化肥廠合成氨節(jié)能潛力分析

1、化肥廠合成氨節(jié)能潛力分析環(huán)工12-2 龔煜合成氨綜述氨的生產(chǎn)過程，粗略的講可分成四步：氨的生產(chǎn)過程，粗略的講可分成四步：原料的生產(chǎn)；原料氣的凈化；氨的合成；原料的生產(chǎn)；原料氣的凈化；氨的合成；氨的分離氨的分離。除氨的合成外，其它過程的轉(zhuǎn)化率和分離率都比較高。除氨的合成外，其它過程的轉(zhuǎn)化率和分離率都比較高。由于氨合成由于氨合成的轉(zhuǎn)化率較低，的轉(zhuǎn)化率較低，反應(yīng)后的氣體經(jīng)氨分離后循環(huán)返回合成塔。氨生產(chǎn)的原則流程反應(yīng)后的氣體經(jīng)氨分離后循環(huán)返回合成塔。氨生產(chǎn)的原則流程：合成氨綜述氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。然后將所得

2、的氣氨，從氫氮混合氣中經(jīng)冷卻冷凝成為液態(tài)氨分離出來。液氨由氨罐進(jìn)入氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀囬g制取尿素等。未合成為氨的氫氮混合氣體繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。合成氨綜述(1)氣體的壓縮和除油(2)氣體的預(yù)熱和合成(3)氨的分離(4)氣體的循環(huán)(5)惰性氣體的排除(6)反應(yīng)熱的回收利用分析通過對損失進(jìn)一步分析,不僅可以作出系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的整體評價,而且還可以從中獲取改善熱 經(jīng)濟(jì)性的有用信息,即找出系統(tǒng)中存在節(jié)能潛力所在的部位。因此,能量系統(tǒng)評價的中心問題是對損失在系統(tǒng)中分布的分析以及各部位損失數(shù)值的大小。初定各個物流

3、的值，再利用公式Eloss=Ein-Eout，其中：Eloss為模塊的損失,kJ;Ein為輸入模塊的,kJ;Eout 為輸出模塊的,kJ。通過以上方法可以得出整個流程氨（以噸計算）的平衡值及分布情況。各操作單元中熱力系統(tǒng)總輸入量最大,氣化單元次之。這一結(jié)果表明,分析損失找到節(jié)能的部位應(yīng)以上述兩個單元為主。 分析：系統(tǒng)平衡表分析：熱量損失表與損失分布表分析由以上兩表可以清楚地看出,合成氨系統(tǒng)損失最大的是熱動力子系統(tǒng),這與以熱力學(xué)第一定律為基準(zhǔn)的合成氨系統(tǒng)熱量分析相吻合,但造成損失的原因卻不一樣。 具體分析熱動力系統(tǒng)的目的：利用燃料煤的燃燒和回收工藝過程中的余熱來產(chǎn)生蒸汽以供壓縮、制冷以及換熱使用

4、,其主要過程為冷水和飽和蒸汽流經(jīng)余熱鍋爐,經(jīng)燃料煤的燃燒,產(chǎn)生過熱蒸汽,然后過熱蒸汽向合成氨各工藝流程提供過程蒸汽與壓縮機(jī)動力,作功后的蒸汽冷卻成水后被排走。分析由熱力系統(tǒng)損失分析表可知（右圖），熱動力系統(tǒng)中造成損失最大的原因則是因?yàn)殄仩t燃料煤燃燒產(chǎn)生蒸汽的過程損失了大量的,其損失為燃料值的33%以上;其次是由于兩股物流的換熱溫差而導(dǎo)致的損失。分析結(jié)果由對熱力系統(tǒng)的分析可知：熱動力系統(tǒng)的能量利用率很低,從而應(yīng)該成為煤基合成氨工藝節(jié)能的主要突破口之一。其次合成氨工藝流程損失居第二位的是氣化單元,其損失占總損失的30%左右,主要原因是氣化爐的反應(yīng)熱來源于一部分燃料的燃燒,燃燒過程損失較大,而且氣化

