煤化工合成氨工艺分析及节能改造措施分析

随着合成氨技术的发展与进步，其应用范围愈发广泛，为社会经济的提升做出贡献。目前，农业领域、工业领域对氨的需求持续增加，但许多合成氨生产工艺仍存在能耗过高和效率低下的问题，很难落实“双碳”目标。因此，煤化工企业应认真分析现有的煤化工合成氨工艺技术及相关流程，探讨系统性、针对性的节能改造方案，以资源循环利用和技术升级的措施，减少资源消耗问题，提高企业生产效率，促进企业的低碳、绿色发展。

一、煤化工合成氨工艺流程

煤化工合成氨工艺具备复杂性、规范性和连续性的特征，工艺流程包括制取原料气、净化原料气、精炼原料气、合成氨、分离氨等步骤，这些步骤的成功与否直接影响着合成氨生产质量、生产效率。

一是制取原料气。在煤化工合成氨工艺中，制取原料气是基础步骤。目前，我国常用的原料气包括无烟煤和烟煤，原料气的制取方式包括有航天炉煤粉气化、固定床间歇式煤气化以及水煤浆煤气化等，这类方式是通过蒸汽与氧气对煤进行高温度的加热处理，使煤气化分解成氢气和一氧化碳为主，且含有氮气、氧气、甲烷、灰尘和硫化氢物质的原料气[1]。

二是净化原料气。煤化工合成氨原料需要去除制取原料气中含有的氧气、二氧化碳、硫化物和一氧化碳，提升原料气纯度。具体而言，企业应按照技术规范、工艺要求，完成脱碳和脱硫的净化工序。其中脱硫工序是通过物理化学吸收法的传统工艺、低温甲醇的新工艺去除硫化物质，并副产出高纯度的硫磺，延长催化剂使用的寿命，节约生产成本，确保合成氨的质量；脱碳工序是把一氧化碳转化成容易去除的二氧化碳与氢气，再对转化后的气体进行处理，进而净化出合成原料。

三是精炼原料气。煤化工合成氨工艺的原料完成二氧化碳、一氧化碳的去除处理后，并非是百分百纯净，可能仍存在少许的杂质。为避免这类杂质对合成氨工艺的影响，在合成原料气之前，要以深冷液氨洗涤法、甲烷化法和铜氨溶液吸收法等措施完成原料气的精炼，保证原料气的纯度。

四是合成氨。合成氨是煤化工合成氨工艺的关键环节，在具体的合成环节，要保证处于高温高压的合成环境，并发挥催化剂的辅助支持作用，打造良好的外界合成条件。同时，也要注意提升氨的含量，不断优化、完善处理氮气与氢气循环系统，以不断地循环措施快速提取氨气，使其与氢气互相作用，完成氨的合成。

五是分离氨。氨合成塔的反应会受反应平衡的限制与影响，出现少部分氮气与氢气完成氨的合成，大部分的氢气与氮气没有反应。针对此现象，应将合成塔出口的混合气体，通过冷凝分离法和吸收法分离，把混合气的气态转变成液态氨，再将液态氨与气体通过分离器完成彻底分离，保障合成氨的纯净度，为后续的工艺实施提供良好条件。

二、煤化工合成氨工艺的节能改造措施

（一）优化反应温度

在煤化工合成氨工艺的节能改造中，反应温度优化十分重要。对于煤化工合成氨工艺而言，反应温度影响着产量。因此，企业要精准调控反应温度，避免盲目提升合成温度，最大化提高氨的产量，降低生产能耗。具体而言，企业在合成氨工艺中，应根据实际操作条件和反应机理，设定恰当的反应温度，保证工艺的节能降耗。同时，企业也可引进先进、现代的温度控制系统实时监测与调整工艺的反应温度。企业也可利用高效隔热材料，减少反应过程的热量流失，确保氨合成的质量与效率。比如，可在合成氨反应器中增加专门的隔热层，降低反应过程出现的热损失情况，提高企业经济效益[2]。

