合成氨生產中的廢氣利用與節能效益

李觀輝

（河南順達新能源科技有限公司，河南駐馬店 463000）

1 加強合成氣體中的 CO 利用，提升甲醇生產效率

在良好化工環境下可以生產出大量高質量的甲醇生產原料，其主要生產原理便是利用小化肥的相關生產設備來帶動聯醇生產工藝的有效應用，這樣就可以制備出符合社會應用需求的甲醇。而在聯醇工藝應用的過程中是可以有效提升合成氨生產中的 CO 廢氣利用效率的，這樣一方面可以加快甲醇的生產，另一方面則能夠避免對合成氨質量與產量帶來影響，從而在提升了相關企業經濟效益與社會效益的同時，促使該行業步入可持續發展道路。

1.1 單一化的合成氨工藝生產過程

一般而言，合成氨工藝生產過程中的氫氣轉化率并不完全，其轉換率始終達不到100%，由氮氣和氫氣反應就可以生成氨氣的化學公式可以看出，合成氨質量的多少與氫氣轉化率有著極大關聯，當氫氣轉化率為達到88% 時就可以生產出22.48kg 的合成氨。

1.2 聯醇工藝分析

為了加快聯醇工藝的研究，可以從兩方面對其進行深入的探索。一方面是利用CO 和氫氣進行反應能夠生成甲醇的化學公式來推動甲醇產量，從此公式中可以得到的結論是，CO轉化率為50%時的甲醇產量可以達到2.93kg。另一方面則是要加強合成氨生產中其他廢氣的利用效率，以便在保證合成氨生產質量的同時，促使其產量得到提高。由聯醇工藝下的氮氣和氫氣反應生成氨氣的化學公式可知，利用1mol 氮氣和3mol 氫氣來生成2mol 氨氣的過程中，保證氫氣轉化率可以達到 88%時，就可以生產出大約20.66kg 的合成氨。由此可知，合成氨生產中的氫氣轉化率越高，則合成氨的質量就會隨之提升。舉例說明：1t 合成氨生產所需的變換氣為4 400m2左右，一個企業想要在一年內生產出50kt 的合成氨，其就需要在實際生產過程中積極應用聯醇工藝，這樣不僅可以達成生產目標，還可以有效地降低企業相關生產成本。而在這樣的情況下進行合成氨生產，只需要生產出甲醇 6 446t 以及合成氨 45 452t 就可以了。根據市場上精甲醇價格為2 000 元/t 左右，合成氨價格在 1 200 元 /噸左右的數據為主要計算標準，企業在一年中利用聯醇工藝生產的6 446t 甲醇以及 45 452t 合成氨，可以為其帶來 1 300 萬元左右的甲醇收益以及 5 700 萬元的合成氨收益。而在甲醇生產過程中，每生產 1t 甲醇需要投入成本大約 150 元，因而就可以得出企業每年需要投入的甲醇生產成本大約是96 萬元，將這些生產成本在公司一年總收益中進行扣除的話，就可以知道企業一年內的合成氨生產盈利可以達到7 000 萬元左右，所以利用聯醇工藝進行合成氨生產將比單一的合成氨生產工藝收益更高，可以增加 600 萬元左右，這樣不僅可以推動相關企業的進一步發展，同時還可以滿足我國社會對綠色生產建設的需求。

在企業利用聯醇工藝進行甲醇生產的過程中，為了滿足常壓精純流程的需求，需要在其生產中增加一些液體泵電機，若是液體泵電機功率在 7.5kW 左右的話，那么增加的液體泵電機數量就應在4臺左右，而隨著產生的電能消耗也會增加。而在合成氨高壓生產過程中，其對應6 段壓縮氣體量的減少會促使其循環機壓縮量變少，進而節省一大部分的功耗，這些節省的功耗與甲醇生產的消耗進行大致抵消后，就會實現聯醇工藝生產的不消耗。除此之外，聯醇工藝進行甲醇生產的過程中，其預熱器和循環蒸發器在使用過程中還會消耗一定量的蒸汽，一般每生產1t 甲醇可能就會消耗蒸汽 4t 左右，需要運用的標準煤氣量則為 0.5t，而單一生產甲醇工藝過程中生產1t 甲醇需要消耗的標準煤氣是在 1 700t，將二者進行比較后可知，聯醇生產方式比單一生產方式將可以節省大量的煤炭資源，可節省高達7 000t 的標準煤。

2 合成氨生產廢氣中的氫提取

合成氨生產過程中的氣體排放方式主要有兩種，一種是從合成系統原料氣中排放而出的富有大量惰性氣體且循環性強的排放氣，另一種則是由進入氨罐的高壓液氨所排放的氣體。這些廢氣的排放量占據合成氣總量的 2%～5%，也就是說每生成1t 氨氣就會排放出大約150～250m3的廢氣。合成氨生產過程中所產生的尾氣會含有大量的氫氣，氫氣量約占總尾氣排放量的 60% 左右。一些中小型化肥廠若是想要實現節能減排生產目標，可以尋求氫氣的良好回收再利用，這樣就可以將自身的技能改造技術進行不斷的完善與優化。氫氣的作用與價值是非常高的，其不僅可以被單獨出售來進行利益獲取，還可以從合成氨原料排放氣中進行回收后再重新投入到氨合成系統中進行循環再利用，這樣不僅提升了氫氣資源的利用率，同時還將有助于推動合成氨產量的增長。一般而言，10 000m3的氫氣回收量將可以等同于1 500m3的氫氣半水煤氣，將其重新應用于合成氨生產系統中，將可以增加氨氣合成產量的4.5%～5.5%，并實現合成氨生產過程的節能降耗目標。

