摘要：合成氨的生產(chǎn)能耗分為原料能耗和燃料能耗兩部分，布朗公司正是基于降低合成氨過(guò)程燃料能耗方面的構(gòu)思以及在這方面的努力，形成了溫和的一段轉(zhuǎn)化、二段爐加入過(guò)量空氣、深冷凈化的布朗基本工藝。這就是布朗合成氨技術(shù)在合成氨的過(guò)程中，有諸多節(jié)能工藝，與其它的節(jié)能工藝相比，布朗合成氨工藝在甲烷化的凈化基礎(chǔ)上又添加了一道被稱(chēng)為“大冰箱”的深冷凈化工藝。 

　　關(guān)鍵詞：煤制合成氨；裝置；布朗合成氨；深冷凈化工藝； 

　　節(jié)能是我國(guó)未來(lái)發(fā)展的重要內(nèi)容，以現(xiàn)階段煤制合成氨裝置應(yīng)用情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來(lái)能源消耗特點(diǎn)，分析煤制合成氨裝置能源消耗特點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)未來(lái)發(fā)展需求提出全新的節(jié)能方向，基于此，主要探討分析煤制合成氨裝置的節(jié)能措施。 

　　一、布朗合成氨工藝 

　　和其他合成氨技術(shù)基本相同，布朗合成氨生產(chǎn)工藝主要包括壓縮原料氣體，對(duì)原料氣體進(jìn)行脫硫處理、轉(zhuǎn)化與壓縮以及一氧化碳的高低溫變換和對(duì)于氣體的吸收（主要是二氧化碳，兩個(gè)時(shí)期的變換），甲烷化，干燥的合成，低溫凈化合成氣壓縮、氨合成和冰凍等工序。其中布朗合成氨技術(shù)的核心所在就是深冷凈化工藝。低溫凈化的效果是完全分離制備新鮮氣體和合成氨，在很大程度上提高了操作的靈活性。生產(chǎn)過(guò)程中，深冷凈化技術(shù)可以有效地解決轉(zhuǎn)化，凈化部分等不可預(yù)料的波動(dòng)操作，所以對(duì)合成部分基本沒(méi)有影響，增加了操作彈性，使得操作更容易、更便捷。另一個(gè)主要作用是去除雜質(zhì)，主要是一些雜質(zhì)氣體（一氧化碳、甲烷氬氣等），使得H2與N2的比率維持在3∶1。布朗公司在生產(chǎn)過(guò)程中的重要的措施是降低能源消耗（降低燃?xì)庀�耗），減少一段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷，增加二段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷。其中重要的一個(gè)步驟是保證二段轉(zhuǎn)化爐中含有過(guò)量氣體，這可以使得加入的多于氣體和氫、甲烷反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，從而滿足工藝生產(chǎn)中所需的熱量。甲烷化工序的過(guò)程后，深冷分離裝置可以用來(lái)去除多余氮，同時(shí)也能得到濃度較高的H2和N2（大約含有0.2%的Ar）。我國(guó)引入布朗設(shè)備的一段轉(zhuǎn)換爐，低水碳比是其主要的節(jié)能措施，生產(chǎn)中所需要的高壓蒸汽可有廢熱鍋爐提供，這可大大的降低對(duì)燃料的消耗。 

　　二、合成氣氣質(zhì) 

