合成氨生产中的废气利用与节能效益

赵瑞峰（陕西奥维乾元化工有限公司，陕西榆林719400）

1 合成氨生产中废气利用的必要性

工业废气利用与节能减排不仅是产业结构调整的重要内容，同样也是十九大以来各行业各领域内关注的重点。对于合成氨生产企业来说，从其技术工艺出发，加大对其废气利用的力度，从而达到节能效益，无论对企业还是社会都有着重要的意义。明确合成氨生产过程中废气利用以及节能减排的必要性，能够有效地提高工作人员在合成氨生产过程中的节能意识，从而指导行动，不断完善废气利用与节能减排工艺。以下是合成氨生产中废气利用的必要性：

1.1 合成氨生产工艺的改进需求

在合成氨企业进行合成氨生产的过程中，不同的生产企业采用的生产工艺、生产原材料以及各种生产设备不尽相同。但是从合成氨生产的本质来说，归根结底是一致的，并且具有普遍的特点。

首先，合成氨生产具有系统性、连续性。在合成氨的生产过程中，主要通过脱硫、净化等工序，后续进入合成系统，开始合成氨的合成反应。在完成合成反应之后，原料废气还需要经过多次循环，实现废气的再利用。在合成氨生产的过程中，一旦某个环节出现问题，则会对合成氨生产的效率造成影响，并且引起资源的严重浪费。因此，在合成氨生产的过程中，需要基于系统性及连续性的特点，从而实现废气利用。其次，合成氨生产具有复杂性、规范性。在合成氨的生产过程中，其所涉及的程序较多，并且在不同的程序中相应的处理要求也较高。在这种情况下，相关工作人员需要根据不同的工序要求，对使用原材料、催化剂等情况进行合理分配控制。比如，在原材料消耗较大的制作工艺中，实现工序针对性的改进可以最大程度的节约能耗。

1.2 合成氨生产行业的发展需求

在众多行业中，经过调查可知合成氨生产行业属于耗能较高、污染较重的行业，这主要是由于合成氨生产的过程中主要以能源材料为原材料，在合成过程中对能源的需求更大，一般来说，在合成氨生产行业中能源成本的投入要将近生成总成本的七成，从国内能源的消耗来看，约有3%的能源用于合成氨生产行业。除此之外，合成氨生产中氧气的需求高，在生产过程中易形成二氧化氮、二氧化硫等对环境污染严重的污染气体，从而对环境造成一定的影响。因此，在当前能源紧缺，环境污染严重的背景下，加强对合成氨生产过程中的废气利用是行业可持续健康发展的保障，帮助合成氨生产企业成功转型为节能、环保企业，以促进企业的转型升级。

1.3 社会与市场的变化趋势

在十九大报告中明确指出，我国要加大生态环境保护力度，建设人与自然和谐共生的社会主义现代化国家。近几年来，我国经济的飞速发展，在一定程度上也对环境造成了不可估量的危害。当前社会对环境保护的呼声越来越高，因此提高能源消耗企业的节能减排力度至关重要。除此之外，我国能源发展也进入新时代，尽管近些年来节能减排取得了一定效果，但是我国能源短缺的环境并没有改变，整体来讲，我国节能减排的压力依旧很大。因此，在社会与市场的变化趋势下，合成氨生产企业更需要进行科学有效的废气利用，与时俱进。

2 合成氨尾气中的提取甲醇

在合成氨的生产过程中，会产生大量的一氧化碳，对合成氨生产中的废气进行有效利用，采用联醇工艺能够促进甲醇的形成。在化工环境中，甲醇是一种重要的生产原料，在合成氨生产中利用废气一氧化碳，这种工艺不仅对合成氨生产中的影响较小，而且能够有效地提高企业的经济效益。

在利用一氧化碳生产甲醇的联醇工艺中，主要对两方面进行相应研究。首先，利用合成氨生产过程中产生的一氧化碳与氢气进行反应，能够生成甲醇。从二者反应的化学方程式看，当一氧化碳的转化率足够高时，产生的甲醇也较多。其次，利用废气利用中产生的二次废气，还能对合成氨的生产起到一定的促进作用。比如，一摩尔的氮气与三摩尔的氢气能够形成两摩尔的氨气。在这个转化过程中，氨气生成的质量随着氢气转化率的提高而进行相应提高。

在企业的生产过程中若是生产合成氨5万吨/年，使用联醇工艺能够降低企业成本。在这个过程中，仅通过生产4.5 万的合成氨即可，其余合成氨由废气生产，另外还可得到0.6万吨甲醇。从当前市场价格来看，甲醇大约2000元/吨，而合成氨大约1200元/吨。由数据可得，采用联醇工艺进行合成氨生产，企业1 年内可达到7000 万元的利润，相对于单一化的生产工艺，能增加600万元的盈利额。除此之外，利用联醇工艺进行甲醇生产，还能够节约在生产过程中电量消耗，节省相应的煤能源。

3 合成氨尾气中提取氢气

在合成氨生产的过程中，产生数量最多的尾气为氢气，大约占所有排放气体的60%。氢气不仅可以作为单独的商品进行出售，还能够重新返回至氨合成的系统中进行更新利用。

在促进氢气的生产工艺中，较为成熟的提取工艺主要为变压吸附回收法以及水电解制氢法。所谓变压吸附法，是指一种主要依据吸附剂在不同压力下产生的吸附作用不同的原理的方法，在具体应用中，主要是对氢气中含有的不同杂质进行吸附清除，从而加大氢气提取的纯度。除此之外，水电解制氢法也是常用的氢气提取的方法之一。相对来说，这种方法耗能较小、成本较低，从合成氨尾气中进行氢气的提取的成本大约为0.2 元/m3。而在市场价格标准下，氢气的价格在2.0 元/m3。从企业盈利的角度来看，水电解制氢法能为企业增加收入。

从合成氨尾气中提取氢气，是一种既有利于合成氨生产企业的做法，也有利于社会能源节约的做法。从氢气的性质来讲，其发热值较高，为汽油的3倍左右，另外氢气还具有清洁无污染的特点，在冶金、化工部分是不可或缺的还原气体。若是简单地进行氢气的制取，不仅能源消耗较大，成本较高，同时也不符合我国电力的发展要求。因此从合成氨尾气中提取氢气便成为一种经济、环保的做法。

4 合成氨生产中的其他废气利用

除了上述利用合成氨生产的氢气、一氧化碳的利用之外，合成氨生产中的废气还有多种用途。比如，利用合成氨生产过程中产生的废气，形成的合成排放气体可以作为周围居民的煤气进行燃烧使用，从而节约煤气的使用。例如，若是一家合成氨生产企业每年年产量为3万吨，那么其合成的排放气可供应大约4000户家庭使用，形成环保效益及经济效益。

除此之外，对于规模较大的合成氨生产企业来说，还可以对生产中产生的稀有气体进行回收提取。相对来说，稀有气体的提取成本较高，但经济效益同样更高，因此对于资本雄厚的企业来说是一种废气利用的可取之法。

5 结语

总而言之，合成氨生产过程中的节能降耗是一项系统性、长期性的工程，需要各方的持续努力。在合成氨生产的过程中，如何对其产生的废气进行合理有效地利用，针对企业的不同情况可采取不同的措施，从而达到保证经济效益以及环境保护的双重要求。随着废气利用的技术不断创新，工艺不断改善，相信在不久的未来，合成氨生产中的尾气能具有更加广泛的应用，从而促进企业的长效可持续发展，从废气利用中达到节能效益。