試析合成氨工業(yè)“三廢”處理及排放應(yīng)急技術(shù)

李鑫鑫，許 慶

（1.臨沂市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所有限公司，山東 臨沂 276000；2.臨沂市生態(tài)環(huán)境局沂水縣分局，山東 臨沂 276000）

引言

隨著時代的發(fā)展和進(jìn)步，我國合成氨工業(yè)也在不斷完善和優(yōu)化，相關(guān)技術(shù)手段日漸成熟，我國已經(jīng)成立了大量的合成氨工廠。改革開放后，我國逐漸恢復(fù)老廠，建設(shè)新廠，優(yōu)化設(shè)備設(shè)施，但是與發(fā)達(dá)國家相比，仍處于起步階段，特別是“三廢”處理及排放應(yīng)急技術(shù)。為了避免合成氨工業(yè)對周圍環(huán)境及人體健康造成不良影響，我國相關(guān)研究人員對此進(jìn)行了深入的研究和分析，并取得了一定的成果，合成氨工業(yè)“三廢”處理降低了對環(huán)境的影響，推動合成氨工業(yè)朝著可持續(xù)的方向發(fā)展。

1 合成氨工業(yè)概述

1.1 合成氨反應(yīng)機(jī)理

在合成氨工業(yè)發(fā)展過程中，根據(jù)熱力學(xué)計算可以看出，高溫及高壓可以有效提升合成氨反應(yīng)的有效性及質(zhì)量，但是在實(shí)際進(jìn)行合成氨反應(yīng)的過程中，必不可少的是催化劑，在無催化劑支持下，反應(yīng)的活化能相對較高，因此無法實(shí)現(xiàn)合成氨。針對此情況，在實(shí)際進(jìn)行合成氨反應(yīng)的過程中，相關(guān)人員需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的催化劑，進(jìn)而降低整體合成氨反應(yīng)的活化能，保證整體反應(yīng)質(zhì)量及反應(yīng)效率，進(jìn)而保證合成氨工業(yè)開展的有效性。在實(shí)際進(jìn)行合成氨反應(yīng)的過程中，氮分子會在催化劑表面進(jìn)行吸附，進(jìn)而降低氮原子之間的化學(xué)鍵。但是在實(shí)際應(yīng)用催化劑的過程中可能會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，而這會對合成氨工業(yè)發(fā)展造成嚴(yán)重的不良影響，因此相關(guān)人員需要對其進(jìn)行管理和控制，凈化反應(yīng)物原料，去除原料中的有毒物質(zhì)，但是在此過程中，需要增加設(shè)備，這會提升整體的成本支出[1]。

1.2 合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢

1.2.1 節(jié)能降耗

在實(shí)際合成氨的過程中，其主要成本支出為資源消耗，同時由于受到技術(shù)限制，導(dǎo)致其能耗不斷上升，這與我國“綠色”發(fā)展戰(zhàn)略相悖。針對此情況，相關(guān)企業(yè)需要完善和優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)，并將“三廢”的回收處理以及低能耗工藝的應(yīng)用作為發(fā)展的重要內(nèi)容。對于節(jié)能降耗來說，可以通過研發(fā)高品質(zhì)催化劑、降低氨合成壓力、創(chuàng)新原料氣凈化方法以及降低燃料消耗等方法實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段，相關(guān)研究人員提出了應(yīng)用天然氣合成氨，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，每噸液氨的設(shè)計能耗可以降低約29.3 GJ。

1.2.2 與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)

在合成氨工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳，其可以應(yīng)用于冷凍、飲料行業(yè)及滅火設(shè)備中，而且是生產(chǎn)尿素、純堿及碳酸氫銨的原料。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以將其與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，這樣不僅可以簡化生產(chǎn)流程，也可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，有助于控制成本。例如我國研發(fā)了氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，其具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

2 合成氨工業(yè)“三廢”的來源及特征

2.1 廢液的來源及特征

在合成氨工業(yè)生產(chǎn)的過程中，合成氨反應(yīng)時會產(chǎn)生廢液，廢液可以分為兩種類型，分別是物理性廢液和化學(xué)性廢液。

2.1.1 物理性廢液

物理性廢液主要來源于氨合成、空分以及系統(tǒng)壓縮機(jī)運(yùn)行生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢油，此外間斷排出級間分離器在運(yùn)行過程中也會產(chǎn)生廢液。這部分廢液主要由水、溶解的氨、二氧化碳及汽缸油共同組成，但是調(diào)查研究顯示，這部分廢液即使不經(jīng)過處理直接排水，也不會對周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的不良影響，因此可以忽略不計，因此在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計的過程中通常會忽略此部分，直接進(jìn)行排放。

