我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源结构中占据主导地位，广泛应用于发电、钢铁和化工等行业。现阶段，我国已成为全球最大的合成氨生产国。合成氨作为基础化工产品，是“粮食的粮食”和“工业的血液”，其在农业和工业领域的作用至关重要。从原料结构看，煤炭已成为合成氨生产的主要原辅材料，是合成氨生产的气化原料和主要动力来源。截至2024年底，我国合成氨产能达7712万吨/年，其中以煤为原料合成氨产能占比74%。在以煤为原料的生产工艺中，原料煤和燃料煤经气化和燃烧后产生大量的炉渣和灰渣，成为煤制合成氨企业主要的固体废物（以下简称“固废”）来源。以下通过对煤制合成氨气化灰/渣和锅炉炉渣等一般工业固废产生和处理处置现状进行分析，提出“十五五”期间我国煤制合成氨固废“资源化、减量化、无害化”发展的建议。
政策和法规背景
当前，我国生态环境保护工作进入系统治理、协同增效的新阶段，固废管理与减污降碳、产业转型深度融合。展望“十五五”，国家将进一步强化生态文明建设的战略，持续推动固废治理向“减量化、资源化、无害化、高值化”全面升级。在这一宏观背景下，合成氨行业作为支撑粮食安全与基础化工的关键产业，固废的全面资源化利用将成为行业绿色高质量发展的关键一环。
从国家层面看，目前已构建日趋完善的固废治理政策体系。2018年发布的《关于全面加强生态环境保护 坚决打好污染防治攻坚战的意见》，系统部署了“无废城市”建设试点，强调跨领域统筹与产业协同，鼓励形成资源共享、废物互换的循环机制。2020年修订实施的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，进一步强化了政府监管责任，并对化工企业提出了更高要求。为加快推进工业固废源头减量与规模化利用，工业和信息化部、国家发展改革委、生态环境部于2025年9月联合发布《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录（2025年版）》，明确了技术推广的具体方向，为行业提供了清晰发展路径。地方层面也积极跟进，山西、山东、湖南等多地先后出台《固体废物污染防治攻坚行动方案》《工业固体废物资源综合利用评价实施细则》等文件，通过“约束 激励”相结合的模式，推动粉煤灰等大宗固废从“低效、无序处理”向“高效、规模化、高值化利用”转变，形成了上下联动、因地施策的推进格局。从国家战略到地方行动，从法律约束到技术引导，一套覆盖全面、层次分明的固废治理政策体系正在加速形成，为合成氨等行业在“十五五”期间实现绿色转型与高质量发展奠定了坚实的制度基础。
煤制合成氨工业主要现状
1.煤制合成氨生产现状
截至2024年底，我国合成氨产能达7712万吨/年，产量为7320万吨，生产企业有248家。我国的能源结构特点决定了我国合成氨工业生产原料以煤为主。据中国氮肥工业协会统计，2024年我国以煤为原料的合成氨产量5608万吨，占合成氨总量的77%；以烟煤、褐煤为原料新型煤气化产量4663万吨，占总量的64%；以无烟块煤为原料采用固定床气化技术合成氨产量945万吨，占总量的13%，新型煤气化技术已成为合成氨生产的主流工艺。2024年我国合成氨生产原料结构见表1。
2.煤制合成氨产生的主要固废类型
近年来，煤化工发展迅速，为我国经济发展提供了重要保障和支撑，同时也产生了大量的煤基灰/渣，对环境带来持续压力。据统计，我国每年粉煤灰排放约8亿吨，气化渣约3500万吨，然而资源化利用水平整体不高，粉煤灰综合利用率为70%，而气化渣仅30%左右。煤制合成氨行业整体面临灰渣产量大、利用不充分、产品附加值偏低等困境，在“双碳”背景下，大幅提升大宗固废综合利用水平已成为煤化工绿色转型的紧迫任务。
合成氨工业作为煤化工行业及国民经济的关键组成部分，同样是固废产生的重要源头。因此，着力提升煤制合成氨过程中产生的炉渣、气化灰渣等固废的利用率，全面推进行业资源综合利用，对于驱动合成氨乃至整个煤化工行业实现绿色、低碳、高质量发展具有至关重要的战略意义。
