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【摘要】氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料，也是化学工业中产量最大的化工产品。厂家通过选择合适的设备，对设备进行相应改造并选取适当的生产工艺可以使合成氨在生产过程中实现节能减排效果。
【关键词】合成氨 设备选型 节能减排
氮肥工业既是耗能大户也是污染物排放较大产业，全国1000家重点耗能大户中，氮肥企业就占到了160多家，每年氮肥行业产生的污水排放量达90.9万吨。由于资金、技术及人才等优势，目前我国合成氨能耗主要集中在中小企业，从企业规模来看，小型企业的合成氨能耗占总能耗的一半以上。能源供应紧张、节能减排任务制定、市场的冲击等等都要求广大氮肥企业做好节能减排工作，通过节约能源最大限度地降低生产成本。其中，合成氨厂造气工序的节能降耗是氮肥企业实现节能减排的关键（表1）。
1 设备选型节能
1.1 炉箅选型
炉箅选择的好坏直接影响炉况正常运转，对节能降耗也会有较大影响。如果一味的追求炉箅高度，煤气发生炉的高度也就越大，而同时炉箅占炉膛的体积就会越大，会占据更多气化层的气化空间，使得有效气化层不得不向上推移，结果就会导致干燥层到氧化层的气化空间进一步受到限制，结果炭层过薄，CO2还原得不到保障，气体成分差。优选炉箅应该从炉型、通风面积、破渣排渣、布风性能、带出物等方面考虑。合理布风：注意原料的种类、性质、气孔率等，严格控制中心风量，加大外环区风量；优选炉型：建议选用六边形均布型炉箅；带出物：合理设计内风道间隙和上下重叠面。
1.2 洗涤塔选型
造气洗涤塔设置的目的为了处理高温煤气，降低煤气温度、清除煤气中的杂质。判定洗涤塔选型的好坏取决于传质冷却效果的好坏：出塔煤气温度达到40℃以下；塔的进口压力要小于0.4 kPa；煤气在管道里的流速保持在6 m/s。
1.3 多管旋风除尘器
煤制气过程中往往会在生产中带出物偏多，有必要采用除尘效率较高的旋风除尘器。设计除尘器的进风口气体流速很重要，一般不低于18m/s。太低，处理效率会降低容易出现堵塞；太高，旋风子磨损严重，阻力明显增加。在与高性能除尘器串联使用时，应将旋风器放在前级，反之应将高效旋风器放在后级。此外，设计多管旋风除尘器时要计算好处理风量和使用温度。
2 设备、技改节能
合成氨操作设备较多，有塔设备、输送设备、换热设备等等，每一类设备都可以采用适当的技术改造实现节能。
2.1 设备优化节能
大中小型合成氨装置中耗能大户莫过于燃气、燃煤、用电设备。而耗燃气量、耗煤量最大的设备是锅炉和煤气发生炉或蒸汽转化炉；耗电量最大的机器是原料压缩机、工艺空气压缩机、合成-循环压缩机和制冷压缩机，它们的耗电量几乎占全厂设备用电量的80%～90%以上，占吨氨总能耗的30%以上。因此，重点是要做好这三类机器、设备的技术改造。例如，采用德士古加压气流床水煤浆气化工艺，碳的转化率可达97%～99%，吨氨煤耗达到1.4～1.54 吨[1]。
做好塔设备改造，采用塔前预热器合成氨工艺；改造流体输送设备，应用变频器节电、内馈斩波调速、无功率补偿等等节能，实践证明，应用这三种技术节电率可达到在20%一30%；改造换热设备：改进换热气种类和表面积，以及催化剂的装填方式，提高换热效率。
2.2 技艺改造节能
合成氨工业是一个复杂的系统性行业，节能降耗需要着眼于全程性、综合治理，既要注重做好节能器械的设备选取，也要做好节能技术的及时推广和应用。目前已开发出许多先进的节能技艺：中低低变换工艺技术、NHD脱碳工艺技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术、全渣循环流化床锅炉等等。总之，合成氨工艺控制节能就是要充分的利用余热，工艺产生的余热主要有：废气废水的余热、冷却介质的余热、高温烟气的余热、化学反应余热等等。此外，引入凯洛格工艺、布朗工艺以及ICI工艺等，都可以提高能量的利用率，减少原料的使用量。
