在合成氨尿素生产过程中能量优化技术的应用研究

【摘要】农业是社会稳定发展的保障，我国对农业生产越来越重视，大力提倡农业生产技术创新。合成氨尿素在农业生产中最为常用，在农业生产中有重大作用，而合成氨尿素生产过程却是复杂的，需要大量的能源材料以及高科技技术做支撑，在合成氨生产过程中能量被大量浪费，因此，如何在合成氨尿素生产过程中进行能量优化是业内关注的问题。本文通过对我国合成氨尿素生产过程技术特点分析，阐述了合成氨尿素生产过程中正应用的能量优化技术。

【关键词】农业生产 合成氨尿素 能量优化

1 合成氨尿素生产过程中技术的发展进程1.1 传统蒸汽化制氨工艺技术发展及其特点

最早以天然气为原料的制氨工艺技术起源于20世纪60年代，由美国一家专业合成氨开始研究应用的，投产后取得了令人震惊的成果，被公认为是当时最先进的制氨工艺技术。此次合成氨工艺技术创新关键表现在合成氨装置中，装入了离心式压缩机，在强大动力系统的驱动下，整个工艺系统都能高效率快速运转，从而达到了装置系统大型化与系统能量综合利用，这使得传统型制氨工艺技术迈上新台阶。

改进后的传统型合成氨工艺技术特点包括以下几方面：第一，加入离心式压缩机作为动力源，再用蒸汽轮机传递动力，将工艺技术和动力系统进行科学融合；第二，对氨合反应后放出的热量进行重新利用；第三，设置转化炉特殊排烟系统预热空气，加大转化压力，将多余载荷顺利推给下一阶段工序；第四，利用轴向冷激式氨合成塔，将各系统温度调整到最佳温度。

1.2 低能耗制氨工艺技术发展及特点

低能耗制氨工艺技术是在能源危机形势下提出的，当时能源开发利用条件较难，在加上世界各国建设对能源的需求量剧增，导致合成氨工业生产成本上升和经济收益不高，因此合成氨领域提倡低能耗制氨工艺技术，由此可见，此技术的发展就是为了优化能源配置。

低能耗制氨工艺技术主要有以下特点：其一，温和转化。一段转化炉通过低水碳化，保证出口处温度不高，而甲烷有相对较高含量，把负荷推到二段转化炉，随后在内通入充足空气，进而增强转化系统能力。其二，采用燃气轮机。空气压缩机在燃气轮机

动力驱动下，能够同上端的转化炉结合严实。其三，温度适宜条件下降炭脱掉，从而实现能量的高效利用。其四，采用合成回路提高工作效率。在合成氨塔内加入适量的高性能催化剂，达到合成氨高效转化、减少合成压力、回路压强低、能量优化目的。

2 在合成氨尿素生产过程中能量优化技术的应用

2.1 合成氨尿素生产过程中能量优化技术方案调研

合成氨尿素生产厂家应该根据本厂的实际条件，进行可行性方案研究找出做适用的方案。具体步骤是：首先，必须严格贯彻国家对合成氨尿素生产过程中能量要求的规定，反复阅读材料，领悟文件的实质性含义，避免制定的方案与国家规定脱离；其次，对本厂生产条件及原料渠道进行调查，对方案实施有影响的隐患立即排除。再次，与合作单位进行沟通，建立稳定的合作关系，最后，派专业人员到市场进行调查，关注市场的最新动态，为能量技术方案制定提供依据。

2.2 合成氨尿素生产过程中能量优化技术方案思路

合成氨生产装置属于能量集中型且耗能量大的装置，对它进行能量优化技术改进时首先考虑的就是生产过程的用能优化。由于过程系统中的三环节能量结构模型已经在合成氨尿素中推广应用，并在实践中取得了令人满意的成效，因此，在对合成氨尿素生产过程中能量优化技术方案思路探索时，要将的三环节能量结构模型作为前提条件，构建合成氨尿素生产能量优化思路图为：单元（工艺装置用能优化、装置渐热联合系统、重点耗能设备）→子系统（厂级间热联合系统、装置间热联合）→整个系统（蒸汽动力系统优化），在这各个系统间必须预先制定科学的能量优化顺序，并在优化过程中严格执行设计方案。

2.3 优化合成氨尿素生产过程中能量优化技术方案

结合以上方案设计思路对方案进行再次优化，对不同的级别的合成氨尿素生产的化肥用途以及适用范围进行研究，其能量综合能力优化技术方案构架是：首先，合成氨尿素生产厂家要与相关电力单位建立长期稳定的合作关系，由该电力单位向化肥厂提供所需动力；其次，合成氨尿素生产厂家要建立科学的动力接受系统，将电厂输送到能量充分接受，并经系统转化为合成氨生产需要的动力；其次，把动力按照各系统能量需求进行分配，主要系统包括合成氨工艺蒸汽系统、尿素蒸汽透平系统、循环水蒸汽透平系统；最后，将上述过程没有充分利用的能量及废料渣进行加工处理，一部分外送到电力部门作电力生产原料，另一部分回收应用到化肥成合成炉中循环利用。