2.1.2 合成氨生產(chǎn)中的廢水（化學(xué)性廢液）

化學(xué)性廢液來主要是指在合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢液。針對此部分廢液，可以在車間工作流程中增加高、低、低變工藝。在實(shí)際進(jìn)行合成氨生產(chǎn)的過程中，會產(chǎn)生大約80 m3/h的冷凝液，由于冷凝液的成分組成較為復(fù)雜（具體如表1所示），如果不對冷凝液進(jìn)行處理就直接排放，會導(dǎo)致廢水排放不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時也會對周圍的空氣環(huán)境造成一定的不良影響。

表1 冷凝液成分組成

在實(shí)際進(jìn)行合成氨生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生一定的灰塵，通常情況下，也需要對其進(jìn)行處理，但在處理過程中不可避免地也會產(chǎn)生一定量的廢液，處理這些廢液一般會采用濕法除塵的方式，主要以三級濕法除塵為主，即應(yīng)用空心噴淋塔、填料洗滌塔及文丘里水膜除塵器，在此過程中產(chǎn)生的廢水成分如表2所示[2]。

表2 氣化工藝廢水組成成分（mg/L）

2.2 廢氣的來源及特征

現(xiàn)階段，在原料運(yùn)輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生一定的粉塵，也就是廢氣，其主要是因?yàn)槊憾驯砻娴姆蹓m顆粒隨風(fēng)飄散，且在煤炭資源進(jìn)行處理（粉碎、篩分）的過程中（見圖1），也會產(chǎn)生粉塵，形成廢氣。從整體來看，此部分廢氣為無害粉塵，但是也會傷害現(xiàn)場工作人員的呼吸系統(tǒng)，因此也需要對此部分廢氣進(jìn)行處理。除了無害廢氣以外，在實(shí)際進(jìn)行合成氨工業(yè)生產(chǎn)的過程中，也會產(chǎn)生有害廢氣，其主要來自煤氣泄漏以及放散。在實(shí)際操作過程中，在向煤氣爐內(nèi)添加煤時會發(fā)生煤氣泄漏的情況；與此同時，在對煤氣爐進(jìn)行檢查、開爐、放空或放散操作的過程中，也會向大氣環(huán)境中排放一定量的煤氣。除此之外，在冷卻凈化處理過程中，循環(huán)冷卻水沉淀池以及涼水塔周圍也存在一定的有害氣體，并隨著水分的蒸發(fā)附著在水蒸氣上，最終飄散至大氣環(huán)境中，此類有害氣體主要以有害物質(zhì)酚以及氰化物為主。

圖1 煤炭粉碎

2.3 廢渣的來源及特征

在煤炭燃燒過程中，除了會產(chǎn)生粉塵及煤煙外，還會產(chǎn)生廢渣。動力車間及氣化車間在實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)過程中，通常會將煤渣儲存在固定位置，這會對水資源及大氣環(huán)境造成嚴(yán)重影響。同時，在進(jìn)行氣化的過程中，在高溫條件的影響下，煤炭會與氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煤炭中部分有機(jī)物質(zhì)會轉(zhuǎn)化為氣體，而其余無法轉(zhuǎn)化的物質(zhì)則形成灰渣?；以且环N混合物，其主要由不同的金屬氧化物組成，且具有不均勻性的特點(diǎn)。

3 合成氨工業(yè)“三廢”處理及排放應(yīng)急技術(shù)的應(yīng)用

合成氨工業(yè)有不同的生產(chǎn)方式，比如天然氣制氨、重質(zhì)油制氨以及煤制氨等，但是無論是何種方式合成氨，都會在合成的過程中產(chǎn)生廢氣、廢液及廢渣，如果不經(jīng)過處理直接排放，會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，針對此情況，我們需要針對不同的廢棄物進(jìn)行有針對性的處理，進(jìn)而降低其對周圍環(huán)境造成的不良影響。最為重要的是保證環(huán)保，貫徹落實(shí)綠色發(fā)展觀，并積極利用“三廢”處理及排放應(yīng)急技術(shù)，對廢液、廢氣及廢渣進(jìn)行有效處理，最終達(dá)到無公害排放的目的[3]。

3.1 廢液處理

3.1.1 造氣廢液處理

動力車間在生產(chǎn)運(yùn)行過程中也會產(chǎn)生一定量的廢液，針對這些廢液可以通過鍋爐改造的方式進(jìn)行處理。比如將原有的水膜除塵法改為布袋式除塵法，可以從根本上降低水資源內(nèi)灰塵的含量，進(jìn)而達(dá)到處理廢液的目的。而且在應(yīng)用布袋式除塵法進(jìn)行處理的過程中，不僅可以保證廢液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，還可以將收集的粉塵出售，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。造氣過程產(chǎn)生的廢水通常會排放至污水池，經(jīng)過沉淀后，再向污水池內(nèi)添加阻垢劑，對廢水進(jìn)行全面處理，進(jìn)而達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 凈化廢液處理

