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合成氨工藝分析及節(jié)能改造措施

文檔作者：程立斌，閆慶雷文檔來源：山東華魯恒升化工股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年12月16日
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·2·
合成氨與尿素化 工 設 計 通 訊
Ammonia and Urea Chemical Engineering Design Communications
第43卷第6期
2017年6月
1 合成氨工藝流程分析
1.1 制取原料氣
氫氣制取原料包括很多種，不僅可通過天然氣、焦爐氣、
煤制取，還可通過重質油、石腦油等制取，將這些原料在高
溫條件下與水蒸氣產生作用以制取合成氣。針對固體焦炭、
原料煤來說，一般可通過固體燃料氣化法對合成氣進行制取；
針對渣油來說，一般可通過非催化部分氧化法對合成氣進行
制?。会槍κX油等，可通過二段蒸汽環(huán)化法進行制取。
1.2 凈化原料氣
凈化處理原料氣是合成氨工藝的重要流程。這一流程相
對復雜，包含以下幾個環(huán)節(jié)：第一，變換一氧化碳。由于通
過煤氣化制取的原料氣內含較大比重的一氧化碳，而在合成
氨生產過程中需要將水蒸氣、一氧化碳向氫氣、二氧化碳進
行轉變，將一氧化碳向二氧化碳進行轉變可以降低其脫除的
難度，同時可以增加氫氣含量。在工業(yè)生產過程中，變換一
氧化碳是一個需要消耗大量能量的工序，因此應使這一工序
的能耗降低，以解決能源浪費問題。第二，原料氣脫碳脫硫。
在合成氨生產過程中，脫碳脫硫是重要環(huán)節(jié)?？梢酝ㄟ^兩種
方式進行脫碳，一種是物理吸收法，另一種是化學吸收法。
脫碳的目的是為了避免出現催化劑中毒現象。在脫碳過程中，
回收利用二氧化碳是重要工序，由于二氧化碳不僅能制造碳
酸氫銨，還可以制造純堿和尿素等，因此回收利用二氧化碳
可以實現資源節(jié)約的目的，同時能得到環(huán)保的效果。另外，
脫硫的方式也包括兩種，一種是干法脫硫，另一種是濕法脫硫，
其中干法脫硫指的是通過固體脫硫劑進行脫硫，可取得良好
脫硫效果，但脫硫劑難以再生，在精脫硫中較為常用；濕法
脫硫指的是通過溶液進行脫硫，此種脫硫方式具有可再生性，
在粗脫硫中較為常用。
1.3 氨的合成
在合成氨生產時，氨的合成是重要環(huán)節(jié)，之前制取原料氣、
凈化原料氣的目的在于更好地完成合成環(huán)節(jié)，以生產出高純
度合成氨。這一環(huán)節(jié)需要在高壓、高溫條件下進行，同時需
要輔助使用催化劑，因此氨含量僅為10%~20%，在此種情況
下要想增加氨含量，則需采用氮氣與氫氣循環(huán)系統(tǒng)，以不斷
地提取出氨氣和氫氣，進而生產出合成氨。
2 合成氨工藝節(jié)能改造措施
2.1 造氣工段技術改進
①自動加焦機技術。這一技術的應用不僅可以節(jié)約生產
時間，還可使能量消耗減少，另具備較強的安全性；②煤氣
余熱集中回收技術。針對生產中的余熱可以通過回收器進行
回收，使資源得到充分利用，以實現回收利用資源的目的；
③爐況監(jiān)測與油壓微機控制技術。這一技術不僅可使分配時
間得到合理化調節(jié)，還可使對造氣爐環(huán)境和具體情況進行全
面監(jiān)測，并做好反饋和調節(jié)工作，使生產效率提升，能源消
耗得到節(jié)約；④集中式高效洗氣塔。通過高塔噴淋式洗氣塔
