合成氨工业节能减排的分析

合成氨工业节能减排的分析

吴春芳

大唐呼伦贝尔化肥有限公司内蒙古呼伦贝尔市021000

摘要：对于国家的粮食安全保障而言，合成氨工业的作用不容小觑。随着迅猛发展的科学技术，我国合成氨工业技术也日臻成熟。在国家“十三五计划”中，将节能环保作为重点工作来抓。为此，合成氨工业也必然向低排放和低能耗发展。本文首先对合成氨工业节能减排现状和存在问题进行了分析，并在此基础上，提出了合成氨发展的节能减排措施。

关键词：工业节能减排；合成氨；问题；措施

作为基础化土产品，氨拥有着多种功能，在国家能源安全和粮食安全方面的作用，是不可替代的。新的历史时期，我国合成氨工业面临着三重压力，即排污标准、生态破坏和能源短缺。未来发展的一种必然趋势，就是合成氨工业的节能减排工作。我国的合成氨技术在近年来的发展速度极为迅猛。合成氨工业以自主研发为基础，通过与国外先进的技术相结合，对各种新技术、新工艺和新设备进行自主研发，因此在节能减排方面，成效显著。本文对合成氨工业的基本现状和存在的问题进行了分析，并在此基础上，提出了相应的解决措施。

一、合成氨工业发展现状

（一）发展现状

迄今为止，我国合成氨工业得到了迅猛的发展，其产量在世界上已经遥遥领先。通过利用无烟煤、天然气等多种原料，合成化肥及合成氨等。目前，各种合成氨企业，无论其规模大小，都得到了迅猛的发展。具有相对合理的总体结构，大约实现了4500万吨的年产量，基本上实现了国内氮肥的供需平衡。并且拥有了相当的竞争力，能在国际合成氨工业中，占有一席之地。提高经济效益及以及节能减排，将是未来合成氨工业的主要发展趋势。我国的合成氨工业目前处于世界领先的水平，主要以煤为原料经济实惠。因其具有成本低，应用方便的特点，今后的仍然会是我国合成氨工业的主要原料。

（二）存在问题

造成我国的合成氨工业能耗高、能效低的原因主要是：

1）利用原料的不合理。天然气被称作是最廉价最合理的合成氨原料，国外合成氨工业中百分之八十五都是以天然气作为原料，而在我国煤成为了合成氨的主要原料，占总比例的百分之七十以上。

2）在我国合成氨原料中，所采用最合理最廉价的原料，就是天然气。在国外合成氨工业中，原料是天然气的占了85%。而在我国合成氨材料中，原料是煤的占70%以上。因为我国生产企业拥有落后的管理模式，导致和和国外相比，我国合成氨能耗超过了70%。

3）落后的工业技术以及偏小的生产规模对合成氨工业形成阻碍的重要因素之一，就是落后的工业技术。而不断进步的催化剂和日益降低的合成压力，可使合成氨工业的能耗大大降低。国外合成氨企业主要是对15MPa的低压工业技术进行采用。而我国超过70%的企业，都是对31.4MPa高压合成工艺进行采用。造成我国合成氨能耗和成本，要高出国外几倍。同时，国内企业拥有较小的规模，要远远低于国外企业。

4）工业技术落后也成为阻碍氨合成工业的重要原因，合成压力的降低以及催化剂的进步可以大大的降低合成氨工业的能耗。国外合成氨企业大多采用15MPa的低压工业技术，而我国百分之七十以上的小型企业采用的是31.4MPa高压合成工艺，这使得我国合成氨成本与能耗几倍于国外企业。

二、合成氨工业节能减排分析

（一）节能潜力分析

氨气体的热值大约为22.4GJ/t，属于比较高的范围；并且在合成氨的过程当中会消耗比较多的能量，因此合成氨工业属于高耗能产业。与国外的中小型企业相比，我国合成氨工业每生产1t产品大约消耗40~60GJ，比国外企业平均消耗25GJ相差了一倍之多，由此可以发现在合成氨工业中，节能的潜力非常大。设想如果我国合成氨企业的技术得到提升，能够赶超国外的发达水平，摆脱成本高、能耗高的现状，我国每年将能够节省大约两千多万吨煤，并减少六千万吨的二氧化碳排放量。

