什么是绿氨？

能源转型迈向脱碳模式，面临着一项既重要又复杂的挑战：在仅靠绿氢存在技术和经济局限的应用领域，找到能够替代化石燃料的清洁能源载体。远洋航运、季节性发电、重工业以及可再生能源的洲际出口，都需要一种能量密度高、便于运输且与现有基础设施兼容的燃料。

绿氨（NH₃）已成为最具前景的解决方案之一。绿氨以可再生氢和大气中的氮为原料生产，其能量密度远高于液氢，全球运输和储存网络业已存在，且整个价值链的碳足迹几乎为零。

然而，从实验室走向工业装置，需要坚实的技术支撑。TECNIUM是西班牙耐腐蚀流体输送及废气处理设备制造商，自1957年起深耕这一领域，为绿氨的生产、储存和使用提供关键设备：玻璃钢（FRP）储罐，PP、PVDF和PVC材质的耐腐蚀塑料泵，以及用于NH₃排放控制的废气洗涤和生物过滤系统。

本指南将介绍绿氨是什么、如何生产、作为未来燃料有哪些应用，以及实现其规模化应用必不可少的工业技术。

绿氨是什么？为何被称为未来燃料

氨（NH₃）并非新发现。自1913年弗里茨·哈伯和卡尔·博施开发出催化合成工艺以来，工业界便开始大规模生产氨；一个世纪后，该工艺仍主导着市场。新颖之处在于，将可再生能源电解与传统哈伯-博施工艺相结合，实现了无CO₂排放的氨生产。

灰氨、蓝氨与绿氨：主要区别

并非所有的氨都一样。工业界根据氨的来源、碳强度及生产技术对NH₃进行分类：

• 灰氨：传统产品。以天然气经蒸汽甲烷重整（SMR）制得的氢为原料生产，每吨NH₃约排放1.6～1.8吨CO₂。目前占全球氨产量的90%以上。
• 蓝氨：采用与灰氨相同的技术，但配套碳捕集与封存（CCS）。可将碳足迹降低60～90%，但需依赖附近适合注入CO₂的地质储层。
• 绿氨：完全以可再生氢（利用太阳能、风能或水电电解水制得）和大气中的氮为原料生产。其碳足迹几乎为零，仅来自建造装置所用的材料。绿氨是唯一完全符合欧盟2050年气候中和目标的方案。

绿氨生产：从水到燃料

绿氨生产以创新方式集成了三项成熟技术：

• 电解水：PEM、碱性或固体氧化物电解槽利用100%可再生电力将H₂O分解为氢气和氧气。进水纯度至关重要——工艺通常以极高品质的除盐水或海水淡化水为起点。
• 空气分离：空分装置（ASU）通过深冷精馏或选择性膜从空气中提取纯氮。
• 哈伯-博施合成：氢气和氮气在150～300 bar压力、400～500 °C温度下经铁催化剂反应，生成可直接储存的液氨。

绿氨装置是占地数百公顷的大型设施，集光伏或风电场、海水淡化装置（位于沿海时）、电解槽、空分装置和哈伯-博施反应器于一体。每个子系统都需要专用的泵送、储存和流体处理设备，其中许多设备在腐蚀性工况下运行，需要采用先进的耐腐蚀材料。

绿氨作为燃料和能源载体的应用

绿氨将在四大市场中发挥关键作用：

• 船用燃料：国际海事组织（IMO）的目标是到2050年将航运业温室气体排放削减50%。以燃料油+氨为燃料的大型双燃料发动机已在试验中，马士基、雅苒、MAN和瓦锡兰正在主导相关商业项目。
• 洲际氢载体：将H₂以氨的形式从产地（澳大利亚、智利、摩洛哥、中东）运往消费地（欧洲、日本、韩国），比以液氢形式运输更经济。到达目的地后，NH₃可裂解还原为H₂，也可直接使用。
• 火电厂掺烧：日本和韩国正在改造燃煤电厂，掺烧绿氨，作为逐步脱碳的措施。
• 脱碳化肥工业：氨的传统用途——生产尿素、硝酸盐、硫酸铵——仍将延续，但其碳平衡与现今截然不同。

工业规模处理绿氨的技术挑战

与氢不同，氨是一种工业界已有一个多世纪处理经验的化合物。尽管如此，其腐蚀性、毒性和危险性要求在产业链的每个环节都采用专用设备。这正是TECNIUM解决方案的用武之地。

氨的特性及其对工业设备的挑战

无论是无水氨（NH₃）还是氨水溶液（NH₄OH），氨都具有若干影响工业设备设计的特性：

• 高毒性：TLV-TWA限值为25 ppm，IDLH为300 ppm。任何泄漏都会对操作人员和周边环境构成直接风险。
• 选择性腐蚀：会侵蚀铜及铜合金、锌以及大多数镀锌钢。在潮湿条件下还会侵蚀碳钢。
• 中等可燃性：NH₃在空气中的爆炸极限为15%～28%，点火能量较高。其危险性不及氢气，但在许多区域仍需进行ATEX防爆分区。
• 刺激性气味：浓度达5 ppm即可察觉，远低于毒性阈值——这是一种天然的早期预警信号，但也是必须控制无组织排放、避免扰民的原因。

