利用天然氣的燃燒尾氣制取碳酸鈉

朱建強(qiáng)，李春江

（新疆天業(yè)天能化工有限公司，新疆石河子832012）

利用天然氣的燃燒尾氣制取碳酸鈉

朱建強(qiáng)，李春江

（新疆天業(yè)天能化工有限公司，新疆石河子832012）

介紹了新疆天業(yè)天能化工有限公司利用天然氣的燃燒尾氣制取碳酸鈉的設(shè)計(jì)思路、技術(shù)原理及裝置的運(yùn)行情況。

天然氣；尾氣；氫氧化鈉；碳酸鈉；經(jīng)濟(jì)效益

在工業(yè)中，通常使用天然氣做為加熱源，但由于煙道氣氣量大、CO2分壓低、氣體中含氧等原因，可供選擇的CO2回收技術(shù)很少。從煙道氣中回收二氧化碳的技術(shù)主要有溶劑吸收法、膜分離法和吸附法。目前，國內(nèi)外回收煙道氣中CO2主要采用MEA（一乙醇胺）法，該法具有吸收速度快、吸收能力大及投資少等優(yōu)點(diǎn)，但存在胺降解損耗大、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重和能耗較高等技術(shù)難題。因此,從環(huán)保和碳源利用的角度考慮，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的CO2回收新技術(shù)十分必要。

新疆天業(yè)天能化工有限公司目前已形成120萬t/a聚氯乙烯和82萬t/a離子膜燒堿配套的煤-電-化一體化的產(chǎn)業(yè)化裝置，每年需碳酸鈉8 200 t。該公司根據(jù)發(fā)展需求，結(jié)合碳酸鈉的供應(yīng)市場情況，提出了“利用天然氣燃燒尾氣制取碳酸鈉”項(xiàng)目。做為企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的子項(xiàng)目，利用煙道氣與液堿直接反應(yīng)制取碳酸鈉溶液，用于一次鹽水精制，減少了純堿采購、運(yùn)輸、配制等費(fèi)用和倉儲(chǔ)費(fèi)用，降低了氯堿系統(tǒng)的運(yùn)行成本，對廢物的處置與環(huán)境保護(hù)大有助益，具有積極的社會(huì)環(huán)境效益。

1 工藝技術(shù)原理

1.1 原料組成

（1）天然氣制氫的燃燒尾氣和加熱粒堿熔鹽的燃燒尾氣在溫度為180℃、常壓下的煙道氣組成見表1。

（2）粒堿裝置的落地堿、開車廢堿液，將其配制成12%~15%的堿液做為吸收液。

1.2 技術(shù)原理

利用尾氣中的二氧化碳與氫氧化鈉溶液進(jìn)行如下反應(yīng)。從化學(xué)方程式中可以看出，必須保證反應(yīng)（1）進(jìn)行，抑制反應(yīng)（2）。在生產(chǎn)控制中，必須使NaOH溶液過量，才能得到所需的Na2CO3溶液。同時(shí)，由于以上反應(yīng)為放熱反應(yīng)，必須控制反應(yīng)溫度。通過實(shí)驗(yàn)，確定了反應(yīng)條件，即反應(yīng)溫度為45~50℃；反應(yīng)液中游離堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~1.0%。

2 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)煙道氣的溫度及對反應(yīng)過程溫度的要求，首先利用列管換熱器將煙道氣溫度降至55~60℃，再通過板式換熱器控制反應(yīng)過程的液體溫度為45~50℃，以確保反應(yīng)（1）的正常進(jìn)行。工藝流程簡圖見圖1。

表1 煙道氣的組成

粒堿燃燒爐尾氣或制氫煙道氣經(jīng)過列管換熱器降溫后，利用噴射泵將其抽入碳酸鈉配置槽，通過循環(huán)泵打出與12%~15%廢堿液進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，反應(yīng)溫度由板式換熱器控制，配置槽中循環(huán)反應(yīng)的碳酸鈉溶液經(jīng)檢測合格后，用泵打入一次鹽水貯槽使用。設(shè)備一覽表(按15 t/d碳酸鈉設(shè)計(jì))見表2。

表2 設(shè)備一覽表

3 裝置運(yùn)行情況

目前，新疆天業(yè)有3套碳酸鈉生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力可達(dá)37 t/d，年產(chǎn)量為13 333 t（折百），完全滿足82萬t/a離子膜燒堿的要求（年需8 200 t純堿）。產(chǎn)品碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)15%~20%，滿足一次鹽水戈?duì)柟に噷μ妓徕c溶液濃度的要求。具體如下：

反應(yīng)后產(chǎn)品組成為w（NaOH）=0.5%~0.7%；w（Na2CO3）=15%~20%；w（NaHCO3）=0.04%~0.07%；其他化合物未檢出。產(chǎn)品溫度為45~50℃。

反應(yīng)后的煙道氣組成見表3。

表3 反應(yīng)后的煙道氣組成

從反應(yīng)后的尾氣組成來看，其中的CO2已基本反應(yīng)完全，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

4 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

碳酸鈉(折100%)成本按800元/t計(jì)算，固體純堿的采購費(fèi)用(含運(yùn)費(fèi))為2 000元/t，每年節(jié)約生產(chǎn)成本984萬元。經(jīng)濟(jì)效益顯著的同時(shí)也產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益，吸收CO210.2 t/d，減排CO23 400 t/a，回收廢堿液6 190 t/a(折100%)，收到了廢棄物回收處理與環(huán)境保護(hù)的雙重效益。

此套裝置的成功運(yùn)用，有效降低了氯堿系統(tǒng)的運(yùn)行成本。利用天然氣的燃燒尾氣制碳酸鈉工藝，充分考慮到新疆本地特殊條件和工業(yè)基礎(chǔ)情況，直接利用本企業(yè)的三廢生產(chǎn)需外購的精制劑，為氯堿化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新思路和新方法，而且對于加快新疆本地優(yōu)勢資源的轉(zhuǎn)化有著非常積極的意義，必將極大地促進(jìn)新疆氯堿化工產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。由于該技術(shù)工藝流程簡單、投資小，生產(chǎn)原料均可由氯堿系統(tǒng)供應(yīng)，很適合在氯堿行業(yè)中推廣使用。

Technology of used natural gas combustion exhaust to produce sodium carbonate

ZHU Jian-qiang,LI Chun-jiang
(Xinjiang Tianye Tianneng Chemical Co.Ltd.,Shihezi 832012,China)

The divice which used natural gas combustion exhaust to produce sodium carbonate was introduced,including designing mentality,design principle and operational state.

natural gas;combustion exhaust;caustic soda;sodium carbonate

TQ114.26

B

1009－1785(2011)01-0043-02

2010-11-08