煤制合成氨主要固废来源与特征
以煤为原料生产合成氨技术路线主要有固定床常压间歇煤气化技术，水煤浆气化、干煤粉气化等气流床气化技术和纯氧固定床连续气化等新型煤气化技术，不同技术路线在原料、能耗及固废产生特性上存在差异。固定床常压间歇煤气化技术是以无烟块煤为原料，原料煤从气化炉顶部间歇加入，与气化剂（空气）逆向接触生成半水煤气，生产每吨合成氨产生的炉渣约150~300kg，炉渣含碳量约10%~20%。气流床气化技术以粉煤或褐煤为原料，气化剂（氧气与水蒸气）高速喷射进入气化炉，生产每吨合成氨产生的炉渣（粗渣）达50~300kg，炉渣含碳量2%~10%，产生细渣15~80kg，细渣含碳量达10%~30%。以某45万吨/年水煤浆气化合成氨生产装置为例，每年气化工段的气化炉渣产生量约4.6万吨、气化细渣约3.1万吨。由于煤种和气化条件的差异，部分地区气化细渣残碳含量高达50%以上，具有很高的潜在的热量利用价值。
煤制合成氨产生的主要固废的处置利用措施如下。
1.气化炉渣
气化炉渣（粗渣）是煤气化合成氨的主要固废，主要由煤中不可燃的矿物成分在高温下转化、熔融、冷却后形成，主要由si、al、ca的氧化物和残余碳组成，与传统的燃煤锅炉炉渣高度相似。作为煤制合成氨生产的“龙头”工序，煤气化工段有大量的气化粗渣产生。根据《固体废物分类与代码目录》（2024版），气化粗渣代码为252-002-s16，属于一般型的固废。据中国氮肥工业协会统计，截至2024年底，我国煤制合成氨产量达5600万吨以上，全年气化粗渣产生量在1000余万吨，约占煤气化制氨灰/渣产生量的80%。相对于废气和废水的管理，行业对气化渣的管理相对滞后。目前主流的处置方式以填埋和掺烧为主，填埋不仅占用大量的土地、污染环境，而且造成煤炭资源的浪费；而将少量气化渣与燃料煤混合掺烧，能够回收部分热量，但掺烧比例有限制，不宜过高，否则影响锅炉的稳定运行。煤制合成氨行业每年产生大量的气化粗渣，不仅严重影响生态环境，还造成自然资源和热能的大量浪费，因此气化粗渣的高效循环利用有利于煤化工企业的长远发展。
2.气化细渣
气化细渣随合成气从气化炉排出，经除尘系统收集捕获的副产物，颜色在乳白色到灰黑色之间变化，直观反映了含碳量的多少。与气化粗渣相比，细渣的粒径小，吨氨产生的气化细渣量也相对较小，但未反应的碳含量较高，可达到20%甚至更高，具备更高的利用价值。根据《固体废物分类与代码目录》（2024版），气化细渣代码为252-003-s16，属于一般型的固废。气化细渣粒径一般1~50μm，比表面积1500~3600cm2/g，呈多孔球形结构，具有较好的渗透性，综合利用价值较高。目前国内粉煤灰综合利用主要有两个方向：一是建材化利用，生产粉煤灰加气混凝土、粉煤灰混凝土空心砌块、粉煤灰混凝土路面砖、粉煤灰砖等；也可改性利用，通过加热改性、碱改性、酸改性、含a13 或fe2 矿离子的溶液改性等方法，制备吸附材料、多孔材料等，提高其利用水平和附加值。行业实践方面，河南心连心化学工业集团股份有限公司通过化学分离技术等，对气化细渣进行分离处理，经一系列反应后制备白炭黑或速溶硅酸钠，剩余少量的固体残渣用来制备水泥或免烧砖等，实现了对粉煤灰的资源化高效综合利用。初步估算，我国以非无烟块煤为原料合成氨生产，全年气化细渣产生量约250万吨，尽管总量远低于粗渣，但由于其具有较高的残碳含量与特殊的物化性质，蕴含着更显著的资源潜力与经济效益。
3.污水处理系统产生的污泥
煤制合成氨生产企业的污水处理系统一般设置生化、中水回用、浓水回收等过程，产生的污泥经脱水后含水率约80%。目前处置利用途径主要有污泥掺烧、脱水填埋、干化焚烧、堆肥等，其中干化焚烧可实施性较高，企业可利用现有富余蒸汽和锅炉装置对湿污泥进行干化焚烧。在煤气化工段，采用激冷流程的装置会产生大量黑水，生产粗合成气的煤气化装置，混合在水中的灰渣与合成气洗涤塔底部排出的黑水进入渣水系统，经沉降、过滤等处理后形成滤饼，每天产生量约300吨，其含水率约55%以上、固定碳含量30%左右。目前，多数企业选择委托第三方外运处理滤饼，不仅增加成本，也造成了碳资源的浪费。行业内在积极探索更经济的资源化路径。例如，安徽昊源化工集团有限公司将气化滤饼掺烧在循环流化床锅炉中，发挥了循环流化床工艺的特点，提高了滤饼在炉内的停留时间，充分回收滤饼的热量，在实现了固废资源化利用的同时，节约大量燃料煤，为同类型合成氨企业提供了可借鉴的路径。
