試析合成氨工業“三廢”處理及排放應急技術

李鑫鑫，許 慶

（1.臨沂市環境保護科學研究所有限公司，山東 臨沂 276000；2.臨沂市生態環境局沂水縣分局，山東 臨沂 276000）

引言

隨著時代的發展和進步，我國合成氨工業也在不斷完善和優化，相關技術手段日漸成熟，我國已經成立了大量的合成氨工廠。改革開放后，我國逐漸恢復老廠，建設新廠，優化設備設施，但是與發達國家相比，仍處于起步階段，特別是“三廢”處理及排放應急技術。為了避免合成氨工業對周圍環境及人體健康造成不良影響，我國相關研究人員對此進行了深入的研究和分析，并取得了一定的成果，合成氨工業“三廢”處理降低了對環境的影響，推動合成氨工業朝著可持續的方向發展。

1 合成氨工業概述

1.1 合成氨反應機理

在合成氨工業發展過程中，根據熱力學計算可以看出，高溫及高壓可以有效提升合成氨反應的有效性及質量，但是在實際進行合成氨反應的過程中，必不可少的是催化劑，在無催化劑支持下，反應的活化能相對較高，因此無法實現合成氨。針對此情況，在實際進行合成氨反應的過程中，相關人員需要根據實際情況選擇合適的催化劑，進而降低整體合成氨反應的活化能，保證整體反應質量及反應效率，進而保證合成氨工業開展的有效性。在實際進行合成氨反應的過程中，氮分子會在催化劑表面進行吸附，進而降低氮原子之間的化學鍵。但是在實際應用催化劑的過程中可能會出現中毒現象，而這會對合成氨工業發展造成嚴重的不良影響，因此相關人員需要對其進行管理和控制，凈化反應物原料，去除原料中的有毒物質，但是在此過程中，需要增加設備，這會提升整體的成本支出[1]。

1.2 合成氨工業的發展趨勢

1.2.1 節能降耗

在實際合成氨的過程中，其主要成本支出為資源消耗，同時由于受到技術限制，導致其能耗不斷上升，這與我國“綠色”發展戰略相悖。針對此情況，相關企業需要完善和優化生產技術，并將“三廢”的回收處理以及低能耗工藝的應用作為發展的重要內容。對于節能降耗來說，可以通過研發高品質催化劑、降低氨合成壓力、創新原料氣凈化方法以及降低燃料消耗等方法實現。現階段，相關研究人員提出了應用天然氣合成氨，在實際生產過程中，每噸液氨的設計能耗可以降低約29.3 GJ。

1.2.2 與其他產品聯合生產

在合成氨工業生產過程中會產生大量的二氧化碳，其可以應用于冷凍、飲料行業及滅火設備中，而且是生產尿素、純堿及碳酸氫銨的原料。因此在實際生產過程中，可以將其與其他產品聯合生產，這樣不僅可以簡化生產流程，也可以達到節能降耗的目的，有助于控制成本。例如我國研發了氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，其具有明顯的應用優勢。

2 合成氨工業“三廢”的來源及特征

2.1 廢液的來源及特征

在合成氨工業生產的過程中，合成氨反應時會產生廢液，廢液可以分為兩種類型，分別是物理性廢液和化學性廢液。

2.1.1 物理性廢液

物理性廢液主要來源于氨合成、空分以及系統壓縮機運行生產過程中產生的廢油，此外間斷排出級間分離器在運行過程中也會產生廢液。這部分廢液主要由水、溶解的氨、二氧化碳及汽缸油共同組成，但是調查研究顯示，這部分廢液即使不經過處理直接排水，也不會對周圍生態環境造成嚴重的不良影響，因此可以忽略不計，因此在實際進行設計的過程中通常會忽略此部分，直接進行排放。

2.1.2 合成氨生產中的廢水（化學性廢液）

化學性廢液來主要是指在合成氨生產過程中產生的廢液。針對此部分廢液，可以在車間工作流程中增加高、低、低變工藝。在實際進行合成氨生產的過程中，會產生大約80 m3/h的冷凝液，由于冷凝液的成分組成較為復雜（具體如表1所示），如果不對冷凝液進行處理就直接排放，會導致廢水排放不符合相關標準，同時也會對周圍的空氣環境造成一定的不良影響。

表1 冷凝液成分組成

在實際進行合成氨生產的過程中會產生一定的灰塵，通常情況下，也需要對其進行處理，但在處理過程中不可避免地也會產生一定量的廢液，處理這些廢液一般會采用濕法除塵的方式，主要以三級濕法除塵為主，即應用空心噴淋塔、填料洗滌塔及文丘里水膜除塵器，在此過程中產生的廢水成分如表2所示[2]。

表2 氣化工藝廢水組成成分（mg/L）

2.2 廢氣的來源及特征

現階段，在原料運輸的過程中會產生一定的粉塵，也就是廢氣，其主要是因為煤堆表面的粉塵顆粒隨風飄散，且在煤炭資源進行處理（粉碎、篩分）的過程中（見圖1），也會產生粉塵，形成廢氣。從整體來看，此部分廢氣為無害粉塵，但是也會傷害現場工作人員的呼吸系統，因此也需要對此部分廢氣進行處理。除了無害廢氣以外，在實際進行合成氨工業生產的過程中，也會產生有害廢氣，其主要來自煤氣泄漏以及放散。在實際操作過程中，在向煤氣爐內添加煤時會發生煤氣泄漏的情況；與此同時，在對煤氣爐進行檢查、開爐、放空或放散操作的過程中，也會向大氣環境中排放一定量的煤氣。除此之外，在冷卻凈化處理過程中，循環冷卻水沉淀池以及涼水塔周圍也存在一定的有害氣體，并隨著水分的蒸發附著在水蒸氣上，最終飄散至大氣環境中，此類有害氣體主要以有害物質酚以及氰化物為主。