　　合成氣的成分會(huì)對(duì)合成氨綜合能耗產(chǎn)生很大的影響，如果控制不當(dāng)將會(huì)造成合成氨綜合能耗增大，甚至?xí)�直接影響整體系統(tǒng)的溫度和壓力，而且會(huì)在裝置運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生衍生類(lèi)問(wèn)題，導(dǎo)致整體系統(tǒng)都受到影響。第一，循環(huán)氣中氫含量的影響。氫氮比是合成氨生產(chǎn)過(guò)程中控制的一個(gè)重要指標(biāo)，從實(shí)際生產(chǎn)情況看，循環(huán)氫由53%上升到62%時(shí)，系統(tǒng)壓力降低，同時(shí)系統(tǒng)壓差也相應(yīng)降低。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)控制較高的循環(huán)氫含量，以降低合成系統(tǒng)壓力和綜合能耗。第二，循環(huán)氣中甲烷含量的影響。通過(guò)分析合成氨的化學(xué)反應(yīng)原理可知，甲烷是一種無(wú)效氣體，合成氣中的甲烷含量與原料氣的生產(chǎn)和原料煤組份及氣體凈化等過(guò)程密切相關(guān)，因此循環(huán)氣中甲烷含量越低則各個(gè)階段的壓縮機(jī)無(wú)效做功也會(huì)減少，且可以提高合成塔催化劑的利用率，這對(duì)減少整體生產(chǎn)階段的能源消耗有一定的影響作用。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)榧淄樵诤铣伤�溫度控制調(diào)節(jié)中具備無(wú)法替代的作用，所以在生產(chǎn)中需要將甲烷含量保持在一定的范圍內(nèi)，甲烷含量過(guò)低則合成反應(yīng)速率加快，在短時(shí)內(nèi)放出大量熱，導(dǎo)致合成塔內(nèi)催化劑溫度過(guò)高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損害催化劑，甲烷含量過(guò)高，放空量越大，有效氣體損失也越大；所以要在保護(hù)好合成氨催化劑的同時(shí)減少有效氣體損失，找到甲烷含量最優(yōu)佳控制點(diǎn)。 

　　三、煤制合成氨裝置節(jié)能方向分析 

　　1.應(yīng)用現(xiàn)代化節(jié)能的氣流床煤氣化技術(shù)。通過(guò)對(duì)以往實(shí)踐案例的分析和研究可知，煤氣化技術(shù)在引導(dǎo)煤制合成氨裝置節(jié)能中占據(jù)重要的作用，氣流床煤氣化技術(shù)因?yàn)槠渚邆涓咝�、�?jié)能以及環(huán)保等特點(diǎn)，逐漸成為改變生產(chǎn)方式的重要技術(shù)。由于國(guó)外技術(shù)壟斷等諸多主客觀因素的約束，我國(guó)在大范圍高效氣流床煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)分析工作受到制約發(fā)展緩慢，但近年來(lái)很多大型的煤化工企業(yè)致力于具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模高效氣流床煤氣化技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)成效顯著，這符合國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)煤炭清潔應(yīng)用的需求。在現(xiàn)階段的發(fā)展背景下，引用煙煤、褐煤等粉煤和水煤漿獲取合成氣技術(shù)，主要發(fā)展方向是為了降低凈化壓縮費(fèi)用支出，原材料大都選擇應(yīng)用劣質(zhì)粉煤，優(yōu)化煤種的適應(yīng)水平和單爐生產(chǎn)能力，減少原料的損失，且熱能回收率較高，排渣的方式是液態(tài)，有助于降低環(huán)境污染程度。 

　　2.轉(zhuǎn)換催化劑改型提升同時(shí)回收低位熱能。一方面通過(guò)應(yīng)用工藝余熱實(shí)施工作。主要是依據(jù)劃分等級(jí)收回引用變換余熱，在符合工廠運(yùn)行條件的背景下，更多的回收利用低位余熱；另一方面，需要?jiǎng)?chuàng)造具備高活性、低溫低壓氨合成催化劑，且在實(shí)際生產(chǎn)中加以應(yīng)用，其有助于為提升氨凈值、減少循環(huán)氣量，對(duì)降低合成氨成本和綜合能耗有著十分重要的意義。 

　　3.熱能耦合。為了降低生產(chǎn)過(guò)程中存在的熱損失和效率損失，將變換步驟與低溫甲醇洗的熱能實(shí)施耦合，這是合成氨發(fā)展過(guò)程中急需研究的課題。這種方案全面縮短低溫甲醇的工作流程，降低低壓蒸汽的能源消耗。 

