李春玲（商丘醫(yī)學高等專科學校，河南 商丘 476100）

合成氨屬于一個高耗能的行業(yè)，其生產(chǎn)原料主要包含煤炭、石油和天然氣等。鑒于這些原材料大多數(shù)屬于不可再生資源，在其數(shù)量越來越少的前提下，合成氨的生成成本正在不斷增加。所以，不管是從響應政府節(jié)能減排號召的角度來看，還是從企業(yè)自身發(fā)展的角度來看，企業(yè)都應該加大對合成氨工藝的研究，改善合成氨生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的參數(shù)設置，提高合成氨生成率。[]氨凈值代表的是合成氨裝置氨合成率的重要參數(shù)，氨凈值高，則裝置氨合成率高，這說明合成氨生產(chǎn)過程的生產(chǎn)效率越高，其節(jié)能降耗效果越好。反之，氨凈值的數(shù)據(jù)越低，表示合成氨裝置合成率越低，說明生產(chǎn)過程的能耗越高。這就意味著合成氨工藝參數(shù)的調(diào)整對凈值的變化有著比較明顯的影響。合成氨工藝參數(shù)優(yōu)化，氨凈值數(shù)值較高，合成氨工藝參數(shù)不合理，氨凈值數(shù)值就低。在其他數(shù)據(jù)穩(wěn)定的情況下，兩者之間的關系即是如此。下面，我們將針對合成氨生產(chǎn)過程進行分析，明確氨凈值和合成氨各項工藝之間的關系，提出如何才能創(chuàng)造更好的氨凈值。

1 合成氨生產(chǎn)過程分析

1.1 造氣階段

造氣階段的本質(zhì)是碳和氧氣以及蒸汽混合在一起的過程。其中主要包含吹風和制氣兩個環(huán)節(jié)的內(nèi)容。吹風的方式主要包含吹風、上吹、下吹、二次上吹和空氣吹凈五個部分。在原料煤階段性地放入固定層煤氣發(fā)生爐內(nèi)。先送入空氣，不斷提升煤氣爐的溫度，之后把水蒸氣和加氮空氣送入煤爐內(nèi)，生成半成品的氣體。把這些氣體送進洗滌塔內(nèi)加以除塵處理，降低半煤氣的溫度，最后把這些半煤氣存到氣柜內(nèi)。造氣環(huán)節(jié)完成。

1.2 脫硫階段

在合成氨的過程中，硫的存在對制作設備會產(chǎn)生一定的腐蝕作用，而且會導致催化劑中毒，對整個合成氨過程造成極大的損害。所以，想要取得好的合成氨效果，就一定要去除氣體內(nèi)的硫。脫硫環(huán)節(jié)的主要目的是為了通過DDS去除氣體內(nèi)的硫。氣柜中的半水煤氣通過多種工藝處理，恢復溫度后引入壓縮機。脫硫完成后廢氣可以再次使用。

1.3 變換階段

變換階段的主要產(chǎn)物是CO2和H2。半煤氣中的CO和水蒸氣混合在一起，在催化劑的刺激下，反應完成。需要注意的是這個階段的反應，一般分前后兩個階段，前階段的反應完成之后，把半水煤氣引入飽和塔內(nèi)提高溫度，增加塔內(nèi)的濕氣，并補充一定的水分。后一階段把水煤氣引入中變爐，釋放其中的熱量回收。把降溫后的氣體引入低變爐，把反應后的工藝氣體送入壓縮機三段入口。

1.4 變換氣脫硫和脫碳

經(jīng)過氣體轉(zhuǎn)換之后，氣體內(nèi)存在的有機硫就會轉(zhuǎn)變?yōu)闀D(zhuǎn)變?yōu)镠2S，這就必須做二次脫硫處理，讓氣體中硫的成分保持在25mg/m3。脫碳的目的是去除換氣之后產(chǎn)生的CO2，把氣體內(nèi)的雜質(zhì)去除。保持器具內(nèi)的壓力在1.3MPa左右，引入水分離器，排除水分，把剩下的氣體引入吸附塔內(nèi)，處理之后把氣體送往精脫硫階段。

1.5 精煉階段

經(jīng)過上述的工藝處理之后，氣體內(nèi)還會存在微量的一氧化碳和二氧化碳。但是，不管其含量多么少，都可能造成催化劑中毒，所以，在進行合成氨處理之前，必須把一氧化碳和二氧化碳處理干凈。一般情況下，可以使用醋酸銅氨液洗滌法，經(jīng)過此工藝之后，氣體內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳的含量將會降低到25ppm之下。把氣體引入到分離器內(nèi)，補充總銅、水冷卻、過濾、氨冷后經(jīng)銅氨液循環(huán)泵加壓循環(huán)使用。[1]

1.6 壓縮階段

鑒于前述各工藝的處理之后，其壓力有明顯的下降，變換、脫碳之后器具內(nèi)的壓力只有0.87MPa、3.7MPa，這樣的壓力根本不符合合成氨的壓力條件。所以，壓縮階段的主要目的是為了增加工藝氣體的壓力，為合成氨的生成提供必需的壓力條件。

