黃國祥

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600)

近年來，我國在工業(yè)內(nèi)部做出了一些調(diào)整以及整頓，經(jīng)此之后在提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)品品種以及降耗節(jié)能等方面都取得了較為明顯的效果，但是由于發(fā)展不夠平衡進(jìn)而導(dǎo)致很多困難以及問題，相對于先進(jìn)水平來說還有著很大的差距。合成氨生產(chǎn)是消耗大量能源的產(chǎn)業(yè)，不僅對需要運(yùn)用能源作為燃料以及動(dòng)力，還需要運(yùn)用能源作為原料，因此，針對大型合成氨生產(chǎn)展開節(jié)能分析，使得能源利用率有效提高，是當(dāng)前十分重要的問題。

1 天然氣為原材料的合成氨過程

在天然氣為原材料的合成氨生產(chǎn)過程中包括脫硫、轉(zhuǎn)化、變換以及脫碳。在合成的過程中氨合成以及甲烷化的主要作用價(jià)值就是完成目的反應(yīng)。建立在過程合成的經(jīng)驗(yàn)法則之上，對于下游工序有害的部分內(nèi)容以及對于工藝過程、機(jī)械設(shè)備有影響的化學(xué)成分，應(yīng)及時(shí)在系統(tǒng)中消除。因此首先就是針對原材料的成分進(jìn)行排查，查看其中是否存在影響系統(tǒng)的因素，然后再根據(jù)影響因素的特點(diǎn)針對性地尋找解決措施。針對新鮮氣體的成分來說通常情況下都是無線合成，另外，分氨技術(shù)以及壓縮技術(shù)和催化劑性能等都是合成過程中的前提因素，生成氨是工藝的目標(biāo)。而針對產(chǎn)量來說是由原材料的數(shù)量以及裝置規(guī)模決定，氨合成的主要目的就是能夠?qū)崿F(xiàn)減排節(jié)能，其表現(xiàn)形式是先進(jìn)技術(shù)與合理的綜合性表現(xiàn)形式。氨的生產(chǎn)簡單說就是一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程，而物質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)變，那么就一定要符合物質(zhì)的不滅定律。又或者說，氨的生產(chǎn)過程是一種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式能量的過程，而在這個(gè)過程中，能量形式不僅包含著物質(zhì)所擁有的所有能量，還包含著在轉(zhuǎn)變的過程中形成的熱以及功，能量在轉(zhuǎn)換的過程中符合熱力學(xué)第一定律，而熱力學(xué)第一定律也是氨生產(chǎn)的能量守恒定律。那么為什么不同的生產(chǎn)工藝之間會(huì)形成這樣大的能源消耗差異呢？事實(shí)上能源消耗的差異其主要在于能源損失的差異，也就是說功全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，但是熱卻沒有全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。在此基礎(chǔ)上可以針對熱力學(xué)第二定律的能量轉(zhuǎn)變方向性，探索排放能量降低途徑[1]。

2 對合成氨進(jìn)行有效能分析

在大型合成氨成產(chǎn)過程中，不僅包括電能以及熱能，更包括了機(jī)械能以及化學(xué)能，而在這些能量中，有些能量可以實(shí)現(xiàn)全面轉(zhuǎn)變，但是也有些能量只能實(shí)現(xiàn)部分轉(zhuǎn)變，而還有些能量不能夠被轉(zhuǎn)變，因此，針對合成氨進(jìn)行效能分析，那么首先就要各項(xiàng)能源消耗，簡單來說就是指一般的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治觯浯胃鶕?jù)與所分析出的數(shù)據(jù)就能夠得出哪些能源消耗是屬于合理的范圍內(nèi)，哪些是一定要實(shí)現(xiàn)的能源消耗，而哪些是沒有必要的能源消耗。因?yàn)樵贤ㄟ^物理化學(xué)處理最后成為一個(gè)成品這是一個(gè)實(shí)際的過程，而任何的實(shí)際過程在發(fā)生之后都不能夠逆轉(zhuǎn)，所以在化學(xué)處理的過程中不可避免都會(huì)消耗一些能源，如果想要有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能，那就必須要促使不可逆程度降低。舉個(gè)例子來說：水蒸氣以及一氧化碳的變化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在這個(gè)過程中是不需要在通過外加其他能量就能夠自動(dòng)進(jìn)行，但是在整個(gè)過程中由于自由焓處在負(fù)值狀態(tài)，所以這種現(xiàn)象就導(dǎo)致了放熱反應(yīng)不能夠在通常情況下進(jìn)行，必須要在此過程中合理的運(yùn)用相應(yīng)的催化劑，使得熱度有效提高。在此過程中所運(yùn)用到不同的催化劑類型那么所產(chǎn)生的效應(yīng)也是不同的，運(yùn)用低變催化劑所產(chǎn)生的效應(yīng)相對于高變催化劑所產(chǎn)生的效應(yīng)要更好一些，消耗水蒸氣越少，那么變換效率就越高，這種情況下也就說明了即使初級(jí)狀態(tài)以及終極狀態(tài)一樣，選樣的過程不一樣，所消耗的能源也就不一樣。另外，過程的選擇以及能源消耗有著十分緊密的聯(lián)系，在整個(gè)大型合成氨生產(chǎn)的過程中是建立在諸多個(gè)單元過程所形成，而在諸多個(gè)單元過程中，每一個(gè)單元過程都屬于實(shí)際過程，也就是說每一個(gè)單元過程都會(huì)消耗一定能源，因此，實(shí)現(xiàn)節(jié)能還可以通過減少單元過程實(shí)現(xiàn)。其次，還可以通過能源消耗低的單元過程合理組合形成，這樣也能夠?qū)崿F(xiàn)降低能源消耗[2]。