5、爐出口的粗煤氣顯熱的回收過程損失同樣不容忽視。 在在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)際生產(chǎn)中努力中努力降低兩降低兩煤煤(原料煤原料煤和燃料和燃料煤煤)消耗消耗是節(jié)能降耗工作的是節(jié)能降耗工作的重點(diǎn)重點(diǎn)夾點(diǎn)技術(shù)分析夾點(diǎn)技術(shù)是英國BodoLinnhoff教授等人于70年代末提出的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計方法，后來又逐步發(fā)展為化工過程綜合的方法論。夾點(diǎn)技術(shù)是能量回收系統(tǒng)的重大突破，80年代以來夾點(diǎn)技術(shù)在歐洲、美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家迅速得到推廣應(yīng)用，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)和間歇工藝過程，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，在世界各地產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。用來優(yōu)化綜合換熱網(wǎng)絡(luò)，并且能對整個過程系統(tǒng)的能量進(jìn)行分析與調(diào)優(yōu)，實(shí)現(xiàn)過程系統(tǒng)的低能耗

6、操作。夾點(diǎn)分析方法將合成氨過程系統(tǒng)含有的工藝物流簡化為2個熱物流及兩個冷物流，數(shù)據(jù)見下表。冷熱流股最小傳熱溫差 Tmin=20。夾點(diǎn)分析方法在T-H圖上畫出組合曲線夾點(diǎn)分析方法移動某一曲線使兩曲線間最短距離等于20，此最短距離處即為夾點(diǎn)夾點(diǎn)分析方法從夾點(diǎn)圖上可以得出如下信息：1 合成氨系統(tǒng)所需的最小公用工程加熱負(fù)荷Qh,min，及所需最小公用工程冷卻負(fù)荷Qc,min。2 合成氨系統(tǒng)所能達(dá)到的最大熱回收Qr,max。3 夾點(diǎn)PQ把過程系統(tǒng)分隔為兩部分：一是夾點(diǎn)上方，稱為熱端（熱阱），只需公用工程加熱；另一是夾點(diǎn)下方，稱冷端（熱源），只需公用工程冷卻。夾點(diǎn)分析方法：確定冷熱流股匹配方案夾點(diǎn)技術(shù)分析

7、區(qū)間：H1和H2的低溫段應(yīng)被公用工程冷卻，采用冷卻器CW1和CW2。區(qū)間：C1分別與H1和H2換熱。采用換熱器E1和E2 。區(qū)間：C1和C2分別與H1和H2換熱。采用換熱器E3，E4。區(qū)間： H1分別與C1和C2換熱。采用換熱器E5，E6。區(qū)間： C1和C2的高溫位應(yīng)被公用工程加熱。采用換熱器HS1，HS2。區(qū)間, , 都要分解組合曲線來確定內(nèi)部匹配關(guān)系。夾點(diǎn)技術(shù)分析重新分配結(jié)果：區(qū)間：H2-1的低溫段應(yīng)被冷卻，采用冷卻器CW1。區(qū)間： H2-2 與C1-1匹配采用換熱器E1 。區(qū)間： H2-3和C1-2匹配采用換熱器E2； H2-4和C2-1匹配采用換熱器E3； H1-1和C2-2匹配采用換熱器E4。區(qū)間： H1-2和C1-3匹配采用換熱器E5； H1-3和C2-3匹配采用換熱器E6 。區(qū)間： C2-4和C1-4的高溫位應(yīng)被加熱。采用加熱器HS1，HS2。夾點(diǎn)技術(shù)分析合成氨簡化分析圖夾點(diǎn)技術(shù)分析優(yōu)化后分配圖兩種分析方法進(jìn)行比較對于化肥廠合成氨的兩種分析方法都可以在一定程度上降低能耗，夾點(diǎn)分析方法重在對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化分析，