氫工藝生產過程中最常用的回收方式便是變壓吸附回收法，該方法的主要工作原理便是利用常溫下吸附劑在不同壓力下對氫氣其他成分的吸附容量存在差異性，從而就可以實現對氫氣的良好回收。變壓吸附回收法的實際應用效果非常強，其能夠將氫氣中的多種雜質一次性的大量去除，回收到的氫氣純度也非常高，一般利用此種方法將可以使氫氣回收效率達到80%～85%。除此之外，還可以采用水電解制氫的方法進行氫氣提取，該方法的使用會有 1.8 元左右的生產成本，電能消耗量小，大約為 6kWh/m3左右。而對合成氨的尾氣進行氫氣回收生產的生產成本在 0.2 元左右，大約會消耗0.5kWh/m3的電能。由此舉例說明，若一個企業每年生產的合成氨量在30kt左右，則每小時會排出尾氣600～1 000m3，從中可以提取到的氫氣大約為400m3/h，而以企業一年運行300d為例的話，其一共可以提取到的氫氣總量為300×104m3。現今市場中的氫氣價格普遍為2 元左右，由此可以知道企業一年氫氣回收可得到的收益為500 萬元左右，與水電解制氫工藝相比較而言，合成氨生產尾氣中的氫氣回收方式將可以極大地節省電源，每年約可以節省電源 1 500萬kW·h。氫氣具有無污染、清潔性高等特點，其與汽油相比較而言，發熱值是其 3 倍左右，現階段的氫氣應用范圍已經逐漸擴展到了冶金、化工和電子等工業部門，且在其中的應用效果非常顯著，乃是工業生產中不可或缺的一種還原氣或是保護氣。利用水電解工藝進行氫氣提取工作的話，將會消耗掉大量的電能，進而促使生產成本增加，這不利于我國電力行業的可持續發展。而從合成氨生產尾氣中進行氫氣的提取，將不需要消耗大量電能，這樣一方面可以提升工業企業的經濟效益，另一方面則能夠滿足我國可持續發展理念，實現了我國新能源的開發與利用，從而促使我國的能源發展前景變得更加廣闊。

3 加強合成氨尾氣的其他氣體利用效率

合成氨尾氣的應用價值非常高，其氣體本身會含有大量有價值的物質，例如氪等稀有氣體，加強對他們的回收再利用，將可以有效地提升企業經濟效益與社會效益，并實現能源的大量節約。一般而言，氪物質粒徑都會保持在200～300mm，其表面會有氰基進行整齊排列分布，這種物質還會有較強的水溶解性。經過實踐分析表明，利用雷蒙機將氪半成品進行粉碎后發現該產品的堆密度會很小，這就說明了氪顆粒本身所具有的細微化與均勻化特性，將可以促使相關產品受溶劑型體系的影響降低。此外，一些大型企業也開始嘗試利用合

成氨尾氣來取代煤氣進行燃燒，一個企業每年大約可以生產出40kt 的合成氨煤氣，可以供應大約5 000 戶家庭使用，這樣不僅可以提高45% 的節煤率，還可以有效地增強人們的生活質量，實現大量能源節約的同時，推動相關企業的效益增長。

目前我國仍然要加大對合成氨尾氣中的稀缺資源回收利用力度，雖然在回收生產過程中可能會需要大量的資金投入，但是通過回收得到的資源可以促使這一部分的投入被重新賺回，并且還會有盈余。合成氨生產過程所排放的尾氣中會有大量有用的氣體資源，但由于我國目前相關技術水平、工藝回收方法以及經濟條件等因素所帶來的制約，促使這些氣體資源無法得到合理的回收再利用，很多企業都會將合成氨生產過程中的氣體元素當成廢棄物排放，從而造成了資源的大量浪費。而隨著科技的日益進步以及生產工藝的不斷成熟，合成氨生產過程中的氣體元素回收研究也將會得到新的發展啟發，進而促使這些廢氣可以得到充分利用，以便為人類的可持續發展帶來積極推動力。

4 結束語

為了有效地提升合成氨生產中的廢氣利用效率以及節能環保方面的效益，需要加強對合成氨尾氣中相關成分的分析與明確，這樣才能采取合適的化學手段以及生產流程來提升合成氨的效率與質量，降低其他尾氣的排放量。與此同時，還要采取一些合理措施來對排放出的其他尾氣加以利用，這樣不僅可以實現資源價值的高效發揮，同時還可以促使相關企業的經濟效益得到增長，進而為我國化工行業的可持續發展奠定堅實基礎。