合成氨的工业生产及污染防治

合成氨工业清洁生产及污染防治

摘要：环境污染日趋严重、资源日趋短缺，清洁生产成为实现环境与经济可持续发展的根本途径。合成氨工业应选取工艺优化技术、先进控制技术，加强综合污染防治管理体系，进一步实现或接近清洁生产，降低环境污染，实现经济效益和环境效益的统一。本文回顾了合成氨厂的主要技术，分析了生产过程中采用的典型工艺及其技术特点与经济性，探讨了欧盟及我国的综合污染防治管理体系，指出我国未来应加强综合污染防治管理体系。合成氨技术的主要发展趋势是大型化、低能耗、清洁生产、长周期运行。

关键词：清洁生产；合成氨；典型工艺；污染防治。

引言

工业革命以来，世界经济主要为高消耗、低效益、重污染模式，造成严重的环境污染，发生了洛杉机光化学烟雾、伦敦烟雾等震惊世界的环境公害事件。在这种背景下，1972年在瑞典斯德哥尔摩召开了联合国人类环境会议，发表了《人类环境宣言》。从此，走上了“先污染、后治理”的工业污染防治之路。但实践表明，这种污染的末端治理，导致资源浪费大，经济代价高，造成二次污染；同时，人们越来越清醒地认识到，高消耗也是造成工业污染的主要原因。在吸取大量传统工业生产和污染治理模式经验教训的基础上，人们发现在发展工业时，降低生产和工艺过程中的原料和能源消耗，减少有害物减少对人类健康和环境的风险，降低生产成本，使得经济和环境协调发展，实现经济效益和环境效益的统一，才是实现工业企业可持续发展的最佳途径。

1 合成氨工业的主要技术

以煤为原料的合成氨生产工艺主要包括原料气的制备、原料气的净化(脱硫、变换、脱碳、精制)、气体压缩和氨合成四大部分，选用适当的原料气制备和原料气净化工艺，是降低后续污水处理难度、减少环境污染、实现清洁生产的途径。

1.1 原料气的制备

煤气化是合成氨生产过程中的关键工序，它所消耗的能源占全部生产能耗的70%左右，是直接影响产品成本与企业经济效益的主要因素。气化过程是煤炭的一个热化学加工过程，以煤或煤焦为原料，以氧气、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃性气体称为煤气，对于做化工原料用的煤气一般称为合成气。

煤气化技术在中国已有近百年的历史，但仍较落后和发展缓慢。就总体而言，中国煤气

化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重。目前中国煤制氨采用的气化技术主要有常压固定床间歇制气及富氧连续气化二种。

1.2 原料气的净化

在合成氨生产过程中，无论采用何种原料(煤、天然气)、油、何种工艺技术，其粗合成气中都含有大量的CO2，以煤为原料的合成气中还含有多种硫化物。CO2和硫化物都会造成氨合成催化剂中毒。CO2造成氨合成催化剂暂时性中毒，硫化物导致氨合成催化剂永久性中毒，因此在合成气进入氨合成塔之前，需将CO2和硫化物脱除。

1.2.1 脱硫脱硫技术分为干法和湿法两大类，湿法脱硫又分为湿式氧化法和胺法。湿式氧化法是溶液吸收H2S将其直接转化为单质硫，单质硫分离后溶液可循环利用；胺法是将吸收的H2S在再生系统释放，然后将H2S送至克劳斯装置再转化为单质硫，溶液则循环使用。湿法脱硫多用于合成氨原料气中大量硫化物的脱除，干法脱硫则多用作精脱且对无机硫和有机硫都有较高的净化度。

目前国内常用脱硫方法有氨水液相催化法、蒽醌二磺酸钠法(ADA法)、栲胶法(TV法)。它们均为湿式氧化法。湿式氧化法特点为：可将H2S直接转化为单质硫；脱硫效率高，净化后的气体残硫量低；既可在常压下操作，也可在加压下操作；脱硫剂可以再生循环使用，运行成本低。

1.2.2 脱碳脱碳一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为三大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等；一类是化学吸收法，如热钾碱法、低热耗本菲尔法、活化MDEA法、MEA法等；一类是物理化学吸收法，如环丁砜法。

1.2.3 精制原料气经CO变换和CO2脱除后，尚含有少量CO和CO2，在送往氨合成系统前，为保护氨合成催化剂，必须进一步加以脱除，使其总含量少于10ppm该工艺过程俗称“精制”。目前合成氨厂脱除微量CO、CO2的方法大体分为热法和冷法两类。冷法工艺即液氮洗涤法，近年来国内外新建的大型氨厂大多采用此法；而热法工艺门类较多，包括传统的铜氨液洗涤法、甲烷化法和甲醇甲烷化法等。其中甲烷化法是60年代开发的方法，在镍催化剂存在下使CO和CO2加氢生成甲烷：

CO+3H2=CH4+H2O

CO2+4H2=CH4+2H2O

2 污染防治管理现状

2.1 欧盟综合污染防治管理体系

欧盟是环保主义最活跃的区域，也是环境法制最为严格的区域，重视事前控制、源头控制和多种环境介质管理、全过程管理，建立健全清洁生产、资源削减、综合利用、环境影响评价和排污许可证等各种制度，形成以避免废物产生为特征的综合污染防治管理体系。

欧盟综合污染防治管理体系是比较完整、科学和系统，主要包括综合污染防治与控制指令的制定、发布最佳污染防治技术导则、最佳污染防治技术的评估筛选系统、新技术的示范推广等内容。

2.1.1 综合污染防治指令（IPPC）1993年的污染综合防治指令草案改变了欧盟委员会的策略，提出综合考虑造成环境影响的各类污染。该指令要求企业尽可能采用最好的技术，防止污染物的产生，或者把污染物的排放减少到最低，要求企业在运行之前必须得到许可并按照要求的程序运行。污染综合控制指令建立了一个综合性的许可证制度，以控制所有污染物的产生，并以此协调欧盟的环境法规，已成为欧盟环境法规的核心内容。

2.1.2 最佳可行技术(BAT) 1996年，欧盟在综合污染防治(IPPC)指令96/61/CE中提出了建立污染防治最佳可行技术(BAT)的要求，最佳可行技术是针对各种生产活动工艺生产全过程产生的各种环境问题，采用在公共基础设施和工业部门的最有效、先进、经济和技术可行的污染防治工艺和技术，减少污染物的排放，特别是通过生产过程的清洁生产管理提高能源利用效果、预防和减少污染物的跑、滴、冒、漏，从整体上减少对环境的影响。欧盟委员会工作小组和各成员国共同起草BAT参考文件，1999年开始用于新建设施，2002年欧盟的BAT 体系已经基本建立完成，并在各行各业建立起相应的BAT参考文件，开始发挥其指导作用。

2.1.3 技术评估方法欧盟的技术评估方法，主要依据当地条件进行费用-效益分析，再根据设施的技术特征，地理位置，具体环境条件，考虑多方收益，进行调整。