这些特性对接触氨的设备提出了严格要求：材质兼容、绝对密封、冗余密封以及专用的排气收集与处理系统。先进热塑性材料——PP、PE、PVDF、PVC和玻璃钢（FRP）——以及特种合金（哈氏合金、钛）是目前的首选材料。

绿氨储存：玻璃钢储罐及技术解决方案

氨主要以两种形式储存：低温或加压状态下的无水氨，或以水稀释的水溶液（氢氧化铵）。绿氨装置根据工艺阶段结合使用这两种方式：

• 低温无水NH₃储存：在-33 °C下储存于由专用钢材制成的大型球罐或保温储罐中。此用途的首选材料不是玻璃钢，而是低温钢及合金。
• 水溶液储存：广泛用于化学药剂罐区、SCR脱硝加药系统、化肥厂及水处理设施。此时玻璃钢储罐是最普遍的解决方案：兼具优异的耐化学性、大容量和极低的维护成本。

TECNIUM制造用于氨溶液的玻璃钢及热塑性塑料储罐，标准容积从500升至200,000升，提供立式（DPO、DPT）、卧式（DCS、DCH）及定制设计等多种配置。储罐按照EN 13121、BS 4994、ASME RTP-1、ASTM D3299及AD Merkblatt标准进行设计和计算，并可配备保温及温度维持系统，如电伴热、浸入式加热器或内置盘管。

泵送与输送：耐腐蚀氨用泵

在装置内部输送氨溶液是一项关键操作。传统钢制或铸铁泵在短时间内就会出现腐蚀和泄漏。相比之下，实心热塑性塑料泵具有全面的耐化学性，使用寿命可达数年。

TECNIUM耐腐蚀塑料泵产品系列包括多个适用于输送NH₃及含氨溶液的系列：

• BN系列（ISO 2858）：卧式化工流程泵，流量最大1,500 m³/h，扬程最高120 m。材质：PP、PVDF、PVC、PE、E-CTFE。是药剂罐区输送和加药的标准之选。
• BKM磁力泵系列：绝对密封，无机械密封。特别推荐用于ATEX防爆区域内的无水氨或高浓度溶液，此类场合不允许任何泄漏。
• BT系列立式液下泵：非常适合从围堰集液池或储罐中抽吸，无需灌泵。

在典型工艺温度下（PP最高90 °C，PVDF最高120 °C），PP和PVDF与氨水完全化学兼容；而且由于不存在电偶，消除了钢材在此类工况下遭受的电化学腐蚀。

排放控制、价值链与常见问题

每座绿氨装置——以及每一个使用NH₃的工业过程——都会产生必须处理的无组织排放和点源排放，之后方可排入大气。这正是TECNIUM废气洗涤与生物过滤技术的用武之地。

NH₃排放处理：洗涤塔与生物过滤

氨极易溶于水，因此便于捕集和处理。最常用的技术包括：

• 酸洗塔：NH₃被吸收进硫酸、磷酸或其他酸的水溶液中，生成可作为化肥资源化利用的硫酸铵或磷酸铵。这是中高浓度工况下最常见的方案。
• 洗涤塔+生物滤池组合：对于存在浓度峰值的装置，将前段酸洗与后段生物滤池精处理相结合，总体去除效率可达99%，排放远低于限值，满足第2010/75/EU号指令（IED，工业排放指令）及行业BREF（最佳可行技术参考文件）的要求。

TECNIUM设计、制造并安装完整的交钥匙系统：玻璃钢洗涤塔、可堆叠集装箱式模块化生物滤池、防腐风机以及所有相关配件。其业绩涵盖化肥厂、污水处理厂、粪污处理厂和火电厂。

TECNIUM在绿氨价值链中的角色

一座完全一体化的绿氨装置包含数十个技术子系统。TECNIUM为其中多个子系统提供专用解决方案：

• 进水处理：用于电解的海水淡化和除盐。TECNIUM为自来水厂和海水淡化厂的药剂罐区提供耐腐蚀泵和玻璃钢储罐。
• 药剂及氨溶液储存：用于储存稀氨水、烧碱、硫酸及其他工艺辅助化学品的玻璃钢和热塑性塑料储罐。
• 泵送与加药：实心热塑性塑料泵（PP、PVDF、PVC），用于在装置各环节输送和投加NH₃及其副产品。
• 废气排放处理：酸洗塔、生物滤池、生物滴滤塔及防腐风机，用于捕集和中和大气中的NH₃。
• 一体化化肥厂：化肥行业是绿氨的主要去向之一，也是TECNIUM历来拥有大量业绩的领域，曾为国际客户及Foster、Técnicas Reunidas、Ondeo Degremont、Lurgi和Toyo等工程公司提供装置。

绿氨常见问题

如果您的项目涉及绿氨的输送、储存或排放处理，TECNIUM技术团队可帮助您为每个子系统确定最佳解决方案：泵、储罐、废气洗涤或生物过滤。获取免费报价，由一家在腐蚀性流体输送和工业废气处理领域拥有70余年经验的制造商为您提供个性化建议。