2.4 合成氨尿素生产过程中能量优化技术使用情况

第一，全低变替代中串低变。传统的合成氨尿素生产系统中原变换流程使用的是中串低，在生产过程中存在很多弊端包括：在水煤气中含有大量促使催化剂失去活性的化学物质，导致蒸汽内气化比过低，浪费大量生产原料；从而增加了合成氨尿素系统能量浪费。通过对上述问题分析，我们用全低变替代了中串低，那么当半水煤气经过塔内时就会被进行热交换，从而提升其温度，使得对催化剂有危害的物质被提前祛除掉，保证了催化剂的高效性，此外，使用全低变换流程后，一氧化碳的转换率在合理的温度范围内转化率明显提高，在半水煤气中的含量也相对减少，在经过变换三炉段可以下降到规范规定范围内。自从全低变使用以来，合成氨尿素成产系统阻力下降幅度较大，有效降低了蒸汽消耗率，起到了能量优化作用。

第二，分离内件合理运用。在分离内件应用与合成氨尿素生产系统以前，蒸汽内部所有气体都是利用外螺线离心分离或者是旋流板丝网进行分离，取得的成效并明显，气体中所含气体不能有效分离，还有大部分对合成氨生产有影响的气体会进入到合成塔内，导致合成塔内反应物不能充分反应或者是合成氨中掺杂气体，从而减小了整个生产系统生产合成氨尿素的产量。自采用分离内件以来，对系统氨分气体取样调查分析，混合气体中氨含量明显提高，主要是原因是混合气体中其他杂质气体被有效分离，从而合成氨转化率必然会有所升高；合成塔内氨气含量增大，那么合成系统压力就会减小，从而节约了压缩机能耗；出口气中体积分数明显降低，设备生产能力提升。可见，在合成氨尿素系统中合理运用分离内件，是实现能量优化的主要途径。

第三，合成氨尿素生产装置采用预分离器。传统的合成氨尿素生产系统中普遍使用预蒸馏工艺，而现代的尿素生产量不断增加，原有的工艺技术不能符合现代生产技术要求，阻碍合成氨尿素的生产，工艺状况易变化，蒸汽大量浪费，致使经济投资逐年增高。自从合成氨尿素生产装置采用预分离器后，合成塔出口处的混合液需提前流经预分离器内，大多数游离氨与少数含有氨基的胺会被充分解离，释放的热量顺着反应液流经到下段反应池中；其气相通常与中压一级冷却器接通，再进入中压吸收塔。合成氨尿素生产装置采用预分离器系统结构并不复杂，然而取得的经济技术效果却很明显，要想在短期内就实现合成氨尿素生产能量优化目标，此方法是最佳的选择。

3 在合成氨尿素生产过程中能量优化技术应用效果

3.1 能量优化技术实应用带来的经济效益

合成氨尿素生产过程中能量优化技术应用后，合成氨尿素生产中节约了原材料，催化剂活性增高促进了材料的充分反应，减少了材料反应不完全就被排掉的浪费；把反应后的多余能量经过循环系统实现再利用，避免了能量的流失，为合成氨尿素生产带来了可观的经济效益。下表为在合成氨尿素生产过程中能量优化技术应用前后的对照表1：3.2 能量优化技术实应用带来的社会效益

自合成氨尿素生产过程中能量优化技术应用以来，合成氨生产废气中的有害气体排放减少，使得周围环境污染程度降低，并且实现了较高利用社会资源，社会对合成氨尿素生产的看法有所改变，收到了良好的社会效益。

4 结束语

综上所述，在合成氨尿素生产过程中采用合理的改进技术，确实可以实现能量优化利用的目标。随着我国发展对农业产量需求增加，合成氨尿素的使用也会随之增加，所以我们要在已有的合成氨尿素生产过程能量优化技术基础上，不断探索出更加高效节能的技术措施，从而为合成氨尿素工业发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 蒋德军.合成氨工艺技术的现状及其发展趋势[J].现代化工.2005，（08）

[2] 汪家铭.氮肥生产节能新技术的开发与应用[J].川化.2012，（03）

[3] 李喜延.合成氨—尿素能量的综合利用[J].科技情报开发与经济.2004，（07）

作者简介

李蓓 （1984-） 女，汉，陕西渭南人，青海盐湖海虹化工股份有限公司，质检，本科学历，质检管理方向。

张明瑜 （1989-） 女，汉，青海民和人，青海盐湖海虹化工股份有限公司，本科学历。

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