使系統(tǒng)阻力降低，同時使污水和冷卻水減少；⑤吹風氣余熱
回收技術?；厥沾碉L氣余熱可節(jié)約資源，通過集中式燃燒爐
吹風氣回收技術進行回收，部分企業(yè)通過三廢硫化混燃技術
對余熱進行回收，避免浪費資源，使生產效率和經濟效益提升；
⑥入爐蒸汽品質提升技術。過熱蒸汽對爐溫有穩(wěn)定作用，可
使蒸汽分解率提升，能源消耗降低，這也是合成氨的必需環(huán)節(jié)；
⑦高效靜電除焦油器。這一設備的應用不僅可保障脫硫質量，
還可使脫硫效率、氣體質量得到提升，另外還對壓縮機壽命
有延長作用，通常情況下，焦油器使用在脫硫工段前，還用
在清洗塔后，是重要儀器之一。
2.2 廢水循環(huán)利用技術改進
在合成氨生產中，為節(jié)約成本通常以碎煤為主要原材料，
但此種材料的應用在形成煤氣水后無法徹底地分離其中的粉
塵和焦油，進而堵塞了合成氨生產所用管道，增加了熱損失。
另外，廢水的應用可使生產效率提升，同時使能源消耗降低。
對于廢水循環(huán)利用技術來說，可以通過多次沉降煤粉和焦油，
并加設氣浮裝置，力求在沉降后減少煤氣水中懸浮物和油質
量濃度，避免出現裝置堵塞現象，使裝置運行效率得到提升。
2.3 氨分離技術改進
現階段，氨主要是通過兩種方法進行分離，一種是水吸
收法，另一種是冷凝分離法。氨分離通常是通過氨分離器進行，
相比于傳統(tǒng)分離器，此裝置相對先進，可以避免傳統(tǒng)分離器
不能徹底分離的弊端，使資源浪費得到有效控制。此種裝置
的工作原理是通過氣體流向轉變實現氣體中液滴的分離。
3 結束語
合成氨生產過程會大量地消耗煤能源，故需強化對合成
氨工藝的分析，并改造其工藝技術，實現能源節(jié)約，這對我
國能源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展有重要意義。通過造氣工段技術、
廢水循環(huán)利用技術、氨分離技術等技術改進，提升生產效率，
減少能源消耗，使生產成本降低，對企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展有利。
（下轉第19 頁）
摘　要：伴隨經濟和科技發(fā)展，日常生產、生活中涉及到化工制品也隨之增加，這些化工制品不僅為人們生活提供了便利
條件，同時也在一定程度上提升了人們生活質量?；ぶ破返姆N類不同，生產方式也有差異。在農業(yè)化肥中，氨是廣泛應用的
化學物質之一，通過多種原料和生產方式將氮和氫合成，得到的氨即為合成氨。合成氨在醫(yī)藥業(yè)、工農業(yè)均得到廣泛利用，且
發(fā)揮著重要作用。
關鍵詞：合成氨；工藝流程；節(jié)能改造；措施
中圖分類號：TQ113.2　　文獻標志碼：A　　文章編號：1003–6490（2017）06–0002–02
Analysis of Synthetic Ammonia Process and Measures for Energy Saving
Cheng Li-bin，Yan Qing-lei
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 of the most widely used chemical substances，through a variety of raw materials and production methods of nitrogen 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 an important role.