固废资源化有效利用途径
煤制合成氨企业气化和锅炉产生的细渣、粗渣及污水处理系统的污泥，含有si、al、ca的氧化物和残余碳，具有极高的利用价值。根据残碳量、炉渣尺寸等参数，可通过煤气化炉协同处置，送锅炉掺烧、生产建筑材料和陶瓷等。
1.气化炉协同处置废物
工业生产过程产生的污泥具有一定的热值，例如孙崇礼等人将生化污泥加入水煤浆气化炉进行燃烧处理，在实现对生化污泥的资源化利用的同时不会对装置产生负面影响。王鑫将生化污泥掺混制备水煤浆后高温燃烧处理。浙江凤登环保股份有限公司对固废进行预处理后，与煤（辅料）、添加剂按一定比例通入磨机中共磨制浆，粘度、流动性、ph、浓度等指标符合生产要求；再将其通过高压料浆泵送入气化炉顶部的工艺烧嘴，与空分装置产生的氧气经混合高压雾化，在10m~20mpa压力、1350℃左右温度下，料浆中的有机废物与煤、氧气及水之间发生一系列复杂的气化反应，最终将废物中的有机物转化成为co h2含量在80%左右的合成原料气；经变换、脱硫、脱碳等工艺过程，继而生产高纯氢、脱硫脱硝用氨水、甲醇天然气等大宗化学品及其衍生物，或直接作为清洁燃料使用。
2.用作建筑原材料
煤气化炉渣含碳量较低，或经分选富集处理后满足低残碳要求，首选制砖、砌块等；如果炉渣颗粒足够细，且具有火山灰活性，还可以用于掺制水泥或混凝土。华鲁恒升将气化细渣和粗渣集中处理后用作建筑材料。内蒙古博大实地化学有限公司以粉煤灰和气化渣为原料，石子为骨料，水泥、水洗砂为添加料，生产免烧环保砖，产品符合国家强度标准，可以代替市场上的黏土砖。袁蝴蝶、尹洪峰等利用texaco气化炉渣、石灰石、粘土和铁粉为原料制备硅酸盐水泥熟料，为气化炉渣的综合利用开辟新路径，同时增大了水泥行业的原料选择范围。彭红涛、张帅等以煤气化炉渣和电石渣为主要原料制备了日光温室墙体。
3.送锅炉掺烧
残碳和热值较高，且粒径足够细的煤气化炉渣过滤筛分后可送锅炉掺烧，燃烧后的低碳灰渣可以用于建材建工原料，具有显著的经济效益和环境效益。云南大为制氨有限公司、心连心化学工业集团有限公司将含碳量5%左右的气化粗渣外销水泥厂作为水泥生产原料。周寿祖将固定床造气炉渣与无烟煤屑作为循环流化床锅炉燃料，掺烧60%白煤屑 37%造气炉渣 3%煤矸石，年可节约燃料费用450余万元。
4.其他利用方式
气化渣含有若干微孔，蓄水保水的作用明显。内蒙古博大实地化学有限公司以气化渣、粉煤灰为原料，掺合其他药剂研发出玉米专用复合肥和马铃薯专用复合肥，并进行试验，生产的土豆和玉米作物中所有指标均符合国家标准。赵永彬、吴海骏等以气化渣为主要原料，采用模压成型工艺，低温下烧结制备出多孔陶瓷，孔隙率达49.2%，平均孔径为5.96μm，抗弯强度达到8.96mpa，具有高强度、高通量、成本低的特点。
结语与展望
目前，我国已成为世界最大合成氨生产和消费国，以煤为原料合成氨占比接近75%，在保障粮食安全与下游工业消费的同时，也带来了气化灰/渣、锅炉炉渣等大宗固废的持续产生问题。虽然已形成以填埋、堆存及部分资源化利用为主的路径，但仍面临资源化率偏低、高附加值利用技术缺失等挑战，处于“处置”向“利用”转型的关键阶段。
展望“十五五”，合成氨行业固废处理处置需要逐渐实现末端治理向源头减量与全程资源化深刻转变。一方面，需大力攻关规模化消纳与高值化利用关键技术，如炉渣在绿色建材、土壤改良、元素提取等领域的深度应用；另一方面，完善标准规范与激励机制，进一步规范利用路径，开拓市场应用。最终目标是实现煤制合成氨固废循环资源化利用，既符合合成氨行业绿色低碳转型趋势，也是培育新增长点的重要抓手和实现行业高质量发展的关键。