1.7 氨合成階段

氨合成階段的主要目的是為了把經(jīng)過銅洗處理后得到的氮氣、氫氣和混合氣在催化劑的作用下合成為氨。此時，器具內(nèi)的壓力保持在27MPa，不斷補充新鮮氣體和混合氣混合在一起后，引入氨冷器，氨分離器，冷交換器，經(jīng)過循環(huán)機，不斷升壓，經(jīng)過油分離器去除混合器內(nèi)的油分，把混合氣引入到氨合成塔內(nèi)器和外器之間的間隙，經(jīng)過一系列工藝的處理，把合成氨的液體分離出系統(tǒng)。還沒有完全反應的氮氫氣體循環(huán)使用。

2 合成氨工藝參數(shù)對氨凈值的影響

當前，我國大多企業(yè)生產(chǎn)合成氨使用的工藝為哈伯技術(shù)和鐵系催化劑。在鐵系催化劑媒床中，按照容器內(nèi)部構(gòu)造的不同，反應氣的進入形式有所區(qū)別，但是一般進入的氣體主要有兩類，一是沒有經(jīng)過加熱的氣體，另一種是經(jīng)過加熱的氣體。這兩種氣體的區(qū)別之處在于，經(jīng)過加熱的氣體，其氮含量會有所增加。在這個過程中，使用的催化劑主要是四氧化三鐵。生成的氣體在媒床中完成熱交換后，進入兩組三級旋風分離器進行氮氣的分離。之后，壓力降低，循環(huán)壓縮機承受的壓力不足，氣體再次進入媒床開始下一輪反應。這里我們以塔內(nèi)器件中直徑為Φ1.4m的合成塔作為研究對象對整個轉(zhuǎn)化過程進行展示：其反應過程順利進行需要的條件為：壓力20-30MPa，溫度485-515℃，空速15000-20000Nm3· hˉ1,氫氮氣比2.8--3.2，氨轉(zhuǎn)化率10%--16%。在這個過程中，和企業(yè)關聯(lián)最大的問題就是如何減少循環(huán)壓縮機的消耗，增加合成氨的生成量。在上述條件環(huán)境內(nèi)，在催化劑的作用下，氫氮混合氣體的反應過程中會發(fā)生多個平行反應和串聯(lián)反應，而最終影響這一反應結(jié)果的元素主要包含：反應器內(nèi)的壓力，反應發(fā)生時的溫度，空速和氫氮混合氣體的比例等。在這些元素中，反應器內(nèi)的壓力可以明顯促進氨氣的生成，但是這一元素并不能無限加大，它受到反應器皿的材料和整個系統(tǒng)功耗的約束。所以，在日常的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并不把調(diào)整反應器內(nèi)的壓力作為增加氨氣生成的工藝手段，而只是作為參考參數(shù)，能夠發(fā)揮一些輔助作用而已。反應溫度的高低，對合成氨的速度有著明顯的影響。在催化劑的刺激下，反應溫度保持較高的狀態(tài)時，氫和氮的反應速度加快，容易合成氨。但是，溫度升高過多的話，逆反應的發(fā)生也會加速，這又會降低氨的生成率。所以，對于反應溫度的調(diào)整，要在催化劑加入之后，根據(jù)反應階段的不同，區(qū)別對待。一般情況下，會把合成氨的過程劃分為前、中、后三期，不同的階段給予不同的溫度?？账贂铀俜磻倪M行，提升氨氣的生成率。但是，空速轉(zhuǎn)動的高低對于媒床內(nèi)催化反應過程的持續(xù)時間和反應器內(nèi)的熱量穩(wěn)定也有一定的影響。所以，要按照反應媒床內(nèi)床層構(gòu)成和系統(tǒng)壓力來確定一個合適的反應氣量。氫氮比和合成氨的生成有更加直接的關聯(lián)，假如氫氮比例不能均衡，會導致整個反應器系統(tǒng)失衡，容器內(nèi)溫度降低，壓力增加，合成氨的生成率降低。[2]

3 結(jié)語

總之，合成氨是一種影響深遠的工藝，在當今這個講究節(jié)能高效的時代，提高合成氨的氨凈值對合成氨的產(chǎn)量有著非常大的影響。從上面的論述中我們可以看出，對氨凈化值數(shù)據(jù)有著明顯影響的工藝主要包含反應發(fā)生時的溫度，空速和氫氮混合氣體的比例等，對這幾項合成氨的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，就需要對上述的各合成氨的生產(chǎn)階段進行優(yōu)化，不斷提高合成氨的產(chǎn)量，增加氨凈化值。這樣，不但提高了合成氨的生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益，而且由于氨凈化值提高了，其能量消耗減少，其社會效益也有不小的提升。

[1]安宏偉，李永華.合成氨產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展建議[J].西部煤化工，2012（08):4—5.

[2]符丁,尹卓英.關聯(lián)規(guī)則挖掘發(fā)現(xiàn)問題的協(xié)同式需求獲取方法[J].計算機與數(shù)字工程，2011(4)：63—66.

[3]楊亦，楊開英.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的合成氨生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2011（03）：379—381.