化肥厂合成氨节能潜力分析

1、化肥厂合成氨节能潜力分析环工12-2 龚煜合成氨综述氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：原料的生产；原料气的净化；氨的合成；原料的生产；原料气的净化；氨的合成；氨的分离氨的分离。除氨的合成外，其它过程的转化率和分离率都比较高。除氨的合成外，其它过程的转化率和分离率都比较高。由于氨合成由于氨合成的转化率较低，的转化率较低，反应后的气体经氨分离后循环返回合成塔。氨生产的原则流程反应后的气体经氨分离后循环返回合成塔。氨生产的原则流程：合成氨综述氨的合成工段，其主要任务是在适宜的温度、压力和有触媒催化的条件下，将经过精制的氢氮混合气体，在合成塔内直接合成为氨。然后将所得

2、的气氨，从氢氮混合气中经冷却冷凝成为液态氨分离出来。液氨由氨罐进入氨冷器蒸发为气氨，送碳化岗位制取碳酸氢铵；或送硝酸车间制取硝酸和硝铵；或送硫铵车间制取硫酸铵；或将液氨送尿素车间制取尿素等。未合成为氨的氢氮混合气体继续在合成系统内循环使用。合成氨综述(1)气体的压缩和除油(2)气体的预热和合成(3)氨的分离(4)气体的循环(5)惰性气体的排除(6)反应热的回收利用分析通过对损失进一步分析,不仅可以作出系统热经济性的整体评价,而且还可以从中获取改善热 经济性的有用信息,即找出系统中存在节能潜力所在的部位。因此,能量系统评价的中心问题是对损失在系统中分布的分析以及各部位损失数值的大小。初定各个物流

3、的值，再利用公式Eloss=Ein-Eout，其中：Eloss为模块的损失,kJ;Ein为输入模块的,kJ;Eout 为输出模块的,kJ。通过以上方法可以得出整个流程氨（以吨计算）的平衡值及分布情况。各操作单元中热力系统总输入量最大,气化单元次之。这一结果表明,分析损失找到节能的部位应以上述两个单元为主。 分析：系统平衡表分析：热量损失表与损失分布表分析由以上两表可以清楚地看出,合成氨系统损失最大的是热动力子系统,这与以热力学第一定律为基准的合成氨系统热量分析相吻合,但造成损失的原因却不一样。 具体分析热动力系统的目的：利用燃料煤的燃烧和回收工艺过程中的余热来产生蒸汽以供压缩、制冷以及换热使用

4、,其主要过程为冷水和饱和蒸汽流经余热锅炉,经燃料煤的燃烧,产生过热蒸汽,然后过热蒸汽向合成氨各工艺流程提供过程蒸汽与压缩机动力,作功后的蒸汽冷却成水后被排走。分析由热力系统损失分析表可知（右图），热动力系统中造成损失最大的原因则是因为锅炉燃料煤燃烧产生蒸汽的过程损失了大量的,其损失为燃料值的33%以上;其次是由于两股物流的换热温差而导致的损失。分析结果由对热力系统的分析可知：热动力系统的能量利用率很低,从而应该成为煤基合成氨工艺节能的主要突破口之一。其次合成氨工艺流程损失居第二位的是气化单元,其损失占总损失的30%左右,主要原因是气化炉的反应热来源于一部分燃料的燃烧,燃烧过程损失较大,而且气化

5、炉出口的粗煤气显热的回收过程损失同样不容忽视。 在在实际生产实际生产中努力中努力降低两降低两煤煤(原料煤原料煤和燃料和燃料煤煤)消耗消耗是节能降耗工作的是节能降耗工作的重点重点夹点技术分析夹点技术是英国BodoLinnhoff教授等人于70年代末提出的换热网络优化设计方法，后来又逐步发展为化工过程综合的方法论。夹点技术是能量回收系统的重大突破，80年代以来夹点技术在欧洲、美国、日本等工业发达国家迅速得到推广应用，现已广泛地应用于各种工业生产的连续和间歇工艺过程，应用领域十分广阔，在世界各地产生了巨大的经济效益。用来优化综合换热网络，并且能对整个过程系统的能量进行分析与调优，实现过程系统的低能耗

6、操作。夹点分析方法将合成氨过程系统含有的工艺物流简化为2个热物流及两个冷物流，数据见下表。冷热流股最小传热温差 Tmin=20。夹点分析方法在T-H图上画出组合曲线夹点分析方法移动某一曲线使两曲线间最短距离等于20，此最短距离处即为夹点夹点分析方法从夹点图上可以得出如下信息：1 合成氨系统所需的最小公用工程加热负荷Qh,min，及所需最小公用工程冷却负荷Qc,min。2 合成氨系统所能达到的最大热回收Qr,max。3 夹点PQ把过程系统分隔为两部分：一是夹点上方，称为热端（热阱），只需公用工程加热；另一是夹点下方，称冷端（热源），只需公用工程冷却。夹点分析方法：确定冷热流股匹配方案夹点技术分析

7、区间：H1和H2的低温段应被公用工程冷却，采用冷却器CW1和CW2。区间：C1分别与H1和H2换热。采用换热器E1和E2 。区间：C1和C2分别与H1和H2换热。采用换热器E3，E4。区间： H1分别与C1和C2换热。采用换热器E5，E6。区间： C1和C2的高温位应被公用工程加热。采用换热器HS1，HS2。区间, , 都要分解组合曲线来确定内部匹配关系。夹点技术分析重新分配结果：区间：H2-1的低温段应被冷却，采用冷却器CW1。区间： H2-2 与C1-1匹配采用换热器E1 。区间： H2-3和C1-2匹配采用换热器E2； H2-4和C2-1匹配采用换热器E3； H1-1和C2-2匹配采用换热器E4。区间： H1-2和C1-3匹配采用换热器E5； H1-3和C2-3匹配采用换热器E6 。区间： C2-4和C1-4的高温位应被加热。采用加热器HS1，HS2。夹点技术分析合成氨简化分析图夹点技术分析优化后分配图两种分析方法进行比较对于化肥厂合成氨的两种分析方法都可以在一定程度上降低能耗，夹点分析方法重在对换热网络进行优化分析，