双碳目标下以煤炭为基础的氨合成与清洁利用的未来与挑战

氨作为重要的化工原料,已有一百多年历史,氨化工为改善人类生产生活做出巨大贡献。然而,随着节能环保要求逐渐严格,新时代新发展方向为氨化工带来新挑战。介绍近年来各类氨化工新技术的发展,分别从氨合成、氨燃烧以及氨利用3个方面综述了氨合成及其清洁利用的研究进展。传统Haber-Bosch法合成氨过程会排放大量CO_(2),即便是最先进煤气化或天然气重整制氨工艺,也难以满足双碳目标要求。可再生能源制氢—Haber-Bosch法合成氨是可预见阶段中最有可能规模化应用的绿色合成氨技术。而随着电子技术及各种检测手段飞速发展,化学链、电催化、光催化、等离子体等一批新型合成氨技术备受关注,其摆脱了传统方法高温高压的反应条件,降低了生产过程中污染物排放,为绿色氨合成开辟新道路。与此同时,在碳中和背景下,氨以其储氢量高、理想燃烧产物清洁无污染等特性受到重视。氨通常需借助H_(2)、CH_(4)等燃料进行掺混燃烧或通过催化剂促进燃烧。我国多煤少气,氨与煤混燃也有研究,但其稳定燃烧及产物中NO_(x)控制相对更困难。氨的化学链燃烧具有高燃烧效率、成本低、几乎不产生NO_(x)等优点。此外,近些年氨制氢、氨法碳捕集、氨法脱硫脱硝等化工应用也稳步发展。氨制氢钌基贵金属催化剂产氢效率高,过渡金属催化剂价格低廉,将贵金属和过渡金属的结合也为其发展提供思路;氨法碳捕集技术能有效缓解温室效应,发展较成熟,但仍需优化;氨法脱硫脱硝可选择性降低烟气中SO_(2)、NO_(x),氨/活性炭法、氨/电子束法及氨/脉冲电晕法均有较好发展前景。以上技术的发展进一步拓宽了氨应用领域,为氨化工开辟新方向,未来氨合成与清洁利用研究,还需引入更多可持续发展理念和科技创新,为绿色氨化工注入新的动力。