第４３卷第６期 ２０１７年６月 合成氨与尿素 ＡｍｍｏｎｉａａｎｄＵｒｅａ 化工设计通讯 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｍｃｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 合成氨工艺分析及节能改造措施 程立斌，闰庆雷 （山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东德州 ２５３０００） 摘要：伴随经济和科技发展，日常生产、生活中涉及到化工制品也随之增加，这些化工制品不仅为人们生活提供了便利 条件，同时也在一定程度上提升了人们生活质量。化工制品的种类不同，生产方式也有差异。在农业化肥中，氨是广泛应用的 化学物质之一，通过多种原料和生产方式将氮和氢合成，得到的氨即为合成氨。合成氨在医药业、工农业均得到广泛利用，且 发挥着重要作用。 关键词：合成氨；工艺流程；节能改造；措施 中图分类号：ＴＱ１１３．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－６４９０（２０１７）０６－－０００２－－０２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｍｍｏｎｉａ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ Ｃｈｅｎｇ Ｌｆ—ｂｉｎ，Ｙａｎ Ｑｉｎｇ－ｌｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄａｉｌｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｆｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｓｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｆｏｒ ｐｅｏｐｌｅ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ，ｅｎｈａｎｃｅ ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｌｉｆｅ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ｉｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ，ａｍｍｏｎｉａ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｔｈａｔ ｉｓ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｍｍｏｎｉａ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｍｍｏｎｉａ ｉｎ ｔｈｅ ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ，ａｎｄ ｐｌａｙ ａｌｌ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｍｍｏｎｉａ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ；ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ １合成氨工艺流程分析 １．１制取原料气 ２．１造气工段技术改进 氢气制取原料包括很多种，不仅可通过天然气、焦炉气、 煤制取，还可通过重质油、石脑油等制取，将这些原料在高 温条件下与水蒸气产生作用以制取合成气。针对固体焦炭、 原料煤来说，一般可通过固体燃料气化法对合成气进行制取； 针对渣油来说，一般可通过非催化部分氧化法对合成气进行 制取；针对石脑油等，可通过二段蒸汽环化法进行制取。 １．２净化原料气 净化处理原料气是合成氨工艺的重要流程。这一流程相 对复杂，包含以下几个环节：第一，变换一氧化碳。由于通 过煤气化制取的原料气内含较大比重的一氧化碳，而在合成 氨生产过程中需要将水蒸气、一氧化碳向氢气、二氧化碳进 行转变，将一氧化碳向二氧化碳进行转变可以降低其脱除的 难度，同时可以增加氢气含量。