合成氨生产中的废气利用与节能效益

李观辉

（河南顺达新能源科技有限公司，河南驻马店 463000）

1 加强合成气体中的 CO 利用，提升甲醇生产效率

在良好化工环境下可以生产出大量高质量的甲醇生产原料，其主要生产原理便是利用小化肥的相关生产设备来带动联醇生产工艺的有效应用，这样就可以制备出符合社会应用需求的甲醇。而在联醇工艺应用的过程中是可以有效提升合成氨生产中的 CO 废气利用效率的，这样一方面可以加快甲醇的生产，另一方面则能够避免对合成氨质量与产量带来影响，从而在提升了相关企业经济效益与社会效益的同时，促使该行业步入可持续发展道路。

1.1 单一化的合成氨工艺生产过程

一般而言，合成氨工艺生产过程中的氢气转化率并不完全，其转换率始终达不到100%，由氮气和氢气反应就可以生成氨气的化学公式可以看出，合成氨质量的多少与氢气转化率有着极大关联，当氢气转化率为达到88% 时就可以生产出22.48kg 的合成氨。

1.2 联醇工艺分析

为了加快联醇工艺的研究，可以从两方面对其进行深入的探索。一方面是利用CO 和氢气进行反应能够生成甲醇的化学公式来推动甲醇产量，从此公式中可以得到的结论是，CO转化率为50%时的甲醇产量可以达到2.93kg。另一方面则是要加强合成氨生产中其他废气的利用效率，以便在保证合成氨生产质量的同时，促使其产量得到提高。由联醇工艺下的氮气和氢气反应生成氨气的化学公式可知，利用1mol 氮气和3mol 氢气来生成2mol 氨气的过程中，保证氢气转化率可以达到 88%时，就可以生产出大约20.66kg 的合成氨。由此可知，合成氨生产中的氢气转化率越高，则合成氨的质量就会随之提升。举例说明：1t 合成氨生产所需的变换气为4 400m2左右，一个企业想要在一年内生产出50kt 的合成氨，其就需要在实际生产过程中积极应用联醇工艺，这样不仅可以达成生产目标，还可以有效地降低企业相关生产成本。而在这样的情况下进行合成氨生产，只需要生产出甲醇 6 446t 以及合成氨 45 452t 就可以了。根据市场上精甲醇价格为2 000 元/t 左右，合成氨价格在 1 200 元 /吨左右的数据为主要计算标准，企业在一年中利用联醇工艺生产的6 446t 甲醇以及 45 452t 合成氨，可以为其带来 1 300 万元左右的甲醇收益以及 5 700 万元的合成氨收益。而在甲醇生产过程中，每生产 1t 甲醇需要投入成本大约 150 元，因而就可以得出企业每年需要投入的甲醇生产成本大约是96 万元，将这些生产成本在公司一年总收益中进行扣除的话，就可以知道企业一年内的合成氨生产盈利可以达到7 000 万元左右，所以利用联醇工艺进行合成氨生产将比单一的合成氨生产工艺收益更高，可以增加 600 万元左右，这样不仅可以推动相关企业的进一步发展，同时还可以满足我国社会对绿色生产建设的需求。

在企业利用联醇工艺进行甲醇生产的过程中，为了满足常压精纯流程的需求，需要在其生产中增加一些液体泵电机，若是液体泵电机功率在 7.5kW 左右的话，那么增加的液体泵电机数量就应在4台左右，而随着产生的电能消耗也会增加。而在合成氨高压生产过程中，其对应6 段压缩气体量的减少会促使其循环机压缩量变少，进而节省一大部分的功耗，这些节省的功耗与甲醇生产的消耗进行大致抵消后，就会实现联醇工艺生产的不消耗。除此之外，联醇工艺进行甲醇生产的过程中，其预热器和循环蒸发器在使用过程中还会消耗一定量的蒸汽，一般每生产1t 甲醇可能就会消耗蒸汽 4t 左右，需要运用的标准煤气量则为 0.5t，而单一生产甲醇工艺过程中生产1t 甲醇需要消耗的标准煤气是在 1 700t，将二者进行比较后可知，联醇生产方式比单一生产方式将可以节省大量的煤炭资源，可节省高达7 000t 的标准煤。

2 合成氨生产废气中的氢提取

合成氨生产过程中的气体排放方式主要有两种，一种是从合成系统原料气中排放而出的富有大量惰性气体且循环性强的排放气，另一种则是由进入氨罐的高压液氨所排放的气体。这些废气的排放量占据合成气总量的 2%～5%，也就是说每生成1t 氨气就会排放出大约150～250m3的废气。合成氨生产过程中所产生的尾气会含有大量的氢气，氢气量约占总尾气排放量的 60% 左右。一些中小型化肥厂若是想要实现节能减排生产目标，可以寻求氢气的良好回收再利用，这样就可以将自身的技能改造技术进行不断的完善与优化。氢气的作用与价值是非常高的，其不仅可以被单独出售来进行利益获取，还可以从合成氨原料排放气中进行回收后再重新投入到氨合成系统中进行循环再利用，这样不仅提升了氢气资源的利用率，同时还将有助于推动合成氨产量的增长。一般而言，10 000m3的氢气回收量将可以等同于1 500m3的氢气半水煤气，将其重新应用于合成氨生产系统中，将可以增加氨气合成产量的4.5%～5.5%，并实现合成氨生产过程的节能降耗目标。