圖1 煤炭粉碎

2.3 廢渣的來源及特征

在煤炭燃燒過程中，除了會產生粉塵及煤煙外，還會產生廢渣。動力車間及氣化車間在實際生產建設過程中，通常會將煤渣儲存在固定位置，這會對水資源及大氣環境造成嚴重影響。同時，在進行氣化的過程中，在高溫條件的影響下，煤炭會與氣化劑發生化學反應，煤炭中部分有機物質會轉化為氣體，而其余無法轉化的物質則形成灰渣。灰渣是一種混合物，其主要由不同的金屬氧化物組成，且具有不均勻性的特點。

3 合成氨工業“三廢”處理及排放應急技術的應用

合成氨工業有不同的生產方式，比如天然氣制氨、重質油制氨以及煤制氨等，但是無論是何種方式合成氨，都會在合成的過程中產生廢氣、廢液及廢渣，如果不經過處理直接排放，會對生態環境造成嚴重污染，針對此情況，我們需要針對不同的廢棄物進行有針對性的處理，進而降低其對周圍環境造成的不良影響。最為重要的是保證環保，貫徹落實綠色發展觀，并積極利用“三廢”處理及排放應急技術，對廢液、廢氣及廢渣進行有效處理，最終達到無公害排放的目的[3]。

3.1 廢液處理

3.1.1 造氣廢液處理

動力車間在生產運行過程中也會產生一定量的廢液，針對這些廢液可以通過鍋爐改造的方式進行處理。比如將原有的水膜除塵法改為布袋式除塵法，可以從根本上降低水資源內灰塵的含量，進而達到處理廢液的目的。而且在應用布袋式除塵法進行處理的過程中，不僅可以保證廢液達到排放標準，還可以將收集的粉塵出售，提升企業的經濟效益。造氣過程產生的廢水通常會排放至污水池，經過沉淀后，再向污水池內添加阻垢劑，對廢水進行全面處理，進而達到相應的標準。

3.1.2 凈化廢液處理

這部分廢液可以將其作為補水，將其經過沉淀、凈化等處理后，輸送至供水濾后水池。在實際進行合成氨生產的過程中，部分工廠會應用恩德爐，其可以對廢水進行凈化處理，并將其輸送至指定地點，在此過程中會流經無法過濾器，其對廢液進行過濾處理，完成全部處理之后，才可輸送至供水濾后水池，將其作為電除塵洗滌水。這樣可以在很大程度上節約水資源，同時也可以保證工廠的經濟效益。此外，冬季來臨時，由于溫度過低，需要對污水處理系統進行增溫處理，并進行相應改造，避免由于水溫過低影響COD指標。

3.2 廢氣處理

煤炭資源是主要原料，但是在實際應用過程中，無論是原料的運輸，還是煤炭的破碎和篩分都會產生一定的粉塵，此外，上煤系統在實際運行過程中也會產生一定的粉塵。針對這些情況，相關人員在進行深入的研究和分析后，提出在實際生產過程中，可以應用小型靜電除塵方法，對產生的粉塵進行處理。為了保證粉塵處理的徹底性，需要在上煤系統的皮帶上部以及煤炭破碎和篩分車間內裝置回收系統及靜電除塵系統，這種方式不僅可以從根本上對粉塵進行處理，降低粉塵量，同時還可以將回收的粉塵出售，保證工廠的經濟效益。通常情況下，回收的粉塵可以用于流化床鍋爐內，將其作為燃料，達到成本控制的目的[4]。

對于煤炭存放區域產生的粉塵，可以采用灑水的方式或利用碾壓車對其進行壓實處理，這樣即使是大風天氣，也不會造成嚴重影響，并有效避免煤炭自燃。

3.3 廢渣處理

煤炭在燃燒時會產生一定量的煤渣，此外在煤氣化的過程中也會產生煤渣，此外，在合成氨工業生產以及鍋爐生產的過程中也會產生大量的煤渣，如果不對其進行處理直接堆放，會對生態環境造成一定的不良影響，而且也會占用大量的土地資源，同時產生粉塵，影響周圍空氣質量。研究顯示，汽化爐產生的煤渣顏色以灰黑色為主，且具有松散性的特點，多以粉塵的形式存在，干基發熱值為9 000～11 000 kJ/kg；動力車間產生的廢渣主要呈現灰白色，形態以塊狀為主，其發熱值為800～1 000 kJ/kg，廢渣具體組成成分如表3所示。

表3 廢渣組成成分（%）

隨著科技的發展，廢渣處理可以利用粉煤灰制空心燒結磚技術。該技術在實際應用過程中，主要原料為粉煤灰，而且隨著技術的不斷完善和優化，其技術手段更為成熟，也可以為企業帶來良好的經濟效益，因此當前大部分企業會應用該技術對廢渣進行處理，而且會將其作為重點發展項目，這樣不僅能夠達到環境保護的目的，也可以在很大程度上提升企業的經濟效益，保證企業形象。

4 結語

綜上所述，現階段相關人員針對合成氨工業的反應機理及發展趨勢進行了相應的研究和分析，發現在實際進行合成氨工業生產的過程中會產生一定的廢氣、廢液及廢渣，其不僅對工作人員和周邊居民的身體健康造成了嚴重的不良影響，也污染了周邊的生態環境。針對此情況，我們需要明確在實際進行合成氨工業生產制造的過程中，廢氣、廢液及廢渣的來源和特征，并以此為基礎，制定有針對性的處理措施。在實際應用過程中，相關人員還要根據合成氨工業的實際發展情況選擇最為有效的方式，提升處理措施的有效性，保證“三廢”處理的質量和效率。