在工业生产过程中，变换一 氧化碳是一个需要消耗大量能量的工序，因此应使这一工序 的能耗降低，以解决能源浪费问题。第二，原料气脱碳脱硫。 在合成氨生产过程中，脱碳脱硫是重要环节。可以通过两种 方式进行脱碳，一种是物理吸收法，另一种是化学吸收法。 ①自动加焦机技术。这一技术的应用不仅可以节约生产 时间，还可使能量消耗减少，另具备较强的安全性；②煤气 余热集中回收技术。针对生产中的余热可以通过回收器进行 回收，使资源得到充分利用，以实现回收利用资源的目的； ③炉况监测与油压微机控制技术。这一技术不仅可使分配时 间得到合理化调节，还可使对造气炉环境和具体情况进行全 面监测，并做好反馈和调节工作，使生产效率提升，能源消 耗得到节约；④集中式高效洗气塔。通过高塔喷淋式洗气塔 使系统阻力降低，同时使污水和冷却水减少；⑤吹风气余热 回收技术。回收吹风气余热可节约资源，通过集中式燃烧炉 吹风气回收技术进行回收，部分企业通过三废硫化混燃技术 对余热进行回收，避免浪费资源，使生产效率和经济效益提升； ⑥入炉蒸汽品质提升技术。过热蒸汽对炉温有稳定作用，可 使蒸汽分解率提升，能源消耗降低，这也是合成氨的必需环节； ⑦高效静电除焦油器。这一设备的应用不仅可保障脱硫质量， 还可使脱硫效率、气体质量得到提升，另外还对压缩机寿命 有延长作用，通常情况下，焦油器使用在脱硫工段前，还用 在清洗塔后，是重要仪器之一。 ２废水循环利用技术改进 脱碳的目的是为了避免出现催化剂中毒现象。在脱碳过程中， ２．在合成氨生产中，为节约成本通常以碎煤为主要原材料， 回收利用二氧化碳是重要工序，由于二氧化碳不仅能制造碳 酸氢铵，还可以制造纯碱和尿素等，因此回收利用二氧化碳 可以实现资源节约的目的，同时能得到环保的效果。另外， 脱硫的方式也包括两种，一种是干法脱硫，另一种是湿法脱硫， 其中干法脱硫指的是通过固体脱硫剂进行脱硫，可取得良好 脱硫效果，但脱硫剂难以再生，在精脱硫中较为常用；湿法 脱硫指的是通过溶液进行脱硫，此种脱硫方式具有可再生性， 在粗脱硫中较为常用。 １．３氨的合成 但此种材料的应用在形成煤气水后无法彻底地分离其中的粉 尘和焦油，进而堵塞了合成氨生产所用管道，增加了热损失。 另外，废水的应用可使生产效率提升，同时使能源消耗降低。 对于废水循环利用技术来说，可以通过多次沉降煤粉和焦油， 并加设气浮装置，力求在沉降后减少煤气水中悬浮物和油质 量浓度，避免出现装置堵塞现象，使装置运行效率得到提升。 ２．３氨分离技术改进 在合成氨生产时，氨的合成是重要环节，之前制取原料气、 净化原料气的目的在于更好地完成合成环节，以生产出高纯 度合成氨。这一环节需要在高压、高温条件下进行，同时需 要辅助使用催化剂，因此氨含量仅为１００／ｏ＇２０％，在此种情况 下要想增加氨含量，则需采用氮气与氢气循环系统，以不断 地提取出氨气和氢气，进而生产出合成氨。 ２合成氨工艺节能改造措施 收稿日期：２０１７－Ｊｏ５＿＿０４ 作者简介：程立斌（１９８５一），男，山东武城人，助理工程师，主要 研究方向为化学工程与工艺。 ・现阶段，氨主要是通过两种方法进行分离，一种是水吸 收法，另一种是冷凝分离法。氨分离通常是通过氨分离器进行， 相比于传统分离器，此装置相对先进，可以避免传统分离器 不能彻底分离的弊端，使资源浪费得到有效控制。此种装置 的工作原理是通过气体流向转变实现气体中液滴的分离。 ３结束语 合成氨生产过程会大量地消耗煤能源，故需强化对合成 氨工艺的分析，并改造其工艺技术，实现能源节约，这对我 国能源节约和可持续发展有重要意义。通过造气工段技术、 废水循环利用技术、氨分离技术等技术改进，提升生产效率， 减少能源消耗，使生产成本降低，对企业稳定发展有利。 （下转第１９页） ２・ 化工设计通讯 煤化工与甲醇 ＣＯａ１ Ｃｅｍｉｃａｌ Ｍｅｔｈａｎｏ１ 第４３卷第６期 ２０１７年６月 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 图３采煤与充填一体化液压支架 图２充填综采工作面布置方式 １．运料带式输送机；２．充填物料转载机： ３．运煤刮板输送机；４．充填刮板输送机；５．卸料孔； 相较于前项梁而言，后项梁支护的能力相对要大一些，因而 前顶梁主要作用在采煤作业掩护方面，后顶梁则主要作用在 充填作业中。