工业级合成氨尾气处理与资源化利用策略

1 工业级合成氨尾气处理技术

1.1 尾气中氨的处理技术

（1）水吸收法

水吸收法是一种较为常用且操作相对简单的氨处理技术。其原理基于氨气极易溶于水的特性。在实际操作中，合成氨尾气从吸收塔底部进入，与塔顶喷淋而下的水逆流接触。在气液接触过程中，氨气迅速溶解于水中，形成氨水。通过控制吸收塔的温度、压力以及气液比等操作条件，可以提高氨的吸收效率。一般情况下，在常温常压下，采用该方法可将尾气中的氨含量降低至一定程度。

（2）化学吸收法

化学吸收法是利用特定的化学试剂与氨气发生化学反应，从而实现氨的吸收和分离。常用的化学吸收剂有酸性溶液和一些有机胺类溶液。以硫酸为例，氨气与硫酸发生中和反应，生成硫酸铵，从而将氨从尾气中脱除。化学吸收法相较于水吸收法，具有吸收效率高、对低浓度氨的处理效果好等优点。而且，生成的产物可以作为化肥等产品进行回收利用，具有一定的经济价值[1]。

1.2 尾气中氢气的回收技术

（1）变压吸附法

变压吸附（PSA）技术是基于吸附剂对不同气体在不同压力下吸附能力的差异来实现氢气回收的。在高压条件下，吸附剂对尾气中的杂质气体（如氮气、甲烷、一氧化碳等）具有较强的吸附能力，而氢气则相对较少被吸附，从而实现氢气的初步分离。随着吸附过程的进行，吸附剂逐渐达到饱和状态，此时通过降低压力，被吸附的杂质气体从吸附剂表面解吸出来，使吸附剂得以再生，可循环使用。PSA 技术具有工艺流程简单、自动化程度高、产品氢气纯度高（可达 99.9% 以上）等优点，适用于大规模氢气回收的场合。

（2）膜分离法

膜分离技术利用特殊的高分子膜对不同气体分子的渗透速率差异来分离氢气。当合成氨尾气通过膜组件时，氢气分子由于其较小的分子尺寸和较高的扩散速率，能够优先透过膜，而其他气体分子则被截留，从而实现氢气与其他气体的分离。膜分离法具有设备紧凑、占地面积小、操作简单、能耗低等优势，尤其适用于处理规模较小、对氢气纯度要求不是特别高的场合。

1.3 尾气中甲烷等烃类的处理技术

（1）燃烧法

燃烧法是将尾气中的甲烷等烃类气体在一定条件下与氧气发生燃烧反应，转化为二氧化碳和水。根据燃烧方式的不同，可分为直接燃烧和催化燃烧。直接燃烧是将尾气直接引入燃烧器，在高温下进行燃烧，该方法适用于尾气中烃类含量较高、热值较大的情况。催化燃烧则是在催化剂的作用下，降低烃类燃烧的活化能，使燃烧反应在较低温度下进行，这样可以减少能源消耗和氮氧化物的生成。燃烧法的优点是处理效率高，能够将尾气中的烃类物质彻底转化，减少对环境的污染。

（2）重整转化法

重整转化法是利用化学反应将甲烷等烃类转化为更有价值的合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）。常见的重整工艺有蒸汽重整、部分氧化重整和自热重整等。以蒸汽重整为例，在高温和催化剂的作用下，甲烷与水蒸气发生反应，生成一氧化碳和氢气。重整转化法不仅可以有效处理尾气中的甲烷等烃类，还能将其转化为具有重要工业价值的合成气，为后续的化工生产提供原料，实现资源的高效利用[2]。

2 工业级合成氨尾气资源化利用策略

2.1 制备高附加值化学品

（1）合成甲醇

合成氨尾气中富含氢气和一氧化碳，这两种气体是合成甲醇的关键原料。通过对尾气进行适当的净化和调整组成后，可以将其引入甲醇合成装置。在一定的温度、压力和催化剂作用下，氢气和一氧化碳发生反应生成甲醇。该过程不仅实现了尾气中有效成分的资源化利用，生产出具有广泛应用价值的甲醇产品，而且还减少了尾气排放对环境的影响。甲醇作为一种重要的有机化工原料，可用于生产甲醛、醋酸、甲基叔丁基醚（MTBE）等多种化学品，市场需求较大。

