废轮胎化学循环气化联产氨技术的经济性评估与可持续能源解决方案

本研究针对全球废轮胎堆积引发的环境健康问题及氢能源储运难题，创新性提出化学循环气化耦合Haber-Bosch工艺的废轮胎制氨技术路线。通过Aspen Plus建模对比传统气化-空分（Case 1）与化学循环集成（Case 2）方案，证实Case 2实现16-17%能效提升、12%成本降低，为废轮胎资源化与绿氢载体氨的协同生产提供技术经济双优解。

　　

每年全球产生的27亿条废轮胎中，约10亿条被直接填埋，这些难以降解的聚合物不仅成为蚊虫滋生的温床，其含有的有毒塑化剂更对生态环境造成长期威胁。与此同时，氢能作为清洁能源载体面临储存运输瓶颈——氢气需在-253°C低温或700大气压高压下液化，而氨（NH₃）作为氢密度达17.6wt%的液态化合物，仅需10大气压即可液化，成为理想的氢能载体。然而传统氨生产依赖化石燃料，亟需开发可持续原料路径。

沙特阿卜杜拉国王石油矿业大学（King Fahd University of Petroleum & Minerals, KFUPM）的研究团队在《Waste Management》发表研究，创新性地将废轮胎气化与化学循环技术结合，构建两种氨生产路径：Case 1采用常规气化+空分装置（ASU）供氮，Case 2通过化学循环实现同步产氮与合成气。关键技术包括Aspen Plus V11流程模拟（采用Peng-Roberson和RKS-BM物性方法）、化学 looping氧载体循环系统设计，以及基于钌/碳（Ru/C）催化剂的低温Haber-Bosch工艺优化。

Impact of feedstock flow rate on NH₃ production
模拟显示废轮胎进料量增加直接提升氨产量，当甲烷协同进料时，化学 looping系统（Case 2）的氨产率较Case 1提升16-17%。这是由于化学 looping反应器的部分氧化步骤强化了合成气生成，同时规避了ASU的能耗损失。

Technical and economic assessment
热力学分析表明Case 2的?效率高出4%，总投资成本降低13.5%。关键突破在于化学 looping实现"一石三鸟"：1）利用金属氧化物氧载体（如Fe₂O₃）还原反应直接生成高纯氮；2）氧化阶段放热驱动气化反应；3）系统集成度提升使氨平准化成本降低12%。

Conclusion
该研究首次证实废轮胎化学循环气化制氨的双重效益：每吨轮胎可产0.38吨氨，同时解决轮胎处置难题。相比生物质原料系统，轮胎的高碳含量（约80wt%）使合成气产率提升22%，为氢经济提供了可规模化的废物-能源转化路径。未来需开展氧载体耐久性测试与万吨级示范装置验证。

这项由KFUPM的Interdisciplinary Research Center for Hydrogen Technologies and Carbon Management（IRC-HTCM）支持的研究，标志着非生物质废聚合物向高值化学品转化的重大突破，其"以废制氢"的理念为循环经济提供了教科书级范例。特别值得注意的是，化学 looping技术在此展现出比传统ASU更优异的系统整合能力，这或许将重塑未来绿氨工厂的工艺路线选择标准。