3 改善原料结构节能
煤、油、气三种原料中，天然气是合成氨原料中最经济的，但在我国合成氨生产原料中煤占到70%以上，而国外则以85%以上已天然气为原料。因此，合成氨节能减排中就需要打破这种原料结构。
以煤为原料生产合成氨，其装置设备投入大，初始投资将是天然气的2-3倍，且后期运行维护成本较高。据测算，以2009年我国氨产量5135万吨计算的话，若将目前的天然气22%的比例提升到50%，每年可以节省1269万吨标准煤，节能减排效果明显。
4 设备安装型节能
合成氨生产设备复杂，多样，因此可以在安装过程中采取相应的技术举措实现节能减排效果。增产二氧化碳，降低氨库液位，减少甲醇中溶解的二氧化碳量，可以降低酸性气量；改造烧嘴水冷却器，避免脱盐水排放；回收空压机放空气，优化开车方案，减少原料气放空量；消除漏点和直排等以实现节能减排效果[2]。
5 结语
节能降耗是合成氨工业技改的主题，虽然历经了数年来的研究取得了许多成果，但目前还没有改变以煤为主的原料结构，中小型合成氨企业吨氨能耗仍远远高于以油和气为原料的大型合成氨企业的吨氨能耗。因此，广大合成氨企业在建设初期的设备选取、设备安装以及后期生产过程中的工艺选择等等都需要把“节能减排”理念融入到全过程，才能真正把吨氨能耗降下来实现可持续发展。
参考文献
[1] 刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J]化工进展，2011，30（6）：1147-1157
[2] 丁志表，王志玲.合成氨装置技改与节能减排措施[J]化工设计通讯，2011，37（5）：16-18
作者简介
郭建明（1974-），男，河北省东光县，大专，汉族，助理工程师，主要从事合成氨、尿素生产、有机化工等方面研究。
【关键词】合成氨 设备选型 节能减排
氮肥工业既是耗能大户也是污染物排放较大产业，全国1000家重点耗能大户中，氮肥企业就占到了160多家，每年氮肥行业产生的污水排放量达90.9万吨。由于资金、技术及人才等优势，目前我国合成氨能耗主要集中在中小企业，从企业规模来看，小型企业的合成氨能耗占总能耗的一半以上。能源供应紧张、节能减排任务制定、市场的冲击等等都要求广大氮肥企业做好节能减排工作，通过节约能源最大限度地降低生产成本。其中，合成氨厂造气工序的节能降耗是氮肥企业实现节能减排的关键（表1）。
1 设备选型节能
1.1 炉箅选型
炉箅选择的好坏直接影响炉况正常运转，对节能降耗也会有较大影响。如果一味的追求炉箅高度，煤气发生炉的高度也就越大，而同时炉箅占炉膛的体积就会越大，会占据更多气化层的气化空间，使得有效气化层不得不向上推移，结果就会导致干燥层到氧化层的气化空间进一步受到限制，结果炭层过薄，CO2还原得不到保障，气体成分差。优选炉箅应该从炉型、通风面积、破渣排渣、布风性能、带出物等方面考虑。合理布风：注意原料的种类、性质、气孔率等，严格控制中心风量，加大外环区风量；优选炉型：建议选用六边形均布型炉箅；带出物：合理设计内风道间隙和上下重叠面。
1.2 洗涤塔选型
造气洗涤塔设置的目的为了处理高温煤气，降低煤气温度、清除煤气中的杂质。判定洗涤塔选型的好坏取决于传质冷却效果的好坏：出塔煤气温度达到40℃以下；塔的进口压力要小于0.4 kPa；煤气在管道里的流速保持在6 m/s。
1.3 多管旋风除尘器
