合成氨的工业生产及污染防治.docx

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+H2OCO2+4H2=CH4+2H2O2 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。2.2 中国综合污染防治管理体系1992年联合国环境与发展大会以后，中国为落实经济、社会、环境可持续发展战略和污染预防政策，出台了一些体现可持续发展战略和污染预防政策的技术管理措施。主要包括最佳实用技术的筛选和发布；污染控制工程管理运营资质认证；工程示范；环保产品认证和技术政策、技术规范的编制等工作。但是，集污染预防政策和最佳污染控制技术为一体，对污染源施行全面控制的管理制度、措施还没有完全形成。主要存在以下问题：(1) 目前中国城市与工业发展迅速，污染物种类繁多，而制订的污染防治技术政策在种类和数量上明显不足，现仍有一些重污染和迅速发展行业没有制定行业污染防治技术政策，导致各级环保部门在环境管理和监督执法中缺乏技术依据，不能为环境管理和有效削减污染物排放提供有利的技术支撑。(2) 当前中国没有系统、科学的污染防治技术政策和达标技术导则，致使多数环评在防治措施和对策上只是简单的给出了污染处理工艺，而没有对该工艺在项目中的合理性、技术先进性进行评价，缺少对污染治理工艺的达标性判断和技术经济判断。(3) 缺乏完整的系统安排使污染防治技术政策编制时效性差。全国环境技术评价、推广、应用等方面不完善、不规范，不能满足当前节能减排、强化治理、稳定达标等工作的迫切要求。3 实现清洁生产的主要途径(1) 改革工艺设备，开发全新工艺流程。在原料规格、生产路线、工艺条件、设备选型和操作控制等方面加以合理改革，创造崭新的工艺和开发全新的流程，提高企业的生产效益和生产效率。(2) 生产原料闭路循环，加强资源综合利用。尽可能地提高原材料的利用效率和资源综合利用水平，同时降低回收利用成本，实现原材料利用效率的最大化。(3) 开展环境审计，分步实施清洁生产。通过清洁生产审计，制定清洁生产和污染控制方案，有的放矢，防止和减少污染的产生。(4) 运用先进的环境管理体系，为企业持续进行清洁生产提供组织和管理保障，系统地推进清洁生产工作的开展。多年来，中国工业生产基本上走的是一条高投入、高消耗的道路，资源耗竭、环境污染己成为十分急迫的问题。唯一的出路是实现污染防治战略的根本转变，从中国的实际情况出发，大力开展技术革新和资源综合利用，加强环境审计，逐步实现清洁生产。中国颁布的清洁生产促进法对清洁生产作了明确的定义：指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者除对人类健康和环境的危害。4总结近年来中国合成氨技术发展很快，可供选择的技术很多。但清洁生产是一个相对的概念，无论企业处于何种生产发展水平，总可以找到比之更清洁的生产方式，在工艺技术优化实施中，各个企业应根据自身的生产工艺特点和规模不同进行技术创新，通过清洁生产的实践，改造落后的生产工艺和设备，注重生产过程中物料的循环利用，降低污染物排放量，加大技术开发和推广应用的力度。清洁生产改造除与生产技术有关外，还和管理水平的高低密不可分，先进的综合污染防治管理体系为企业持续进行清洁生产提供组织和管理保障，系统地推进清洁生产工作的开展。鉴于目前中国综合污染防治管理体系现状，应学习欧盟综合污染防治管理体系的成功经验，形成完整、科学、系统的综合污染防治管理体系，满足环境监管、科技进步和环保产业发展的要求，实现合成氨的清洁生产。总之，合成氨工业应改变传统的高投入、高消耗、高排放、高污染的经济增长方式，走大型化、低能耗、清洁生产、长周期运行的发展道路，实现经济效益和环境效益的统一。参考文献1 蒋德军.合成氨工艺技术的现状及其发展趋势J.现代化工,2005 25(8)：9-16.2 周律.清洁生产M.北京：中国环境科学出版社,2001.3 国内外先进煤气化技术比较J.中国化工信息网,2010.4 王祥云.合成氨气体净化技术进展(上)脱硫技术的进展J.化肥工业,2004：14-22.5 王祥云.合成氨气体净化技术进展(下)脱碳技术的进展J.化肥工业,2004：19-37.6 庞锡涛.改进栲胶法脱硫的一些建议J.气体净化,2007,7( 8)：5759.7 代现跃,刘丽.合成氨原料气净化工艺比较J.云南化工,2008 35( 5)：54-57.8 张维.煤气脱硫的几种方法J.电力环保,2009.9 国昌化工.国内外合成氨原料气精制工艺技术发展J.2006 910 国家环境保护局编.中华人民共和国清洁生产促进法M.北京：中国环境科学出版社,2003.11 赵绘宇.走向循环经济的欧盟环境法论对中国出口战略的影响J .