氢工艺生产过程中最常用的回收方式便是变压吸附回收法，该方法的主要工作原理便是利用常温下吸附剂在不同压力下对氢气其他成分的吸附容量存在差异性，从而就可以实现对氢气的良好回收。变压吸附回收法的实际应用效果非常强，其能够将氢气中的多种杂质一次性的大量去除，回收到的氢气纯度也非常高，一般利用此种方法将可以使氢气回收效率达到80%～85%。除此之外，还可以采用水电解制氢的方法进行氢气提取，该方法的使用会有 1.8 元左右的生产成本，电能消耗量小，大约为 6kWh/m3左右。而对合成氨的尾气进行氢气回收生产的生产成本在 0.2 元左右，大约会消耗0.5kWh/m3的电能。由此举例说明，若一个企业每年生产的合成氨量在30kt左右，则每小时会排出尾气600～1 000m3，从中可以提取到的氢气大约为400m3/h，而以企业一年运行300d为例的话，其一共可以提取到的氢气总量为300×104m3。现今市场中的氢气价格普遍为2 元左右，由此可以知道企业一年氢气回收可得到的收益为500 万元左右，与水电解制氢工艺相比较而言，合成氨生产尾气中的氢气回收方式将可以极大地节省电源，每年约可以节省电源 1 500万kW·h。氢气具有无污染、清洁性高等特点，其与汽油相比较而言，发热值是其 3 倍左右，现阶段的氢气应用范围已经逐渐扩展到了冶金、化工和电子等工业部门，且在其中的应用效果非常显著，乃是工业生产中不可或缺的一种还原气或是保护气。利用水电解工艺进行氢气提取工作的话，将会消耗掉大量的电能，进而促使生产成本增加，这不利于我国电力行业的可持续发展。而从合成氨生产尾气中进行氢气的提取，将不需要消耗大量电能，这样一方面可以提升工业企业的经济效益，另一方面则能够满足我国可持续发展理念，实现了我国新能源的开发与利用，从而促使我国的能源发展前景变得更加广阔。

3 加强合成氨尾气的其他气体利用效率

合成氨尾气的应用价值非常高，其气体本身会含有大量有价值的物质，例如氪等稀有气体，加强对他们的回收再利用，将可以有效地提升企业经济效益与社会效益，并实现能源的大量节约。一般而言，氪物质粒径都会保持在200～300mm，其表面会有氰基进行整齐排列分布，这种物质还会有较强的水溶解性。经过实践分析表明，利用雷蒙机将氪半成品进行粉碎后发现该产品的堆密度会很小，这就说明了氪颗粒本身所具有的细微化与均匀化特性，将可以促使相关产品受溶剂型体系的影响降低。此外，一些大型企业也开始尝试利用合

成氨尾气来取代煤气进行燃烧，一个企业每年大约可以生产出40kt 的合成氨煤气，可以供应大约5 000 户家庭使用，这样不仅可以提高45% 的节煤率，还可以有效地增强人们的生活质量，实现大量能源节约的同时，推动相关企业的效益增长。

目前我国仍然要加大对合成氨尾气中的稀缺资源回收利用力度，虽然在回收生产过程中可能会需要大量的资金投入，但是通过回收得到的资源可以促使这一部分的投入被重新赚回，并且还会有盈余。合成氨生产过程所排放的尾气中会有大量有用的气体资源，但由于我国目前相关技术水平、工艺回收方法以及经济条件等因素所带来的制约，促使这些气体资源无法得到合理的回收再利用，很多企业都会将合成氨生产过程中的气体元素当成废弃物排放，从而造成了资源的大量浪费。而随着科技的日益进步以及生产工艺的不断成熟，合成氨生产过程中的气体元素回收研究也将会得到新的发展启发，进而促使这些废气可以得到充分利用，以便为人类的可持续发展带来积极推动力。

4 结束语

为了有效地提升合成氨生产中的废气利用效率以及节能环保方面的效益，需要加强对合成氨尾气中相关成分的分析与明确，这样才能采取合适的化学手段以及生产流程来提升合成氨的效率与质量，降低其他尾气的排放量。与此同时，还要采取一些合理措施来对排放出的其他尾气加以利用，这样不仅可以实现资源价值的高效发挥，同时还可以促使相关企业的经济效益得到增长，进而为我国化工行业的可持续发展奠定坚实基础。