一般情况下，为了提升支架后部的支撑性能， 我们会将两根及以上的立柱安装在后顶梁的下设位置，这样 来固体物能够直接从后顶梁掩护的位置向充填通道或空间 中充入。作为支架后部连接的一个整体，固体充填物在夯实 机构的帮助下能够密实且高效的向采空区夯入，此时充填物 的强度会高于２ＭＰａ，并且在一定程度上还能够根据地表层沉 陷以及岩层移动的具体情况，对充填目标进行控制，以使最 终的采空充填效率受到确保。 一４总结 综上所述，时代的不断发展，科技水平的不断前行，国内 ６．带式输送机；７．移动变电站 采矿先驱者经过多年的努力，开发和应用了综合机械化固体 深入，想要在同一个工作面系统之中将采煤和充填这两项作 充填采煤一体化技术。随着对相关内容研究的愈加深入，我 业完成，就必须熟练的掌握液压支架的工作和应用流程（如 们认为这一技术得到尽早的推广和应用是非常有必要的，而 图２所示）。经过不断的分析和研究我们发现，固体充填开采 这便需要采煤行业所有人员的共同努力。 所处位置的采场矿压呈现出一定的规律性，针对这一情况我 参考文献 们首先将有关采场矿压的力学模型建立了起来，相较于传统 ［１】缪协兴．综合机械化固体充填采煤技术研究进展［Ｊ】．煤炭学报， ２０１２，（０８）：１２４７．１２５５． 形式的采煤被动受压机理来讲，其有力揭示了充填采煤支架 的主动支撑顶板性能，随后我们设计出新的一种能够对综合 【２】黄艳利，张吉雄，杜杰．综合机械化固体充填采煤的充填体时间相 关特性研究［Ｊ】．中国矿业大学学报，２０１２，（０５）：６９７．７０１． 机械化采煤作业进行掩护，并不断充填密实固体废弃物作业 的液压支架，其不仅能够保证煤炭作业开采的高效性，还能 ［３］３张吉雄，周跃进，黄艳利．综合机械化固体充填采煤一体化技术【Ｊ】． 煤炭科学技术，２０１２，（１ １）：１０．１３＋２７． 够确保采空区充填的密实性，以及各种工艺实施的安全性。 从图３可以看出，充填和采煤一体化支架中所涉及到的顶 【４】缪协兴，张吉雄，郭广礼．综合机械化固体充填采煤方法与技术研 梁，能够被划分成两个部分，一个是前顶梁，一个是后顶梁， 究［Ｊ］．煤炭学报，２０１０，（叭）：１－６． （上接第２页） 参考文献 ［１］赵永刚．煤化工合成氨工艺分析及节能改造措施【Ｊ］．黑龙江科技信 息，２０１６（３４）． ［２】刘晓明．合成氨系统节能技改方案分析［Ｊ】．能源与节能，２０１５（１） ●一—— －◆＿＋－．－◆＿＋一 （上接第１７页） 艺的引导，有助于增强设备技术间的合作性能，从而将更加 高效化的工作目标实现。并且从相关资料文献中得知，只有 煤炭资源开采操作中不断减少煤炭资源浪费的量，才能够从 根本上提升煤炭资源的利用率。 不断研发新的一些装备系统以及元部件，才能够将整体 发展的宏伟目标实现。在未来，煤炭生产工艺必然会随着不 断完善和采煤技术及设备研发而得到提升，尤其是在信息技 术的影响、渗透以及应用下，结合科技含量更高的软件，实 现智能化管理与应用。诸如：煤炭资源作业的开采将变得可 视化、可监控，也可进行模拟，这便意味着单一的智能化管 理不再是未来发展的主流，其主要的发展趋势将围绕着智能 化发展的基础上，向更加全面的方向发展。 除此之外，针对地下深层煤矿的开采工作，必须围绕着 其所涉及到的复杂的地质条件进行考虑，在技术装备选择上 应当是符合实际开采需求的，而在日后的工作中需要不断对 技术装备进行研究，不断提升各项技术应用水平，主要是针 对较薄的煤层开采作业，在未来发展中研发出综合性的开采 装备，以满足各种复杂地质条件的开采需求。 ４总结 综上所述，时代的不断发展，人类对于煤炭资源的利用 与日俱增，但对于煤炭开采并没有对生态环境进行考虑，已 经严重到威胁到生态环境的平衡稳定性，基于此，研发出新 的煤炭开采装备是非常有必要的。因此主要阐述了综合机械 化采煤技术及其装备在我国的应用现状，并对其未来的发展 趋势进行了探讨。 参考文献 ［１】申宝宏，郭玉辉．我国综合机械化采煤技术装备发展现状与趋势明． 煤炭科学技术，２０１２，（０２）：１—３＋４４， 【２］贺永平．我国综合机械化采煤技术装备发展现状与趋势［Ｊ］．机械管 理开发，２０１６，（１０）：１４６．１４７． ［３】丁广涛．综合机械化采煤技术的发展【Ｊ】．黑龙江科技信息，２０１４， （１０）：９９． ［４】宁宇．我国煤矿综合机械化开采技术现状与思考［Ｊ］．煤矿开采， ２０１３。（０１）：１．４． ・１９・