（二）工段降耗分析

为了分析合成氨过程中的耗能最大的环节，根据热力学原理理论推断，可逆过程会消耗最少的能量，反应过程的可逆性越大，则能效越高。而实际生产应用中大多数为不可逆反应，一般会消耗比较多的能量。通过分析合成氨工业的工序和反应过程的能量消耗数据分析，发现冷却水过程消耗的热能达到了热能总耗的70%以上，散热工序和烟气排放排其后面。从有效能的损耗分析来看，转化工段占了总体的60%以上，其中涉及燃烧的过程耗能达到了85%以上。分析原因，转化工序的反应过程不可逆性很大，因此耗能也最大。

（三）动力消耗分析

全装置的动力消耗约3.21GJ/t，付出的初级能源代价为11.48GJ/t，占吨氨总能耗的37.68%，其中合成气压缩机占1/2以上。一份初级能源只能创造出三分之一份的动力能源，所以必须节省动力能源的消耗。动力能源主要作用于克服流体流动的阻力以及化学反应的能垒。表面上，能量消耗主要在转化过程，而实际上在合成氨工业中，动能主要是消耗在合成过程中的。理论上，除了以空气和水作为原料来合成氨必须消耗动能外，使用其他的原料合成氨都应该是对外做功不会消耗动能的。例如，以氢气和氮气为原料合成氨就可以在常温、常压下产生放热反应。

三、合成氨的节能措施

3.1改良流体输送设备

3.1.1采用汽轮机驱动提供合成氨动力源

我国电力大部分以煤为原料制蒸汽驱动汽轮机发电，汽—电转化与电力输送、电—动力转化是能源消耗高的主要因素之一，其转化效率不足70%，而汽轮机直接驱动离心透平压缩机、合成循环机及大型泵类提供动力源省去这一能耗过程，转化效率高达90%以上，是节能减排最有效的措施之一。

3.1.2运用变频器节能

为了达到电机的调速而采用改变电机定子供电频率的办法，以这为主要原理的调速方法叫变频调速，它主要作用是增加和减少动平滑轮的速度，采用的方法是改变电机负载。异步电动机原有的特性变频调速差不多相同，转差率小是这两种调速的主要特点，因而保持特别高的工作效率，同时调整范围宽、精度高、无极调速都属于它的优势，节点效率也很出色，一般范围都可以保持在20%-30%之间。

3.1.3内馈斩波调速内馈调速电机和斩波控制装置共同的装置，这种装置能够进行内馈斩波调速。高效节能是它的主要优点，高压大、中容量交流电机的调速等调速几乎都会使用这种调速方法，这也使最新型的一种交流调速技术。

3.2设备与技术的节能

3.2.1改良设备将换热器与反应器结合，利用等温反应技术提高热能利用，如天然气换热式转化、等温CO变换等，另通过利用新型换热器的类别如板式换热器等，提高换热的效率是节能方法之一。采用径向反应器降低阻力减少动力消耗也是节能的有效方法。

3.2.2改造节能技术

合成氨工业是一个工序十分复杂的行业，进行全程性、综合治理的节能降耗是这个行业所必须注重的，选取合适的节能器械的设备和应用和推广节能技术必须是同时存在的。就目前来看，特别多的节能方法和先进的技术已经在我国得到运用。将余热的充分的利用是控制合成氨工业节能的重要环节，废气废水的余热利用制冷、冷却介质的余热利用与空冷降温、高温烟气的热管余热回收、化学反应余热利用等温技术直接产生蒸汽、都属于可以再利用的余热项目。另在气体净化方面采用低温甲醇洗、液氮洗技术降低合成气中惰性气（CH4+Ar）含量，使氨合成工序在低压下（12.0-14.0MPa）操作减少动力消耗、氨合成工序自产过热中压蒸汽提高热能利用率成为现实。

3.2.3原料节能

由于我国能源物质贮量煤多油气少，合成氨原料线路的改变对于合成氨工业很重要，运用“油改气”、“油改煤”、“气改煤”技术改变原料线路是节能控制有效方法。煤资源在我国不缺少而且供给充足，新型煤气化技术如加压水煤浆气化技术、加压粉煤气化技术的应用，可以有效的改变原料线路，改变能源格局的利用是节能措施之一。