3 大型合成氨生產(chǎn)節(jié)能途徑分析

值得注意的是大型合成氨生產(chǎn)是一個(gè)生產(chǎn)整體，甚至于是氨加工以及動(dòng)力相結(jié)合的一個(gè)整體，并且在各個(gè)單元過程之間存在著互相作用以及互相依靠生存的特點(diǎn)，那么這也就說明了在諸多的單元過程中，任何一個(gè)單元過程發(fā)生變化都會(huì)個(gè)其他單元過程帶來一定的影響。所以在探索大型合成氨生產(chǎn)節(jié)能途徑的過程中必須要進(jìn)行綜合考慮，只是針對局部進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化并不能夠?qū)崿F(xiàn)整體的節(jié)能優(yōu)化，需要建立在整體節(jié)能優(yōu)化的視角上看待局部節(jié)能優(yōu)化，因此，在針對大型合成氨生產(chǎn)節(jié)能進(jìn)行研究的過程中，首先應(yīng)注重各個(gè)環(huán)節(jié)中華可選擇性的節(jié)能措施，然后在進(jìn)行節(jié)能流程的詳細(xì)探討。具體的節(jié)能途徑如下：

1）進(jìn)行新型合成塔的研制。在大型合成氨生產(chǎn)過程中，合成工段的化學(xué)反應(yīng)、整體流動(dòng)以及傳熱都非常高，而進(jìn)行新型合成塔的研制能夠有效促使壓力降實(shí)現(xiàn)降低，運(yùn)用冷管型能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)在最合適的溫度下進(jìn)行操作，進(jìn)而取得更高的氨凈值。

2）在大型氨合成生產(chǎn)過程中通常情況下都會(huì)運(yùn)用機(jī)械壓縮制冷，為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，應(yīng)運(yùn)用吸氨制冷將機(jī)械壓縮制冷替換，雖然機(jī)械壓縮制冷的有效能效率要高過于吸氨制冷，但是吸氨制冷是運(yùn)用物理吸收的方式實(shí)現(xiàn)脫氧，低變氣的余熱可以運(yùn)用，相對于機(jī)械壓縮制冷的總體能量合理性來說，要更高一些。

3）在運(yùn)用新鮮氣展開合成氨生產(chǎn)之前，應(yīng)該運(yùn)用二氧化碳或者是分子篩脫水分，促使新鮮氣能夠直接地進(jìn)入到合成塔之內(nèi)，以此能夠促使氨的分離率有效提高，進(jìn)而使得冷凍量有效減少，使得合成的氨濃度有效降低，具有更加顯著的節(jié)能效果。

4）運(yùn)用節(jié)能型球形觸媒，其具有阻力小以及抗毒性能良好、低溫活性能高的特點(diǎn)，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能[3]。

5）在合成系統(tǒng)的過程中減少跑出氣體的現(xiàn)象、運(yùn)用活性高以及低溫度的催化劑、增添塔前的預(yù)熱器，促使進(jìn)塔的速度提高，與此同時(shí)還能有效減少出塔的溫度，在此過程中還應(yīng)增添塔后加熱器，這種情況下就能夠使得循環(huán)的熱水成為銅洗再生熱源，進(jìn)而使得銅洗用氣能夠得到節(jié)約。

（6）穩(wěn)定碳化工藝，使其在碳化過程中氨的消耗能夠有效減少、平衡用水，能夠?qū)崿F(xiàn)在水洗的過程中避免氨氣跑出，進(jìn)而達(dá)到減少氨的消耗、合理控制進(jìn)行碳化時(shí)的溫度，能夠促使氨的消耗減少、要充分的利用回收的氨水，這樣能夠有效促使脫硫氨降低。

4 結(jié)語

總而言之，開拓能源、降低成本消耗、減少能源消耗以及探索研究良好的節(jié)能措施是現(xiàn)如今時(shí)代背景下大型合成氨生產(chǎn)過程中所面臨十分重要的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗不僅僅能夠?yàn)閲夜?jié)省能源，還能夠在很大程度上促使相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有效提高。因此，大型合成氨相關(guān)企業(yè)應(yīng)重視探索在生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗措施，積極運(yùn)用節(jié)能新技術(shù)，并進(jìn)行推廣，促使大型氨合成相關(guān)企業(yè)能夠獲得更好可持續(xù)性發(fā)展。