　　4.應(yīng)用低溫甲醇洗和液氮洗的聯(lián)合工藝。在應(yīng)用這一技術(shù)過(guò)程中，低溫甲醇洗階段出現(xiàn)的原料氣會(huì)在分子篩吸附器中對(duì)甲醇、二氧化碳等雜質(zhì)實(shí)施清洗，之后在氮?dú)饫鋮s器中氣體和尾液實(shí)施逆流換熱之后，引導(dǎo)液氮洗滌進(jìn)入塔底，促使氣體中的CO、甲烷等冷卻、凝固并且溶解在液氮之中，精制氣體需要通過(guò)液氮洗滌頂部進(jìn)行獲取。結(jié)合改工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)的各類(lèi)專(zhuān)利設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增產(chǎn)的目標(biāo)，并開(kāi)始走向國(guó)外市場(chǎng)，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，并對(duì)國(guó)內(nèi)煤化工業(yè)的發(fā)展提供了有力的支持。 

　　四、深冷凈化工藝的特點(diǎn) 

　　1.在生產(chǎn)過(guò)程中，深冷凈化系統(tǒng)的存在使得二段爐中可以容納過(guò)量的氣體，大大節(jié)省一段轉(zhuǎn)化爐的燃料，在一定程度上降低了一段爐的熱負(fù)荷，同時(shí)還能有效地減小其體積。 

　　2.與其它合成氨技術(shù)相比，深冷凈化系統(tǒng)的存在使得合成原料氣中兼具高含量的甲烷，有效地降低了二段轉(zhuǎn)化爐的出口溫度，通常比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝降低了100℃。 

　　3.在實(shí)踐中，它可用于回收弛放氣中的氫氣，氫氣的利用率因而得到有效地提高。如果燃料的成本較低，可以合成回路的吹出氣體送回干燥器進(jìn)口，與合成氣充分混合，使之在冷箱中得到有效地回收。氫回收的效率很高，合成電路中氫的利用效率可以達(dá)到為99%。 

　　4.由于采用深冷凈化系統(tǒng)，布朗型氨廠的能耗大大降低，噸氨能耗降低到29.31GJ以下，同時(shí)減少了設(shè)備投資，真正達(dá)到了投資少、能耗低、效益高的目的。 

　　5.低溫凈化系統(tǒng)對(duì)含氮量和甲烷氣體的壓力有最小的要求。為了確保各個(gè)比分的熱交換器有足夠的溫差，含氮量應(yīng)大于32%，壓力應(yīng)大于2.7 mpa。 

　　總之，合成氨工業(yè)是國(guó)家保障糧食安全的基礎(chǔ)，我國(guó)自身的地理位置和礦產(chǎn)資源促使煤制合成氨裝置成為合成氨工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。布朗氨合成的工藝是現(xiàn)代世界合成氨的先進(jìn)工藝，是低能量，低溫凈化工藝的核心，也是獨(dú)特的。生產(chǎn)中對(duì)其合理科學(xué)的應(yīng)用增加了系統(tǒng)的操作靈活性，使整個(gè)過(guò)程更加靈活、方便、穩(wěn)定，同時(shí)還能在很大程度上降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗。目前，我們是一個(gè)最大的發(fā)展中國(guó)家，也是應(yīng)用布朗合成氨過(guò)程工廠最多的國(guó)家，該技術(shù)已經(jīng)十分成熟應(yīng)用在大型合成氨工廠，可以考慮在未來(lái)發(fā)展中加強(qiáng)對(duì)深冷凈化系統(tǒng)在小、中合成氨工廠中的應(yīng)用。但是，如果引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，對(duì)于小型合成氨工廠來(lái)說(shuō)，設(shè)備的成本是會(huì)大幅提高，所以應(yīng)該開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)技術(shù)。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　[1]高振平.布朗型合成氨裝置深冷凈化系統(tǒng)綜述.2017. 

　　[2]李攀山.淺談煤制合成氨裝置能耗分析與節(jié)能方向布朗深冷凈化工藝綜述.2017.