发展绿氨产业，推动可持续发展

氨是氮和氢的化合物，在现代社会的诸多日常应用中起着重要的作用。其中以服务粮食生产的氮肥最为重要，氮肥能促进农作物生长，大幅提高产量，解决全球范围内不断增长的人口的粮食问题。

除了农业，氨也在工业领域内广泛使用，包括：

• 化工生产，是塑料、纤维、染料、炸药等多种产品的生产原料。
• 医药制造，是多种活性药用成分的生产原料，用于控制过程的pH值。
• 暖通空调行业，氨的热传导性能优秀，常用作制冷剂。
• 食品行业，用作添加剂和防腐剂。
• 水处理过程，使用氯胺净化水质，实现有机物消毒。
• 清洁产品生产，氨具有脱脂和消毒功效，是许多家用清洁剂的主要成分。
• 纺织品制造，应用在织品的整理过程中，提高了织物的平滑度和染料柔软性。

许多行业都视氨为宝贵的化学品，但传统的制氨方法会污染环境，鼓励人们探索更环保的替代生产方法。

Haber-Bosch工艺是合成氨的主要方式，在催化剂的作用下，氮气与氢气在高温高压条件下结合。

包含下列工序：

• 提取氮气：使用空分装置，通过空气液化蒸发提取大气中的氮气（N₂）。也可以采用变压吸附技术，使用专用吸附材料针对性捕集氮气分子。
• 制氢：氢气（H₂）通常由蒸汽甲烷重整或自热重整制取得到。
• 合成氨： 提纯净化后的氮气和氢气在高压（> 200 atm/2,940 psi）、高温（> 450 °C/842 °F）、催化剂（通常为铁系催化剂）的作用下合成氨气（NH₃）。
• 冷却氨气、以及剩余的氢气和氮气：离开反应器的气体为高温气体，超过450°C/842°F，经由换热器冷却，换热器相当于余热锅炉。过程产生过热蒸汽，为后续发电装置提供能量。
• 分离氨气：冷却混合气体，使其温度降至-40°C (-40°F)附近，氨气发生冷凝，由于氨气沸点较高，可以从剩余氮气和氢气中分离出来。剩余气体回流至工艺过程中，继续进行化学反应。

全过程化学反应方程式为：N₂ + 3H₂ ↔ 2NH3

Haber-Bosch合成氨工艺为能量密集型过程，同时伴随有棕氢、黑氢和灰氢制取过程，会产生温室气体（GHG）排放。由于生产过程会污染环境，促使人们更加青睐使用可持续能源制取的绿氢，同时利用可再生能源为氮气生产提供能源。

制取氢气，用于合成氨生产，过程产生的碳排放约占全球排放总量的1.8%，相当于整个航空业的二氧化碳排放量。 为了减小环境影响，人们提出了“绿色合成氨”概念，利用可再生能源发电，通过净零工艺提取氨气，大幅减少合成氨生产过程中的碳足迹。

绿色合成氨生产的原材料非常简单：空气、水，以及可再生能源供给。

使用空分装置，采用低温蒸馏法或变压吸附技术提取大气中的氮气。低温蒸馏法的工作原理是将空气冷却到极低温度，利用气体具有不同的沸点的特性分离出气体组分，包括合成氨所需的氮气。也可以采用变压吸附技术，利用专用吸附材料针对性捕集氮气分子。

绿色合成氨的主要标志是使用绿氢，绿氢是利用可再生能源发电，通过电解水制取的氢气，全过程零碳排放。需要将水分子分解成氢气和氧气，得到合成氨的原料氢气，并将无害氧气释放至空气中。电解水主要使用碱性电解槽（经过验证的成熟技术）或质子交换膜（PEM）电解槽，后者的效率更高、反应时间更短，但成本较高。
在随后的Haber-Bosch工艺中，氮气和氢气发生化学反应，合成氨，但过程的碳排放会减少。全过程需要使用可再生能源发电，这种方式生产得到的氨气才能称之为“绿氨”。

氨裂解工艺也可以将氨分解成氢气和氮气，但过程需要耗费大量能源，在600°C/1,112°F高温、催化剂作用下进行。氨气比纯净氢气更易处置和大规模储存，因此部分由氢气需求的应用场合也会采用这一工艺。

同许多低碳生产过程一样，扩大绿色合成氨的生产规模也需要解决基础设施不足、生产成本高昂的难题。首先，虽然可再生能源行业发展迅猛，但尚不能达到传统电厂并网发电和储电水平，无法满足工业生产和大众日用消费需求。制取绿氢的电解槽同样需要大力投资，方可扩大生产规模。

随着可持续技术的成熟进步，规模经济的成效日益显著，绿色合成氨的生产成本将越来越具有竞争力。近年来，可再生能源的成本逐步降低，且还将持续走低，绿氢和氮气将更具经济性。

氨气还被视为零碳能源载体，在部分应用场合中甚至可以直接燃烧 - 有助于解决太阳能、风能等间歇性能源的固有问题。此外，氨具有高能量密度，人们探索其作为航空和长途运输等传统重碳应用领域的燃料的潜能。

抛开自身价值，氨是危险化学品，必须小心谨慎处置。一旦氨气浓度达到0.5%，就会造成生命危险。氨气是强腐蚀性的有毒气体，在生产、运输和使用过程中必须遵守严格的安全操作规范。

穿戴标准个人防护设备，进行全面员工安全培训，还需安装泄漏检测系统，在出现意外安全漏洞时减轻危害。这些系统内部安装有电化学气体检测器、压力变送器，以及其他先进的安全检测仪表和部件。

此外，空分装置用于提取空气中氮气，服务后续合成氨生产，装置上需要安装气体纯度分析仪（比如TDLAS气体分析仪）和监测过程的压力传感器。在电解水过程中，安装电导率传感器监测电解质的纯度，保证电解槽性能优秀，具有长使用寿命，安装流量计，调控氢气和氧气占比。

合成氨回路也需要安装大量测量仪表，包括温度传感器、压力变送器和气体分析仪，帮助用户优化反应条件，保证产品质量。仪表连续输出过程测量值，方便实时实施控制和进行历史数据分析，在保障工作人员安全的同时优化工艺流程，提高生产效率。

氨分解过程需要借助质量流量计精准测量输气量，优化反应速率，需要安装热电偶进行高精度温度测量，还需要使用气体分析仪测定成品氢气的组分，保证纯度达标。

对于众多工业生产过程，氨的价值优势明显，但往往被消费者忽略，绿氨的推广普及仍困难重重。可再生能源和电解水基础设施仍然数量不足，投资成本高昂。氨属于危险物质，安全运输和储存氨气都需要谨慎行事，尽管既定方法已经非常成熟。

绿氨的突出优点是合成氨生产不再依赖化石燃料，减少了温室气体排放。政府和行业开始关注绿氨，利益相关者正战略性将其纳入可持续发展计划。它帮助化肥行业，以及其他重度依赖氨的生产过程减少碳足迹。

全球都力争在本世纪中叶实现净零排放，持续创新研发生产和利用技术才能有力推动绿氨应用。