（2）生产尿素

氨气是合成氨尾气的重要成分之一，而尿素的生产主要原料就是氨气和二氧化碳。在合成氨厂中，可以将尾气中的氨气进行回收处理，然后与从其他工艺环节获得的二氧化碳进行反应合成尿素。尿素是一种重要的氮肥，在农业生产中应用广泛。利用合成氨尾气生产尿素，不仅充分利用了尾气中的氨资源，减少了氨气的排放，还为企业创造了新的经济增长点。同时，与传统的尿素生产工艺相比，利用尾气生产尿素可以降低原料采购成本，提高资源利用效率，增强企业的市场竞争力。

2.2 作为燃料气利用

（1）用于工业锅炉或窑炉

合成氨尾气中含有甲烷、氢气等可燃气体，具有一定的热值，可以作为燃料气用于工业锅炉或窑炉。将尾气引入锅炉或窑炉的燃烧系统，通过燃烧释放出热量，为工业生产过程提供热能，如用于加热水、产生蒸汽、烘干物料等。这种利用方式既减少了对传统化石燃料（如煤炭、天然气）的依赖，又实现了尾气的资源化利用，降低了企业的能源成本。然而，在将尾气作为燃料气使用时，需要对尾气的成分和热值进行精确监测和控制，以确保燃烧过程的稳定和安全。

（2）发电

利用合成氨尾气发电是一种高效的资源化利用方式。可以采用燃气轮机发电或内燃机发电等技术，将尾气中的可燃气体燃烧产生的热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。这种发电方式不仅能够实现尾气的能源回收，还能为企业自身的生产提供电力支持，减少外购电量，降低用电成本。在一些大型合成氨企业中，通过建设尾气发电装置，不仅实现了能源的自给自足，还将多余的电能上网销售，创造了额外的经济效益。

2.3 氢气的多元利用途径

（1）作为加氢工艺原料

氢气在化工领域的加氢工艺中具有广泛的应用。合成氨尾气回收的氢气可以作为加氢反应的原料，用于生产多种化工产品，如加氢精制石油产品，提高油品质量；对不饱和烃进行加氢反应，制备饱和烃产品；在生产精细化学品过程中，通过加氢反应实现官能团的转化等。利用尾气中的氢气作为加氢工艺原料，不仅减少了氢气的外部采购成本，还提高了企业内部资源的循环利用程度，增强了企业的生产灵活性和市场竞争力[3]。

（2）燃料电池应用

氢气是燃料电池的主要燃料，合成氨尾气回收的氢气经过进一步提纯后，可以用于燃料电池发电。燃料电池具有能量转换效率高、零排放或低排放等优点，将其应用于分布式发电、交通运输（如氢燃料电池汽车）等领域，有助于减少对传统化石能源的依赖，降低碳排放，推动能源结构的优化和可持续发展。虽然目前燃料电池技术在成本、耐久性等方面还存在一些挑战，但随着技术的不断进步和规模化应用，利用合成氨尾气氢气发展燃料电池产业具有广阔的前景。

3 结束语

综上所述，工业级合成氨尾气处理与资源化利用是实现行业绿色转型的核心路径，既能有效降低环境污染，又能创造显著经济效益。随着环保标准的持续升级与技术创新的不断推进，未来需进一步攻克处理技术难题，拓展资源化利用新方向。期待合成氨企业、科研机构与政府协同合作，推动相关技术的规模化应用，助力合成氨工业迈向低碳、高效的可持续发展道路。

参考文献：

[1]李帅,李国峰,杨伟强,等.合成氨尾气回收技术制取 LNG 工艺流程优化研究[J].粘接,2024,51(01):121-124.

[2]马英桂.合成氨生产中的废气利用与节能效益[J].中国石油和化工标准与质量,2023,43(02):21-23.

[3]魏绍亮.合成氨生产中的废气利用与节能效益[J].广东化工,2022,49(22):90-91+99.