3.3不断创新技术，促进合成氨工业的转型

因为不断上调的天然气价格，极大的限制了合成氨企业的用气，同时也影响到企业的效益。因此，企业应将压力转化为动力，转方式，调结构，以原有的设备技术为基础，不断的创新改革技术，将天然气的消耗降低，快速转型合成氨工业。抢占产业转型契机，继续推进技术创新。合成氨企业应将战略发展的核心，放在技术创新方面，将自身的发展方向定位为高端化、差异化和信息化。为此，合成氨企业应加强与科研院所的合作，加大研发投入，对创新型人才进行培养，努力探索一条降低环境及能源消耗、提高经济效益之路。

3.4关闭高排污、高耗能合成氨企业，化解产能过剩

我国在2014年3月21日召开的节能减排会议，对气候变化积极应对。为了更好的贯彻会议精神，需要对合成氨工业的节能减排工作不断推进。企业应努力探索一条创新之路，“经济发展做加法，节能排放做减法”。找准平衡点，促进经济发展和节能减排工作的同步发展。为此，应将高耗能及高污染合成氨企业关闭，将落后产能淘汰，使合成氨产能过剩的压力得到及时化解，推进节能减排工作的开展。对合成氨经济发展形成制约的重要因素，就是产能过剩问题。有多种因素会导致合成氨产能过剩。需要遵循“标本兼治、多管齐下、分布实施、尊重规律”的原则。为此，需要做好以下几个方面的工作：一是加快产业机构调整，将产能过剩的契机紧紧抓住；二是将市场在资源配置中的作用充分发挥出来，使产能过剩的问题得到有效化解；三是建立监测预警机制，制定相应的措施，解决产能过剩企业所出现的问题。

3.5强化责任制度，加大问责力度

在各个地区和企业，分配除尘、脱碳、脱硫等合成氨厂的造气炉改造的任务指标。对责任制度进行强化，加大对不能按时完成任务企业的问责力度。严厉打击逃避监测、超标排放等监管失职行为。严厉惩罚那些违反相关规章制度的责任人、单位和企业。建立各项健全的节能制度和政策，大力发展低碳绿色产业，加强企业节能管理工作。通过管理水平和节能降耗技术的提升，而真正实现企业互补互进及统筹发展。

3.6调整原料结构，提高原料档次

合成氨工业需要消耗大量的原料，并且反应过程比较多，因此合理的安排原料的结构，对节能减排的意义很大。我国的能源具有石油和天然气不充足，煤矿资源丰富的特点，而在国外的合成氨工业中，天然气占了原料的80%以上。由于氨中只含有氢元素，所以在采用天然气作为主要原料时，能够达到最大的节能减排效果。采用煤作为原料，会生成较多的不可利用物质，消耗较多的无用功，并且前期投资生产装置时花费也很大。比较常见的合成氨工艺中，蒸汽转化工艺采用的天然气为原料。

四、合理规划产业布局

宏观调控资源分布和产业分布非常重要，根据我国能源分布可以了解到，低能源被高能源所牵制的现像将会是很常见的，我们为了防止何种情况发生而作准备。首先，将资源优势转化为经济优势是政府必须做到的目标。进行科学的开发新能源包括考察各个地方的情况。最后是以生态环境的保护为第一位，在生态环境不受破坏的情况下进行项目建设，研究完项目对周边环境的影响，然后才能够进行项目建设，哪怕是重大项目建设，如果对周边环境影响过大，则不予审批，全面鼓励和支持改善恶劣环境的建设。

五、结束语

合成氨工业既是我国工业发展的基础工业，又是关系到民生的工业，在我国工业技术发展中意义非凡。我们在发展经济建设的过程中，一定要认真贯彻落实节能联减排的思想，具体的实施要从原料的结构、生产技术、设备选型和管理等几个方面共同深化，逐渐实现可持续发展。

参考文献：

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[5]谭恒俊，赵阳.合成氨工业节能减排的分析[J].科技风.2017（06）

[6]温倩.我国合成氨行业发展分析[J].化学工业.2016（10）