化肥厂合成氨节能潜力分析

夹点分析方法

将合成氨过程系统含有的工艺物流简化为2个热物流及两个冷物流，数据见 下表。冷热流股最小传热温差△ Tmin=20℃。
夹点分析方法

在T-H图上画出组合曲线
夹点分析方法
移动某一曲线使两曲线间最短距离等于20℃，此最短距离处即为夹点
夹点分析方法
从夹点图上可以得出如下信息：
1 合成氨系统所需的最小公用工程加热负荷Qh,min，及所需最小公用工程冷却负荷 Qc,min。 2 合成氨系统所能达到的最大热回收Qr,max。
夹点技术分析
重新分配结果： 区间Ⅰ：H2-1的低温段应被冷却，采用冷却器CW1。
区间Ⅱ： H2-2 与C1-1匹配采用换热器E1 。
区间Ⅲ： H2-3和C1-2匹配采用换热器E2； H2-4和C2-1匹配采用换热器E3； H1-1和C2-2匹配采用换热器E4。 区间Ⅳ： H1-2和C1-3匹配采用换热器E5； H1-3和C2-3匹配采用换热器E6 。 区间Ⅴ： C2-4和C1-4的高温位应被加热。采用加热器HS1，HS2。

仅从上课老师所讲的分析方法中，由于对化工行业本身工艺过程的不熟，做 这份PPT实在很吃力。望给予指正。
夹点技术分析

合成氨简化分析图
夹点技术分析

优化后分配图
两种分析方法进行比较

对于化肥厂合成氨的两种分析方法都可以在一定程度上降低能耗，夹点分析 方法重在对换热网络进行优化分析，而㶲分析则是将系统㶲损失降低至最小 值，以重新分配各部分能耗。两种方法所体现的实际行为就是减少了两煤的 使用量，即从根本上解决了消耗的量的问题。

㶲分析
由热力系统㶲损失分析表可 知（右图），热动力系统中 造成㶲损失最大的原因则是 因为锅炉燃料煤燃烧产生蒸 汽的过程损失了大量的㶲,其 㶲损失为燃料值的33%以上; 其次是由于两股物流的换热 温差而导致的㶲损失。
㶲分析结果

由对热力系统的分析可知：热动力系统的能量利用率很低,从而应该成为煤 基合成氨工艺节能的主要突破口之一。

㶲分析：系统㶲平衡表
㶲分析：热量损失表与㶲损失分布表
㶲分析

由以上两表可以清楚地看出,合成氨系统㶲损失最大的是热动力子系统,这与 以热力学第一定律为基准的合成氨系统热量分析相吻合,但造成㶲损失的原 因却不一样。 具体分析 热动力系统的目的：利用燃料煤的燃烧和回收工艺过程中的余热来产生蒸汽 以供压缩、制冷以及换热使用,其主要过程为冷水和饱和蒸汽流经余热锅炉, 经燃料煤的燃烧,产生过热蒸汽,然后过热蒸汽向合成氨各工艺流程提供过程 蒸汽与压缩机动力,作功后的蒸汽冷却成水后被排走。
化肥厂合成氨节能潜力分析
环工12-2 龚煜
合成氨综述
氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：原料的生产；原料气的净化；氨的合成； 氨的分离。除氨的合成外，其它过程的转化率和分离率都比较高。由于氨合成 的转化率较低，反应后的气体经氨分离后循环返回合成塔。氨生产的原则流程：
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合成氨综述
氨的合成工段，其主要任务是在适宜的温度、压力和有触媒催化的条件下，将 经过精制的氢氮混合气体，在合成塔内直接合成为氨。然后将所得的气氨，从 氢氮混合气中经冷却冷凝成为液态氨分离出来。液氨由氨罐进入氨冷器蒸发为 气氨，送碳化岗位制取碳酸氢铵；或送硝酸车间制取硝酸和硝铵；或送硫铵车 间制取硫酸铵；或将液氨送尿素车间制取尿素等。未合成为氨的氢氮混合气体 继续在合成系统内循环使用。
3 夹点PQ把过程系统分隔为两部分：一是夹点上方，称为热端（热阱），只需 公用工程加热；另一是夹点下方，称冷端（热源），只需公用工程冷却。
夹点分析方法：确定冷热流股匹配方案
夹点技术分析
区间Ⅰ：H1和H2的低温段应被公用工程冷却，采用冷却器CW1和CW2。 区间Ⅱ：C1分别与H1和H2换热。采用换热器E1和E2 。 区间Ⅲ：C1和C2分别与H1和H2换热。采用换热器E3，E4。 区间Ⅳ： H1分别与C1和C2换热。采用换热器E5，E6。 区间Ⅴ： C1和C2的高温位应被公用工程加热。采用换热器HS1，HS2。 区间Ⅱ, Ⅲ ,Ⅳ, Ⅴ都要分解组合曲线来确定内部匹配关系。
其次合成氨工艺流程㶲损失居第二位的是气化单元,其㶲损失占总损失的 30%左右,主要原因是气化炉的反应热来源于一部分燃料的燃烧,燃烧过程㶲 损失较大,而且气化炉出口的粗煤气显热的回收过程㶲损失同样不容忽视。
在实际生产中努力降低两煤(原料煤和燃料煤)消耗是节能降耗工作的重点
夹点技术分析
夹点技术是英国BodoLinnhoff教授等人于70年代末提出的换热网 络优化设计方法，后来又逐步发展为化工过程综合的方法论。夹 点技术是能量回收系统的重大突破，80年代以来夹点技术在欧洲、 美国、日本等工业发达国家迅速得到推广应用，现已广泛地应用 于各种工业生产的连续和间歇工艺过程，应用领域十分广阔，在 世界各地产生了巨大的经济效益。用来优化综合换热网络，并且 能对整个过程系统的能量进行分析与调优，实现过程系统的低能 耗操作。
合成氨综述
(1)气体的压缩和除油 (2)气体的预热和合成
(3)氨的分离
(4)气体的循环 (5)惰性气体的排除
(6)反应热的回收利用
㶲分析

通过对㶲损失进一步分析,不仅可以作出系统热经济性的整体评价,而且还可 以从中获取改善热 经济性的有用信息,即找出系统中存在节能潜力所在的部 位。因此,能量系统评价的中心问题是对㶲损失在系统中分布的分析以及各 部位㶲损失数值的大小。 初定各个物流的㶲值，再利用公式Eloss=Ein-Eout，其中：Eloss为模块的㶲损 失,kJ;Ein为输入模块的㶲,kJ;Eout 为输出模块的㶲,kJ。通过以上方法可以得出 整个流程氨（以吨计算）的㶲平衡值及分布情况。各操作单元中热力系统总 输入量最大,气化单元次之。这一结果表明,分析㶲损失找到节能的部位应以 上述两个单元为主。