合成氨生產(chǎn)中的廢氣利用與節(jié)能效益

趙瑞峰（陜西奧維乾元化工有限公司，陜西榆林719400）

1 合成氨生產(chǎn)中廢氣利用的必要性

工業(yè)廢氣利用與節(jié)能減排不僅是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容，同樣也是十九大以來各行業(yè)各領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。對于合成氨生產(chǎn)企業(yè)來說，從其技術(shù)工藝出發(fā)，加大對其廢氣利用的力度，從而達(dá)到節(jié)能效益，無論對企業(yè)還是社會都有著重要的意義。明確合成氨生產(chǎn)過程中廢氣利用以及節(jié)能減排的必要性，能夠有效地提高工作人員在合成氨生產(chǎn)過程中的節(jié)能意識，從而指導(dǎo)行動，不斷完善廢氣利用與節(jié)能減排工藝。以下是合成氨生產(chǎn)中廢氣利用的必要性：

1.1 合成氨生產(chǎn)工藝的改進(jìn)需求

在合成氨企業(yè)進(jìn)行合成氨生產(chǎn)的過程中，不同的生產(chǎn)企業(yè)采用的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)原材料以及各種生產(chǎn)設(shè)備不盡相同。但是從合成氨生產(chǎn)的本質(zhì)來說，歸根結(jié)底是一致的，并且具有普遍的特點(diǎn)。

首先，合成氨生產(chǎn)具有系統(tǒng)性、連續(xù)性。在合成氨的生產(chǎn)過程中，主要通過脫硫、凈化等工序，后續(xù)進(jìn)入合成系統(tǒng)，開始合成氨的合成反應(yīng)。在完成合成反應(yīng)之后，原料廢氣還需要經(jīng)過多次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)廢氣的再利用。在合成氨生產(chǎn)的過程中，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則會對合成氨生產(chǎn)的效率造成影響，并且引起資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，在合成氨生產(chǎn)的過程中，需要基于系統(tǒng)性及連續(xù)性的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)廢氣利用。其次，合成氨生產(chǎn)具有復(fù)雜性、規(guī)范性。在合成氨的生產(chǎn)過程中，其所涉及的程序較多，并且在不同的程序中相應(yīng)的處理要求也較高。在這種情況下，相關(guān)工作人員需要根據(jù)不同的工序要求，對使用原材料、催化劑等情況進(jìn)行合理分配控制。比如，在原材料消耗較大的制作工藝中，實(shí)現(xiàn)工序針對性的改進(jìn)可以最大程度的節(jié)約能耗。

1.2 合成氨生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展需求

在眾多行業(yè)中，經(jīng)過調(diào)查可知合成氨生產(chǎn)行業(yè)屬于耗能較高、污染較重的行業(yè)，這主要是由于合成氨生產(chǎn)的過程中主要以能源材料為原材料，在合成過程中對能源的需求更大，一般來說，在合成氨生產(chǎn)行業(yè)中能源成本的投入要將近生成總成本的七成，從國內(nèi)能源的消耗來看，約有3%的能源用于合成氨生產(chǎn)行業(yè)。除此之外，合成氨生產(chǎn)中氧氣的需求高，在生產(chǎn)過程中易形成二氧化氮、二氧化硫等對環(huán)境污染嚴(yán)重的污染氣體，從而對環(huán)境造成一定的影響。因此，在當(dāng)前能源緊缺，環(huán)境污染嚴(yán)重的背景下，加強(qiáng)對合成氨生產(chǎn)過程中的廢氣利用是行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的保障，幫助合成氨生產(chǎn)企業(yè)成功轉(zhuǎn)型為節(jié)能、環(huán)保企業(yè)，以促進(jìn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

1.3 社會與市場的變化趨勢

在十九大報(bào)告中明確指出，我國要加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，建設(shè)人與自然和諧共生的社會主義現(xiàn)代化國家。近幾年來，我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在一定程度上也對環(huán)境造成了不可估量的危害。當(dāng)前社會對環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，因此提高能源消耗企業(yè)的節(jié)能減排力度至關(guān)重要。除此之外，我國能源發(fā)展也進(jìn)入新時(shí)代，盡管近些年來節(jié)能減排取得了一定效果，但是我國能源短缺的環(huán)境并沒有改變，整體來講，我國節(jié)能減排的壓力依舊很大。因此，在社會與市場的變化趨勢下，合成氨生產(chǎn)企業(yè)更需要進(jìn)行科學(xué)有效的廢氣利用，與時(shí)俱進(jìn)。