（二）利用余热资源

煤化工合成氨的过程会产生一定的余热资源，这类资源是重要能源。尤其是工业生产过程中，天然气与煤炭燃料消耗量大，会增加更多的余热，若不合理利用余热，可能造成能源浪费和环境污染的情况。因此。企业应利用余热回收技术，将合成氨工艺的余热资源转化成冷水和电力等可利用资源，促进节能减排。余热利用的方式包括汽轮机发电、余热制冷、废热锅炉发电，其中废热锅炉发电是将反应过程排出的高温废气能量传递给水，形成高压蒸汽驱动汽轮机发电的模式；余热制冷是将余热资源和循环冷却水结合，以热交换的方式实现余热冷却，成功回收水资源；汽轮机发电是通过余热驱动汽轮机进行旋转，带动发电机产生适合的电能。由此可见，在煤化工合成氨工艺的改造中，余热资源的利用十分重要，要通过不同的技术手段，提升资源利用率，实现社会资源的可持续发展。

（三）应用氨合成塔

合成氨生产过程的核心装置是合成塔。为实现煤化工合成氨工艺的节能改造，需要合理应用氨合成塔，以此适应技术革新的浪潮与趋势。比如，S-300 型号的氨合成塔直径长达 2400mm ，拥有精细、复杂的温度调控机制，其塔内温度是通过各管段的差异，达到精准调控的目的，能保证合成氨反应的高效、稳定进行。为保证氨合成塔的节能效果，企业应强化对换热器、合成气压缩机等核心设备的优化、维护，保证其稳定性与运行效率，并通过定期的调试、检修、清洗等工作减少故障率和能量损失的情。企业也要探索与应用新型的工艺路线、催化剂，降低反应压力、反应温度，减少能源损耗与能源排放。同时，在改造氨合成塔时，企业应尽可能简化煤化工合成氨装置的实际操作步骤，并注重操作步骤的规范化与精细化控制，保证其实际运行效率及合成氨的质量，使能源消耗在合理范围。

（四）改进废水循环

氨合成工艺中，许多生产负责人为降低生产成本的降低，使用碎煤块进行氨合成，但这类碎煤在生产过程会含有一定的焦油和粉尘，若没有彻底分离这类杂质，可能造成合成氨管道堵塞的情况，增加合成氨生产的热损失，不利于实现节能降耗的目标。为解决此现象，煤化工合成氨工艺的生产负责人应合理利用废水资源，在保证氨生产质量的前提下，改进废水循环技术，通过废水循环技术处理焦油与煤粉的二次降解或多次降解，提升装置的整体运行效率，减少煤制合成氨装置的堵塞概率，降低煤能源的消耗与损失，为企业创造更多经济效益。与此同时，煤化工合成氨工艺的企业可将处理后的煤气水应用在冷却工序或气化工序，减少新鲜水的消耗及废水处理的成本。企业也可通过废水余热预热原料，进而降低气化阶段的热能需求，有效节约企业的能源损耗，助力企业实现“双碳”的目标[3]。

结语：综上所述，煤化工合成氨工艺的节能改造是应对环保挑战、能源挑战的必然选择，也是实现行业与企业绿色转型、高质量发展的重要路径。因此，化工企业应明确煤化工合成氨工艺的改造方向，通过优化反应温度、利用余热资源、应用氨合成塔等措施，降低能源损耗，优化工艺流程，实现可持续发展的生产目标。

参考文献：

[1] 张慧 . 煤化工合成氨工艺分析及节能改造措施 [J]. 中文科技期刊数据库 （ 引文版 ） 工程技术 ，2019，（06）：00043-00044.

[2] 唐月琴 . 煤化工合成氨工艺与节能优化措施分析 [J]. 天津化工 ，2025，39（03）：155-158.

[3] 任春杰， 张小虎. 煤化工合成氨工艺分析及节能优化措施[J].中文科技期刊数据库 （ 全文版 ） 工程技术 ，2025，（02）：142-145.

作者简介：李柯（1987.5），性别：男，民族：汉族，山西长治人，职称：助理工程师，学历：本科，单位：，研究方向：合成氨工艺