Key words ：synthetic ammonia ；process flow ；energy saving ；reformation measure
合成氨工藝分析及節(jié)能改造措施
程立斌，閆慶雷
（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）
收稿日期：2017–05–04
作者簡介： 程立斌（1985—），男，山東武城人，助理工程師，主要
研究方向為化學工程與工藝。
萬方數據
化 工 設 計 通 訊 煤化工與甲醇
Chemical Engineering Design Communications Coal Cemical Methanol
·19·
第43卷第6期
2017年6月
運料方向
運煤方向
下平巷
3 2 1 上平巷
4
5
6 7
圖2　充填綜采工作面布置方式
1.運料帶式輸送機；2.充填物料轉載機；
3.運煤刮板輸送機；4.充填刮板輸送機；5.卸料孔；
6.帶式輸送機；7.移動變電站
深入，想要在同一個工作面系統(tǒng)之中將采煤和充填這兩項作
業(yè)完成，就必須熟練的掌握液壓支架的工作和應用流程（如
圖2所示）。經過不斷的分析和研究我們發(fā)現，固體充填開采
所處位置的采場礦壓呈現出一定的規(guī)律性，針對這一情況我
們首先將有關采場礦壓的力學模型建立了起來，相較于傳統(tǒng)
形式的采煤被動受壓機理來講，其有力揭示了充填采煤支架
的主動支撐頂板性能，隨后我們設計出新的一種能夠對綜合
機械化采煤作業(yè)進行掩護，并不斷充填密實固體廢棄物作業(yè)
的液壓支架，其不僅能夠保證煤炭作業(yè)開采的高效性，還能
夠確保采空區(qū)充填的密實性，以及各種工藝實施的安全性。
從圖3 可以看出，充填和采煤一體化支架中所涉及到的頂
梁，能夠被劃分成兩個部分，一個是前頂梁，一個是后頂梁，
圖3　采煤與充填一體化液壓支架
相較于前頂梁而言，后頂梁支護的能力相對要大一些，因而
前頂梁主要作用在采煤作業(yè)掩護方面，后頂梁則主要作用在
充填作業(yè)中。一般情況下，為了提升支架后部的支撐性能，
我們會將兩根及以上的立柱安裝在后頂梁的下設位置，這樣
一來固體物能夠直接從后頂梁掩護的位置向充填通道或空間
中充入。作為支架后部連接的一個整體，固體充填物在夯實
機構的幫助下能夠密實且高效的向采空區(qū)夯入，此時充填物
的強度會高于2MPa，并且在一定程度上還能夠根據地表層沉
陷以及巖層移動的具體情況，對充填目標進行控制，以使最
終的采空充填效率受到確保。
4 總結
綜上所述，時代的不斷發(fā)展，科技水平的不斷前行，國內
采礦先驅者經過多年的努力，開發(fā)和應用了綜合機械化固體
充填采煤一體化技術。隨著對相關內容研究的愈加深入，我
們認為這一技術得到盡早的推廣和應用是非常有必要的，而
這便需要采煤行業(yè)所有人員的共同努力。
參考文獻
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（上接第2頁）
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（上接第17頁）
藝的引導，有助于增強設備技術間的合作性能，從而將更加
高效化的工作目標實現。并且從相關資料文獻中得知，只有
煤炭資源開采操作中不斷減少煤炭資源浪費的量，才能夠從
根本上提升煤炭資源的利用率。
不斷研發(fā)新的一些裝備系統(tǒng)以及元部件，才能夠將整體
發(fā)展的宏偉目標實現。在未來，煤炭生產工藝必然會隨著不
斷完善和采煤技術及設備研發(fā)而得到提升，尤其是在信息技
術的影響、滲透以及應用下，結合科技含量更高的軟件，實
現智能化管理與應用。諸如：煤炭資源作業(yè)的開采將變得可
視化、可監(jiān)控，也可進行模擬，這便意味著單一的智能化管
理不再是未來發(fā)展的主流，其主要的發(fā)展趨勢將圍繞著智能
化發(fā)展的基礎上，向更加全面的方向發(fā)展。
除此之外，針對地下深層煤礦的開采工作，必須圍繞著
其所涉及到的復雜的地質條件進行考慮，在技術裝備選擇上
應當是符合實際開采需求的，而在日后的工作中需要不斷對
技術裝備進行研究，不斷提升各項技術應用水平，主要是針
對較薄的煤層開采作業(yè)，在未來發(fā)展中研發(fā)出綜合性的開采
裝備，以滿足各種復雜地質條件的開采需求。
4 總結
綜上所述，時代的不斷發(fā)展，人類對于煤炭資源的利用
與日俱增，但對于煤炭開采并沒有對生態(tài)環(huán)境進行考慮，已
經嚴重到威脅到生態(tài)環(huán)境的平衡穩(wěn)定性，基于此，研發(fā)出新
的煤炭開采裝備是非常有必要的。因此主要闡述了綜合機械
化采煤技術及其裝備在我國的應用現狀，并對其未來的發(fā)展
趨勢進行了探討。
參考文獻
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萬方數據

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