這部分廢液可以將其作為補(bǔ)水，將其經(jīng)過沉淀、凈化等處理后，輸送至供水濾后水池。在實(shí)際進(jìn)行合成氨生產(chǎn)的過程中，部分工廠會應(yīng)用恩德爐，其可以對廢水進(jìn)行凈化處理，并將其輸送至指定地點(diǎn)，在此過程中會流經(jīng)無法過濾器，其對廢液進(jìn)行過濾處理，完成全部處理之后，才可輸送至供水濾后水池，將其作為電除塵洗滌水。這樣可以在很大程度上節(jié)約水資源，同時也可以保證工廠的經(jīng)濟(jì)效益。此外，冬季來臨時，由于溫度過低，需要對污水處理系統(tǒng)進(jìn)行增溫處理，并進(jìn)行相應(yīng)改造，避免由于水溫過低影響COD指標(biāo)。

3.2 廢氣處理

煤炭資源是主要原料，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，無論是原料的運(yùn)輸，還是煤炭的破碎和篩分都會產(chǎn)生一定的粉塵，此外，上煤系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中也會產(chǎn)生一定的粉塵。針對這些情況，相關(guān)人員在進(jìn)行深入的研究和分析后，提出在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以應(yīng)用小型靜電除塵方法，對產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行處理。為了保證粉塵處理的徹底性，需要在上煤系統(tǒng)的皮帶上部以及煤炭破碎和篩分車間內(nèi)裝置回收系統(tǒng)及靜電除塵系統(tǒng)，這種方式不僅可以從根本上對粉塵進(jìn)行處理，降低粉塵量，同時還可以將回收的粉塵出售，保證工廠的經(jīng)濟(jì)效益。通常情況下，回收的粉塵可以用于流化床鍋爐內(nèi)，將其作為燃料，達(dá)到成本控制的目的[4]。

對于煤炭存放區(qū)域產(chǎn)生的粉塵，可以采用灑水的方式或利用碾壓車對其進(jìn)行壓實(shí)處理，這樣即使是大風(fēng)天氣，也不會造成嚴(yán)重影響，并有效避免煤炭自燃。

3.3 廢渣處理

煤炭在燃燒時會產(chǎn)生一定量的煤渣，此外在煤氣化的過程中也會產(chǎn)生煤渣，此外，在合成氨工業(yè)生產(chǎn)以及鍋爐生產(chǎn)的過程中也會產(chǎn)生大量的煤渣，如果不對其進(jìn)行處理直接堆放，會對生態(tài)環(huán)境造成一定的不良影響，而且也會占用大量的土地資源，同時產(chǎn)生粉塵，影響周圍空氣質(zhì)量。研究顯示，汽化爐產(chǎn)生的煤渣顏色以灰黑色為主，且具有松散性的特點(diǎn)，多以粉塵的形式存在，干基發(fā)熱值為9 000～11 000 kJ/kg；動力車間產(chǎn)生的廢渣主要呈現(xiàn)灰白色，形態(tài)以塊狀為主，其發(fā)熱值為800～1 000 kJ/kg，廢渣具體組成成分如表3所示。

表3 廢渣組成成分（%）

隨著科技的發(fā)展，廢渣處理可以利用粉煤灰制空心燒結(jié)磚技術(shù)。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要原料為粉煤灰，而且隨著技術(shù)的不斷完善和優(yōu)化，其技術(shù)手段更為成熟，也可以為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，因此當(dāng)前大部分企業(yè)會應(yīng)用該技術(shù)對廢渣進(jìn)行處理，而且會將其作為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，這樣不僅能夠達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的，也可以在很大程度上提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保證企業(yè)形象。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段相關(guān)人員針對合成氨工業(yè)的反應(yīng)機(jī)理及發(fā)展趨勢進(jìn)行了相應(yīng)的研究和分析，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際進(jìn)行合成氨工業(yè)生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生一定的廢氣、廢液及廢渣，其不僅對工作人員和周邊居民的身體健康造成了嚴(yán)重的不良影響，也污染了周邊的生態(tài)環(huán)境。針對此情況，我們需要明確在實(shí)際進(jìn)行合成氨工業(yè)生產(chǎn)制造的過程中，廢氣、廢液及廢渣的來源和特征，并以此為基礎(chǔ)，制定有針對性的處理措施。在實(shí)際應(yīng)用過程中，相關(guān)人員還要根據(jù)合成氨工業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況選擇最為有效的方式，提升處理措施的有效性，保證“三廢”處理的質(zhì)量和效率。