煤制气过程中往往会在生产中带出物偏多，有必要采用除尘效率较高的旋风除尘器。设计除尘器的进风口气体流速很重要，一般不低于18m/s。太低，处理效率会降低容易出现堵塞；太高，旋风子磨损严重，阻力明显增加。在与高性能除尘器串联使用时，应将旋风器放在前级，反之应将高效旋风器放在后级。此外，设计多管旋风除尘器时要计算好处理风量和使用温度。
2 设备、技改节能
合成氨操作设备较多，有塔设备、输送设备、换热设备等等，每一类设备都可以采用适当的技术改造实现节能。
2.1 设备优化节能
大中小型合成氨装置中耗能大户莫过于燃气、燃煤、用电设备。而耗燃气量、耗煤量最大的设备是锅炉和煤气发生炉或蒸汽转化炉；耗电量最大的机器是原料压缩机、工艺空气压缩机、合成-循环压缩机和制冷压缩机，它们的耗电量几乎占全厂设备用电量的80%～90%以上，占吨氨总能耗的30%以上。因此，重点是要做好这三类机器、设备的技术改造。例如，采用德士古加压气流床水煤浆气化工艺，碳的转化率可达97%～99%，吨氨煤耗达到1.4～1.54 吨[1]。
做好塔设备改造，采用塔前预热器合成氨工艺；改造流体输送设备，应用变频器节电、内馈斩波调速、无功率补偿等等节能，实践证明，应用这三种技术节电率可达到在20%一30%；改造换热设备：改进换热气种类和表面积，以及催化剂的装填方式，提高换热效率。
2.2 技艺改造节能
合成氨工业是一个复杂的系统性行业，节能降耗需要着眼于全程性、综合治理，既要注重做好节能器械的设备选取，也要做好节能技术的及时推广和应用。目前已开发出许多先进的节能技艺：中低低变换工艺技术、NHD脱碳工艺技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术、全渣循环流化床锅炉等等。总之，合成氨工艺控制节能就是要充分的利用余热，工艺产生的余热主要有：废气废水的余热、冷却介质的余热、高温烟气的余热、化学反应余热等等。此外，引入凯洛格工艺、布朗工艺以及ICI工艺等，都可以提高能量的利用率，减少原料的使用量。
3 改善原料结构节能
煤、油、气三种原料中，天然气是合成氨原料中最经济的，但在我国合成氨生产原料中煤占到70%以上，而国外则以85%以上已天然气为原料。因此，合成氨节能减排中就需要打破这种原料结构。
以煤为原料生产合成氨，其装置设备投入大，初始投资将是天然气的2-3倍，且后期运行维护成本较高。据测算，以2009年我国氨产量5135万吨计算的话，若将目前的天然气22%的比例提升到50%，每年可以节省1269万吨标准煤，节能减排效果明显。
4 设备安装型节能
合成氨生产设备复杂，多样，因此可以在安装过程中采取相应的技术举措实现节能减排效果。增产二氧化碳，降低氨库液位，减少甲醇中溶解的二氧化碳量，可以降低酸性气量；改造烧嘴水冷却器，避免脱盐水排放；回收空压机放空气，优化开车方案，减少原料气放空量；消除漏点和直排等以实现节能减排效果[2]。
5 结语
节能降耗是合成氨工业技改的主题，虽然历经了数年来的研究取得了许多成果，但目前还没有改变以煤为主的原料结构，中小型合成氨企业吨氨能耗仍远远高于以油和气为原料的大型合成氨企业的吨氨能耗。因此，广大合成氨企业在建设初期的设备选取、设备安装以及后期生产过程中的工艺选择等等都需要把“节能减排”理念融入到全过程，才能真正把吨氨能耗降下来实现可持续发展。
参考文献
[1] 刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J]化工进展，2011，30（6）：1147-1157
[2] 丁志表，王志玲.合成氨装置技改与节能减排措施[J]化工设计通讯，2011，37（5）：16-18
作者简介
郭建明（1974-），男，河北省东光县，大专，汉族，助理工程师，主要从事合成氨、尿素生产、有机化工等方面研究。