【摘 要】合成氨工业在我国国民经济中占有重要地位。本文对合成氨工艺流程进行了系统分析，并提出有效的节能措施。
【关键词】合成氨；工艺流程；节能措施
合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，在国民经济中占有重要地位。氨是化学工业的重要原料之一，具有非常广泛的用途。我国合成氨技术发展迅速，在工艺技术、节能降耗能方面都有重大进步，我国氨产量排名世界第一。
一、合成氨工艺流程的系统分析
1.原料气的制取
合成氨的原料是煤、天然气、重油、石脑油和焦碳等。无论何种原料均可用CmHn来表示。这些原料在高温下与水蒸气作用生成以氢和一氧化碳为主体的合成气。此过程是强烈吸热过程。煤气化法是我国合成氨的主要制气方法。煤气化法是指用蒸汽、氧和其他气化剂对煤进行高温加工，使煤转化为氢及一氧化碳等可燃性气体。对于气态烃类，工业上普遍采用二段蒸汽转化法制取合成气。重油部分氧化法是以重油为原料，利用氧气进行不完全燃烧，使烃类在高温下裂解与燃烧产生的水蒸气与二氧化碳在高温下与甲烷进行转化反应，从而获得以氢气和一氧化碳为主体的合成气[1]。
2.原料气净化
无论任何方法制得的粗原料气，除含氢和氮外，还含有硫化氢、有机硫、一氧化碳、二氧化碳和少量氧等。这些物质对氨合成催化剂有毒害，必须进行脱除。
（1）原料气脱硫
在天然气蒸汽转化流程中，脱硫置于管式炉之前，以保护蒸汽转化催化剂的活性。在间歇式煤气炉制气流程中，脱硫置于变换之前，以保护变换催化剂的活性。在重油部分氧化生产的流程中，脱硫与脱二氧化碳在同一甲醇洗涤系统中进行。原料气脱硫的方法很多，包括干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫一般有活性炭法、有机硫化氢转化法和氧化锌法等。湿法脱硫方法很多，按吸收过程特点可分为化学吸收法和物理吸收法。
（2）一氧化碳变换
粗原料气一般含有大量的一氧化碳。通常，需先经过一氧化碳变换反应，使其转化为易于清除的二氧化碳和氨合成所需要的氢，反应如下：
CO+H2O(g)→CO2+H2
因此，一氧化碳的净化过程既是原料气的净化过程，又是原料气制取的继续。最后，少量一氧化碳可通过铜液洗涤法、液氨洗涤法或者低温变换连串甲烷化法加以脱除[2]。以煤为原料的中小合成氨厂，一氧化碳变换工序耗用大量外供蒸汽，是工厂的主要能耗工序之一。因此，降低一氧化碳的能耗是中小型氨厂节能工作的重点。
（3）二氧化碳脱除
原料气经变换后含有大量的二氧化碳。这些二氧化碳进入合成工序以前必须脱除干净。同时，二氧化碳又是制造尿素、纯碱、碳酸氢铵的重要原料。因此，在合成氨的生产过程中，二氧化碳的脱除及其回收利用是脱碳工序的双重目的。工业上通常采用的脱除二氧化碳的方法为溶液吸收法。它分为两大类，一类是循环吸收过程，即吸收二氧化碳后在再生塔放出纯态的二氧化碳，以便为制造尿素提供原料。另一类则是将吸收二氧化碳与其他产品生产结合起来同时进行，例如碳铵、联碱和联尿的生产过程。
3.原料气精炼
经一氧化碳变换和二氧化碳脱除后的原料气尚含有少量残余的一氧化碳、二氧化碳、氧和水等杂质。为了防止它们对合成催化剂的毒害，原料气在送往合成之前，必须经过精炼。原料气的精炼方法一般有三种，即铜氨液吸收法、甲烷化法和深冷液氮洗涤法。
4.氨的合成
氨合成工段的任务是将精制的氢气与氮气合成为氨，提供液氨产品。氨的合成工序基本由三部分组成，即在高温、高压和催化剂参与的条件下，氢与氮的混合气在合成塔中合成为氨；反应后的混合气体经回收、冷却、冷凝分离出产品氨；未反应的气体和补充的新鲜气体在升压后返回合成塔继续进行合成氨的反应。整个系统构成一个循环。氨合成工段是整个合成氨工艺流程的核心。氨合成工段的生产状况直接影响到工厂成本的高低，是合成氨厂高产低耗的关键工段。
5.氨的分离
在合成塔内的合成反应由于受反应平衡的限制。仅有部分氢氮气体合成为氨，尚有大部分氢气和氮气未反应。因此，为了充分利用合成塔出口混合气中未反应的氢气和氮气，同时也为了得到纯净的产品氮，需要将氨从混合气中分离出来。氨的分离一般采用两种方法。一种是水吸收法，另一种是冷凝分离法。目前，我国大型氨厂都采用冷凝分离法分离氨。冷凝分离法是通过氨冷的方法使混合气中的气态氨冷凝为液态氨，然后通过分离器进行气液分离。
二、合成氨工艺流程的节能措施
合成氨生产是能耗巨大的产业，过程中除消耗原料如煤、天然气、石油等一次能源外，还要消耗大量的电力、蒸汽等二次能源。合理高效利用能源，做好节能技改工作，已成为合成氨工业的重要内容[3]。下面是根据合成氨厂的实际情况，提出一些节能措施。
（1）添加合成排放气回收氢装置。此装置具有节省原料氢消耗，允许二段炉出口甲烷含量较高和降低惰性气含量的优点。
（2）提高表面冷却器效率。这是普遍使用的节能改造的措施。
（3）采用压降低净值高的径向合成塔代替陈旧的老合成塔。 这一措施不但可以节省循环功和冷却功，还可以降低原料气消耗。
（4）设置一段燃烧炉空气预热器。
（5）脱碳过程的节能。例如采用两段再生、贫液再生和更换新的活化剂等。
（6）完善热回收系统和利用低位热。改造热回收系统可使更多的废热产生蒸汽，使原料气和空气进行蒸汽预饱和。设置氨吸收制冷装置可利用多余的低位能热量，以供合成氨冷凝所需冷量[4]。
（7）在甲烷化前后采用选择性氧化和分子筛干燥工艺。 这可有效提高合成气的利用率和改善氨合成工艺并降低能耗。
（8）提高氨合成的水冷氨量，减少氨冷系统热损失，降低铜液所需冷冻量，可以有效降低电能消耗。
三、结束语
当今世界能源紧缺和价格不断上涨，使合成氨工业的节能降耗已成当务之急。完善合成氨工艺，采取节能措施，合理高效利用能源，是合成氨生产技术的重要内容。
参考文献
[1]孙凤伟,栾智宇.合成氨工艺技术的现状及其发展趋势[J].化学工程师， 2010(04)
[2]韩明山.合成氨生产技术探讨[J].化学工程与装备,2011（5）
[3]徐松华,王文富，李涛，吴玉华.探讨节能减排技术在合成氨生产中的应用[J]. 科技信息,2011(25).
[4]於子方.合成氨行业节能技术综述[J].企业与科技 2010(03)