2 合成氨尾氣中的提取甲醇

在合成氨的生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的一氧化碳，對合成氨生產(chǎn)中的廢氣進(jìn)行有效利用，采用聯(lián)醇工藝能夠促進(jìn)甲醇的形成。在化工環(huán)境中，甲醇是一種重要的生產(chǎn)原料，在合成氨生產(chǎn)中利用廢氣一氧化碳，這種工藝不僅對合成氨生產(chǎn)中的影響較小，而且能夠有效地提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在利用一氧化碳生產(chǎn)甲醇的聯(lián)醇工藝中，主要對兩方面進(jìn)行相應(yīng)研究。首先，利用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一氧化碳與氫氣進(jìn)行反應(yīng)，能夠生成甲醇。從二者反應(yīng)的化學(xué)方程式看，當(dāng)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率足夠高時(shí)，產(chǎn)生的甲醇也較多。其次，利用廢氣利用中產(chǎn)生的二次廢氣，還能對合成氨的生產(chǎn)起到一定的促進(jìn)作用。比如，一摩爾的氮?dú)馀c三摩爾的氫氣能夠形成兩摩爾的氨氣。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過程中，氨氣生成的質(zhì)量隨著氫氣轉(zhuǎn)化率的提高而進(jìn)行相應(yīng)提高。

在企業(yè)的生產(chǎn)過程中若是生產(chǎn)合成氨5萬噸/年，使用聯(lián)醇工藝能夠降低企業(yè)成本。在這個(gè)過程中，僅通過生產(chǎn)4.5 萬的合成氨即可，其余合成氨由廢氣生產(chǎn)，另外還可得到0.6萬噸甲醇。從當(dāng)前市場價(jià)格來看，甲醇大約2000元/噸，而合成氨大約1200元/噸。由數(shù)據(jù)可得，采用聯(lián)醇工藝進(jìn)行合成氨生產(chǎn)，企業(yè)1 年內(nèi)可達(dá)到7000 萬元的利潤，相對于單一化的生產(chǎn)工藝，能增加600萬元的盈利額。除此之外，利用聯(lián)醇工藝進(jìn)行甲醇生產(chǎn)，還能夠節(jié)約在生產(chǎn)過程中電量消耗，節(jié)省相應(yīng)的煤能源。

3 合成氨尾氣中提取氫氣

在合成氨生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)生數(shù)量最多的尾氣為氫氣，大約占所有排放氣體的60%。氫氣不僅可以作為單獨(dú)的商品進(jìn)行出售，還能夠重新返回至氨合成的系統(tǒng)中進(jìn)行更新利用。

在促進(jìn)氫氣的生產(chǎn)工藝中，較為成熟的提取工藝主要為變壓吸附回收法以及水電解制氫法。所謂變壓吸附法，是指一種主要依據(jù)吸附劑在不同壓力下產(chǎn)生的吸附作用不同的原理的方法，在具體應(yīng)用中，主要是對氫氣中含有的不同雜質(zhì)進(jìn)行吸附清除，從而加大氫氣提取的純度。除此之外，水電解制氫法也是常用的氫氣提取的方法之一。相對來說，這種方法耗能較小、成本較低，從合成氨尾氣中進(jìn)行氫氣的提取的成本大約為0.2 元/m3。而在市場價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)下，氫氣的價(jià)格在2.0 元/m3。從企業(yè)盈利的角度來看，水電解制氫法能為企業(yè)增加收入。

從合成氨尾氣中提取氫氣，是一種既有利于合成氨生產(chǎn)企業(yè)的做法，也有利于社會能源節(jié)約的做法。從氫氣的性質(zhì)來講，其發(fā)熱值較高，為汽油的3倍左右，另外氫氣還具有清潔無污染的特點(diǎn)，在冶金、化工部分是不可或缺的還原氣體。若是簡單地進(jìn)行氫氣的制取，不僅能源消耗較大，成本較高，同時(shí)也不符合我國電力的發(fā)展要求。因此從合成氨尾氣中提取氫氣便成為一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的做法。

4 合成氨生產(chǎn)中的其他廢氣利用

除了上述利用合成氨生產(chǎn)的氫氣、一氧化碳的利用之外，合成氨生產(chǎn)中的廢氣還有多種用途。比如，利用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，形成的合成排放氣體可以作為周圍居民的煤氣進(jìn)行燃燒使用，從而節(jié)約煤氣的使用。例如，若是一家合成氨生產(chǎn)企業(yè)每年年產(chǎn)量為3萬噸，那么其合成的排放氣可供應(yīng)大約4000戶家庭使用，形成環(huán)保效益及經(jīng)濟(jì)效益。

除此之外，對于規(guī)模較大的合成氨生產(chǎn)企業(yè)來說，還可以對生產(chǎn)中產(chǎn)生的稀有氣體進(jìn)行回收提取。相對來說，稀有氣體的提取成本較高，但經(jīng)濟(jì)效益同樣更高，因此對于資本雄厚的企業(yè)來說是一種廢氣利用的可取之法。

5 結(jié)語

總而言之，合成氨生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗是一項(xiàng)系統(tǒng)性、長期性的工程，需要各方的持續(xù)努力。在合成氨生產(chǎn)的過程中，如何對其產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行合理有效地利用，針對企業(yè)的不同情況可采取不同的措施，從而達(dá)到保證經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境保護(hù)的雙重要求。隨著廢氣利用的技術(shù)不斷創(chuàng)新，工藝不斷改善，相信在不久的未來，合成氨生產(chǎn)中的尾氣能具有更加廣泛的應(yīng)用，從而促進(jìn)企業(yè)的長效可持續(xù)發(fā)展，從廢氣利用中達(dá)到節(jié)能效益。