合成氨生產中的廢氣利用與節能效益

趙瑞峰（陜西奧維乾元化工有限公司，陜西榆林719400）

1 合成氨生產中廢氣利用的必要性

工業廢氣利用與節能減排不僅是產業結構調整的重要內容，同樣也是十九大以來各行業各領域內關注的重點。對于合成氨生產企業來說，從其技術工藝出發，加大對其廢氣利用的力度，從而達到節能效益，無論對企業還是社會都有著重要的意義。明確合成氨生產過程中廢氣利用以及節能減排的必要性，能夠有效地提高工作人員在合成氨生產過程中的節能意識，從而指導行動，不斷完善廢氣利用與節能減排工藝。以下是合成氨生產中廢氣利用的必要性：

1.1 合成氨生產工藝的改進需求

在合成氨企業進行合成氨生產的過程中，不同的生產企業采用的生產工藝、生產原材料以及各種生產設備不盡相同。但是從合成氨生產的本質來說，歸根結底是一致的，并且具有普遍的特點。

首先，合成氨生產具有系統性、連續性。在合成氨的生產過程中，主要通過脫硫、凈化等工序，后續進入合成系統，開始合成氨的合成反應。在完成合成反應之后，原料廢氣還需要經過多次循環，實現廢氣的再利用。在合成氨生產的過程中，一旦某個環節出現問題，則會對合成氨生產的效率造成影響，并且引起資源的嚴重浪費。因此，在合成氨生產的過程中，需要基于系統性及連續性的特點，從而實現廢氣利用。其次，合成氨生產具有復雜性、規范性。在合成氨的生產過程中，其所涉及的程序較多，并且在不同的程序中相應的處理要求也較高。在這種情況下，相關工作人員需要根據不同的工序要求，對使用原材料、催化劑等情況進行合理分配控制。比如，在原材料消耗較大的制作工藝中，實現工序針對性的改進可以最大程度的節約能耗。

1.2 合成氨生產行業的發展需求

在眾多行業中，經過調查可知合成氨生產行業屬于耗能較高、污染較重的行業，這主要是由于合成氨生產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，在合成氨生產行業中能源成本的投入要將近生成總成本的七成，從國內能源的消耗來看，約有3%的能源用于合成氨生產行業。除此之外，合成氨生產中氧氣的需求高，在生產過程中易形成二氧化氮、二氧化硫等對環境污染嚴重的污染氣體，從而對環境造成一定的影響。因此，在當前能源緊缺，環境污染嚴重的背景下，加強對合成氨生產過程中的廢氣利用是行業可持續健康發展的保障，幫助合成氨生產企業成功轉型為節能、環保企業，以促進企業的轉型升級。

1.3 社會與市場的變化趨勢

在十九大報告中明確指出，我國要加大生態環境保護力度，建設人與自然和諧共生的社會主義現代化國家。近幾年來，我國經濟的飛速發展，在一定程度上也對環境造成了不可估量的危害。當前社會對環境保護的呼聲越來越高，因此提高能源消耗企業的節能減排力度至關重要。除此之外，我國能源發展也進入新時代，盡管近些年來節能減排取得了一定效果，但是我國能源短缺的環境并沒有改變，整體來講，我國節能減排的壓力依舊很大。因此，在社會與市場的變化趨勢下，合成氨生產企業更需要進行科學有效的廢氣利用，與時俱進。

2 合成氨尾氣中的提取甲醇

在合成氨的生產過程中，會產生大量的一氧化碳，對合成氨生產中的廢氣進行有效利用，采用聯醇工藝能夠促進甲醇的形成。在化工環境中，甲醇是一種重要的生產原料，在合成氨生產中利用廢氣一氧化碳，這種工藝不僅對合成氨生產中的影響較小，而且能夠有效地提高企業的經濟效益。

在利用一氧化碳生產甲醇的聯醇工藝中，主要對兩方面進行相應研究。首先，利用合成氨生產過程中產生的一氧化碳與氫氣進行反應，能夠生成甲醇。從二者反應的化學方程式看，當一氧化碳的轉化率足夠高時，產生的甲醇也較多。其次，利用廢氣利用中產生的二次廢氣，還能對合成氨的生產起到一定的促進作用。比如，一摩爾的氮氣與三摩爾的氫氣能夠形成兩摩爾的氨氣。在這個轉化過程中，氨氣生成的質量隨著氫氣轉化率的提高而進行相應提高。

在企業的生產過程中若是生產合成氨5萬噸/年，使用聯醇工藝能夠降低企業成本。在這個過程中，僅通過生產4.5 萬的合成氨即可，其余合成氨由廢氣生產，另外還可得到0.6萬噸甲醇。從當前市場價格來看，甲醇大約2000元/噸，而合成氨大約1200元/噸。由數據可得，采用聯醇工藝進行合成氨生產，企業1 年內可達到7000 萬元的利潤，相對于單一化的生產工藝，能增加600萬元的盈利額。除此之外，利用聯醇工藝進行甲醇生產，還能夠節約在生產過程中電量消耗，節省相應的煤能源。

3 合成氨尾氣中提取氫氣

在合成氨生產的過程中，產生數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的商品進行出售，還能夠重新返回至氨合成的系統中進行更新利用。

在促進氫氣的生產工藝中，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，是指一種主要依據吸附劑在不同壓力下產生的吸附作用不同的原理的方法，在具體應用中，主要是對氫氣中含有的不同雜質進行吸附清除，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，從合成氨尾氣中進行氫氣的提取的成本大約為0.2 元/m3。而在市場價格標準下，氫氣的價格在2.0 元/m3。從企業盈利的角度來看，水電解制氫法能為企業增加收入。

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

4 合成氨生產中的其他廢氣利用

除了上述利用合成氨生產的氫氣、一氧化碳的利用之外，合成氨生產中的廢氣還有多種用途。比如，利用合成氨生產過程中產生的廢氣，形成的合成排放氣體可以作為周圍居民的煤氣進行燃燒使用，從而節約煤氣的使用。例如，若是一家合成氨生產企業每年年產量為3萬噸，那么其合成的排放氣可供應大約4000戶家庭使用，形成環保效益及經濟效益。

除此之外，對于規模較大的合成氨生產企業來說，還可以對生產中產生的稀有氣體進行回收提取。相對來說，稀有氣體的提取成本較高，但經濟效益同樣更高，因此對于資本雄厚的企業來說是一種廢氣利用的可取之法。

5 結語

總而言之，合成氨生產過程中的節能降耗是一項系統性、長期性的工程，需要各方的持續努力。在合成氨生產的過程中，如何對其產生的廢氣進行合理有效地利用，針對企業的不同情況可采取不同的措施，從而達到保證經濟效益以及環境保護的雙重要求。隨著廢氣利用的技術不斷創新，工藝不斷改善，相信在不久的未來，合成氨生產中的尾氣能具有更加廣泛的應用，從而促進企業的長效可持續發展，從廢氣利用中達到節能效益。