簡介：
合成氨工業是一項基礎化學工業，在化學工業中占有很重要的地位。合成氨生產從造氣開始直到氨的合成都伴隨著熱的過程。合理地利用和控制合成氨生產過程中放出的熱量，不僅可以節約生產中的能源消耗，降低生產成本，而且可以提高CO變換率及氨的合成率，前者屬于余熱利用，而后者屬于化學反應的熱控制。
回收低溫余熱預熱助燃空氣，或生產低壓蒸汽作為生產原料；
回收高溫余熱產生中壓蒸汽作為原料蒸汽的補充，或生產高壓蒸汽作為生產的動力源；
控制固定床催化反應器的化學反應溫度，使其向最佳反應溫度曲線無限逼近，從而提高CO變換反應器的CO變換率及合成氨塔內氨的合成率。
上、下行煤氣是指以煤或煤球為原料的生產路線中煤造氣爐所產生的上吹半水煤氣及下吹半水煤氣。由于生產原料不同，上、下行煤氣中所含塵粒及溫度也不相同。
小合成氨上、下行煤氣余熱回收
中合成氨上行、下行煤氣余熱回收
為充分考慮設備利用率及余熱回收率，可使每一臺煤造氣爐后配一臺熱管蒸汽發生器專供上、下行煤氣余熱回收，由于上下行煤氣的發生量相差不太大，設計的傳熱面積比較合理。而將三臺煤氣爐的吹風氣通過一個燃燒室燃燒后進入一臺熱管廢熱鍋爐，可使設備的利用率達75%～84%，如下圖所示。
從煤氣爐出來的吹風氣中含有少量可燃成分如CO、H2等，為充分回收其熱量，一般均首先通過燃燒室，將可燃成分燃盡，再進廢熱鍋爐回收其熱量。由于塊煤造氣和煤球造氣的吹風氣中所含可燃氣成分的含量不同，出煤造氣爐的溫度也不相同。
小合成氨吹風氣燃燒熱的利用
在以往的小合成氨生產中吹風氣都是直接排放，不僅浪費了能源，而且對環境造成污染和危害。
以下為小合成氨廠吹風氣燃燒熱量回收典型的二種流程。
①下圖所示流程的熱管余熱鍋爐是一種緊湊式余熱鍋爐，熱管的冷凝段直接插在汽包中。該流程可以將空氣預熱溫度比較高（420℃以上），對燃燒爐穩定燃燒起到良好作用。
②另一種流程如下圖所示：
其特點是吹風氣入燃燒爐燃燒后，產生800～900℃的高溫煙氣，直接進入高溫熱管余熱鍋爐。該鍋爐的前一部分采用了以鈉、鉀為工作液體的不銹鋼管材為殼體的高溫熱管，可以承受900℃以上的高溫。煙氣降溫至400℃左右進入第Ⅱ熱管空氣預熱器，加熱來自第Ⅰ熱管空氣預熱器的空氣。出第Ⅱ熱管空氣預熱器的煙氣約280℃左右進入熱水加熱器，將脫氧水加熱至130℃左右，煙氣降至140℃左右再進入第Ⅰ熱管空氣預熱器，將25℃左右的常溫空氣加熱至130℃左右進入第Ⅱ熱管空氣預熱器，最后煙氣降溫至120℃左右排入煙囪，這一流程可以產生1.6～2.5MPa的中壓蒸汽,直接供變換或其他工段使用。
中型合成氨吹風氣燃燒熱的利用
中小合成氨不同之處在于所有中型合成氨廠以煤造氣的工段，吹風氣都經過燃燒室燃燒后再進入廢熱鍋爐回收余熱。原有的列管式廢熱鍋爐都是按瞬時最大吹風氣流量設計的，而吹風氣在一個循環中只占25%～28%的時間，所以設備的利用率不高。即使上行煤氣也通過廢熱鍋爐，也只有50%～60%的利用率，何況上行煤氣的流量僅是吹風氣瞬時流量的1/3。所以合理的辦法就是將三臺煤氣爐的吹風氣通過一個燃燒室燃燒，燃燒后的煙氣再進入一個廢熱鍋爐，這就大大提高了設備的利用率。雖然利用原有的列管式廢熱鍋爐也可做到這一點，但原有的廢熱鍋爐設計的氣體流速均相當高，鍋爐進口處的流速高達20m/s以上。因此，高速磨損經常是管壁破壞的原因之一。根據中型合成氨生產的具體特點，吹風氣燃燒氣余熱回收的熱管蒸汽發生器具有如下優勢：
① 具有很高的可靠性及比較長的使用壽命；
② 體積比較緊湊；
③ 金屬耗量少；
④ 保持合理的風速，能有效的防止快速磨損。
一段轉化爐空氣預熱器
一段轉化爐是30萬噸/年大型合成氨廠的關鍵設備。一段轉化爐的任務是在外部供熱的情況下使烴類與水蒸汽的混合物在爐管內轉化為CH4、H2、CO、CO2等氣體混合物。其中CH4、H2是合成氨的原料。一段轉化爐有多種結構型式，目前國內主要有頂部燒嘴和側壁燒嘴二種形式。燒嘴噴出的燃料在空氣助燃下加熱爐內的轉化爐管。熱量大部分為轉化爐管吸收。轉化爐管所在區域稱為輻射段。為了充分合理地利用熱量必須使煙道氣通過對流段，在對流段內布置有各種吸收煙道氣余熱的管道�；厥者@部分熱量最合理的用途的是加熱助燃空氣。由于一段爐使用的燃料一般為輕柴油或天然氣，節約這部分燃料也就更有價值。
下圖為一段爐熱管空氣預熱器的余熱回收系統布置圖。該系統將熱管換熱器入口的空氣先經過爐墻各段的側面預熱后進入熱管換熱器，其優點是一方面可起到隔熱作用，降低爐膛周圍操作環境的溫度，另一方面可以提高熱管換熱器入口空氣的溫度，對提高煙氣出口處熱管的管壁溫度有利，在寒冷地區這一點特別重要。
變換工段氣-氣換熱器
在中、小型合成氨廠的變換工段，來自熱水飽和塔的半水煤氣要與來自變換爐變換氣進行熱交換。通過換熱，水煤氣的溫度升高，而變換氣的溫度降低。半水煤氣和變換氣的組分都是有毒、易爆、易燃物質（CO、H2）。所有的變換工段的變換熱交換器（第一熱交換器、第二熱交換器）都是采用列管式的，存在易腐蝕、匯露、串氣等問題。特別是第一熱交換器，由于溫度較低，極易腐蝕，維修工作量大。腐蝕還會引起列管管口堵塞，增加系統阻力，致使變換系統壓差增大，影響生產的安全正常運行。
在變換系統中應用熱管換熱器具有如下優點：
可以調整熱管管壁溫度，控制低溫腐蝕的產生；
個別熱管損壞不會發生二種氣體的串混；
設備緊湊，壓力降小，對變換生產有利；
使用壽命長，投資少。
變換工段的半水煤氣和變換氣都具有一定的壓力，因此熱管換熱器的殼體都是按壓力容器設計標準設計的。
下表為一小合成氨廠變換工段第一交換器的有關數據。
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參 數
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變換氣
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半水煤氣
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設計壓力/MPa
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0．9
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0．9
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工作壓力/MPa
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0．85
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0．85
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設計溫度/℃
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300
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260
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進口溫度/℃
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270（270）
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140（120）
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出口溫度/℃
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210（190）
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190（250）
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流量/（Mm3/h）
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10750
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8250
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換熱面積/㎡
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100
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100
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壓力降/MPa
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≤0．28
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設備尺寸（直徑×壁厚×高度）/㎜
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1400×12×3505
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熱管尺寸（直徑×壁厚×高度）/㎜
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38×3×2290
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熱管根數/根
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185
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材質
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20#鋼
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