合成氨工业技术现状及节能技术研究

合成氨工业技术现状及节能技术研究

摘要：随着经济技术的发展，我国的合成氨工业技术已较为成熟。在节能环保的新形势下，合成氨工业也必须走节能减排的道路。本文简要介绍我国合成氨工业技术的发展现状以及合成氨工业节

能减排的潜力，并提出了合成氨工业节能减排的措施，为节能减排提供一些建议。

关键词：合成氨技术节能

过去由于盲目追求经济的发展，合成氨工业大量的污水废气排放对环境造成了很严重污染。现在随着经济技术的不断发展，政府对环境节能的重视，如近日国务院颁布《合成氨工业水污染物排放标准》等4项国家标准，大众的节能环保意识也不断提高，我国可持续发展战略的要求促使合成氨工业必须向节能减排方向发展。

一、合成氨工业主要原料

生产合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。

1.天然气制氨。天然气先经脱硫，二次转化之后，经过一氧化碳变换和二氧化碳脱除等工序，转换成氮氢混合气。氮氢混合气含有一氧化碳和二氧化碳，和甲烷经过化学作用后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，再经压缩机压缩后进入氨合成回路，得到产品氨。与此流程相似的是用用石脑油为原料的合成氨生产流程；

2.重质油制氨。重质油是渣油——经各种深度加工所得。重质油制氨是用部分氧化法制得合成氨原料气，比天然气蒸气转化法更简

单，需要一个空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，液态氮可作为脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂；

3.煤制氨。通过煤的高温干馏焦化和煤的气化制氨气，焦炉煤气将煤处于空气隔绝的高温条件下制取，一般煤气中含约60%的氢气，成为合成氨的原料[1]。

二、我国的合成氨工业能耗高、能效低的原因

我国的氮肥工业能够利用焦炭、焦炉气、天然气、无烟煤、液态烃等多种原料合成氨以及尿素等化肥，合成氨的产量已经达到了国际领先的地位[2]。并且各种生产规模的合成氨企业都发展很快，总的年产量大概有5000万吨，能够达到国内的氮肥需求，并且与国际合成氨工业有一定竞争力。我国氨肥企业当前最重要的一项工作就是节能减排，提高经济效益，以下分析我国的合成氨工业能耗高、能效低的原因：

首先，原料的不合理利用。天然气被称作是最廉价最合理的合成氨原料，国外合成氨工业中百分之八十五都是以天然气作为原料，而在我国煤成为了合成氨的主要原料，占总比例的百分之七十以上。

其次，生产企业管理落后，我国合成氨企业的耗能比国外企业高出40%～50%。

最后，工业技术落后是阻碍氨合成工业的重要原因之一，降低合成压力以及催化剂技术的进步，这些大大的降低合成氨工业的能耗。国外合成氨企业大多采用15mpa 的低压工业技术，而我国百分

之七十以上的小型企业采用的是31.4mpa高压合成工艺，这使得我国合成氨成本与能耗几倍于国外企业[3]。

三、合成氨工业节能减排分析

1.节能潜力分析

合成氨工业属于高耗能产业，是因为氨气体的热值大约为

22.4gj/t，属于比较高的范围，而且在合成氨过程当中会消耗较多能量。我国合成氨工业节能的潜力非常大，如与国外的中小型企业相比，我国合成氨工业每生产1t 产品大约消耗40～60gj，与国外企业平均消耗相比，差了一倍之多。如果我国合成氨企业的技术能够赶超国外的发达水平，就能摆脱成本高、能耗高的现状，这样每年将能节省大约两千多万吨煤和减少六千万吨的二氧化碳排放量。

2.工段降耗分析

按照热力学原理理论，可逆过程会消耗最少的能量，反应过程的可逆性越大，则能效越高，来推断合成氨过程中耗能最大的环节。实际生产应用中大多数为不可逆反应，消耗能量的会比较多，经分析合成氨工业的工序，以及反应过程的能量消耗数据，发现冷却水过程消耗的热能的能耗很高，是热能总耗的70%以上，散热工序和烟气排放排其后面。从有效能的损耗分析来看，转化工段占了总体的60%以上，其中涉及燃烧的过程耗能达到了85%以上。分析原因，转化工序的反应过程不可逆性很大，因此耗能也最大。

3.动力消耗分析

合成氨过程中全装置的动力消耗约 3.21 gj/t，初级能源代价为

11.48gj /t，占每吨氨总能耗的 37.68%，其中合成气压缩机占 1/2 以上。由于一份初级能源只能创造出三分之一份动力能源，因此必须节省动力能源的消耗。克服流体流动的阻力以及化学反应的能垒使动力能源主要的作用。实际上，动能主要是消耗在合成过程中的。理论上来看，空气和水作为原料合成氨必须消耗动能，而其它原料合成氨则不会耗能。例如，氢气和氮气为原料合成氨就可以在常温、常压下产生放热反应。

四、合成氨工业节能减排措施

1.调整原料结构，提高原料档次

由于合成氨工业是一个高耗能的行业，所以合理的安排原料的结构，对节能减排的意义就很明显。我国的能源特点是石油和天然气不足，而煤矿资源丰富，而国外的合成氨工业中，天然气是主要原料。氨中只含有氢元素，当采用天然气作为主要原料时，则能达到最大的节能减排效果。以煤为原料，会产生成很多无法再利用的物质，而且前期投资生产装置的花费也很大。

2.提高装备技术水平

用电设备、燃煤、燃气是所有工业企业主要耗能的部分。在燃煤、燃气的消耗方面，锅炉和煤气发生炉或蒸汽转化炉消耗最多，而工艺空气压缩机、合成- 循环压缩机和制冷压缩机耗费着整个厂所有耗电量的百分之八十以上。对机械设备的改造，可以节约大量的资源成本，降低合成氨的消耗。合成氨的联产应用系统装置实际上是一个转换能源的装置，可以把甲烷、煤或者其他的原料制成氢气，

这样可以减少污染物的排放并降低能源的消耗，从而带来环境效益和经济效益。

五、结语

综上所述，由于合成氨工业在我国粮食产业占有重要作用，它的发展既关系到整个国家的粮食供应，也影响国家的能源安全，因此合成氨工业的节能减排很有必要。合成氨工业的节能减排主要从原料的结构、生产技术、设备采用和管理等方面综合提高。

参考文献

[1] 苗长润，鲍喜军.合成氨工业技术的现状及其发展趋势[j].民营科技，2011.

[2] 王文善.世界化肥供需概况及我国化肥工业现状[j].化肥工业，2010.

[3] 编辑部.世界合成氨产能未来几年仍将增加[j].天然气化工，2012.