佳运行状况，不仅做到了合成氨蒸汽自给，而且有适量的外供热水和蒸汽，大大降低了合成氨的能耗。
20世纪90年代以来，以低温变换技术、新型氨合成塔内件、新型氨合成催化技术及循环流化床燃渣锅炉技术为重点，经过多年试验，进一步改进，在合成氨生产蒸汽自给的基础上，继续发展到有超过1.6t富裕蒸汽可供小氮肥厂和其他化工产品用汽。
但是，目前行业内吨氨能耗高低相差还很悬殊，据统计，行业中消耗低的前20个企业，吨氨平均两煤耗900kg，平均896KW.h而行业中能耗高的后100个企业平均两煤耗1723kg，高于消耗低的企业近一倍，可见，这些企业节能消耗潜力还很大。
小氮肥行业正对以下重大节能项目进行积极开发工作，并取得一
定的成果。
1、以煤为原料的合成氨生产中，存在造气气化压力低，致使高耗能现象。如果利用粉煤使造气的气化技术由目前的间歇气化实现连续气化、从常压气化实现加压气化、从固定床变化到流动床，将会大幅度降低合成氨的能耗。
2、氨的合成是在高压下进行，必然消耗大量的动力，如果降低氨合成的压力，将会大幅度降低合成氨的电耗。
3、合成氨—尿素生产实现蒸汽自给的推广应用可大幅度降低能耗。
4合成氨及小尿素装置全流程中各工序的过程优化及计算机控制。
三、节能技术
1、推广低温变换工艺技术
1）一氧化碳低硫低温变换工艺技术采用二段中变，二段低变催化反应的工艺技术。第二中变和第一低变在较高温度下反应，具有速度快的动力学的优势。第二低变在低温下工作，具有低温段反应平衡CO浓度低的热力学优势。该工艺能满足各种传统合成氨流程对变换的要求，适应性强。实践证明，在设计负荷下装置阻力一般在0.05MPa 左右，吨氨蒸汽消耗一般在200—350kg。
2）中低低变换工艺技术采用一段中变、二段低变催化反应的工艺技术，并以饱和热水塔为中心构成了优化的热回收系统，其效果是可在0.35-0.45的低汽气比条件下，维持较快的反应速率和高变换率，
由于汽气比低、热回收率高，出热水塔的变换气温度可降至45-60℃可取消传统的第二水加热器，吨氨变换蒸汽消耗可降至150-250kg，变换系统内的设备更为高效、紧凑，降低了设备投资。对变换中串低系统改造，可使生产能力提高50%-120%。
3）全低变工艺技术采用三段Co-Mo低温变换催化剂的变换工艺技术是使变换反应在低温状态下进行，有利于反应趋向适宜操作曲线，可以大幅度降低蒸汽消耗，吨氨变换耗气可降至250-300kg。利用原中串低变换系统主要设备改造为低温变换工艺时，可使原变换系统生产能力增加50%-100%，并有利于有机硫的转化，使出口有机硫降至2mg/m3.
2、进一步优化的合成氨蒸汽自给技术
近年来，合成氨蒸汽自给技术又有了突破性进展：上、下行煤气余热等中回收器、D型风机、重风燃烧炉的开发应用，提高了第一热力网络的技术水平；低温变换工艺和氨合成节能流程的推广应用，更加优化了第二热力网络的工艺。循环流化床燃渣锅炉的应用，在推广小尿素“六改十”“四改十”技术，即采用预分离、预蒸馏等十项技术措施，使装置生产能力有大幅度提高，使产品氨耗、气耗明显下降。将合成氨和尿素生产工艺余热合理回收和利用，组成新型热力网络实现合成氨-尿素生产蒸汽自给。
3、全燃渣循环流化床锅炉技术
全燃渣循环流化床锅炉是采用水冷漩涡内分离器技术，在炉膛内布置水冷漩涡内分离器。由于该分离器为炉膛的延伸，本身为受热面，故
