循環(huán)流化床氣化爐煤氣脫氨技術淺析

黃 耀

(貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

近年來，隨著單線氧化鋁產能的不斷擴大，煤氣化技術的不斷發(fā)展，為進一步降低生產成本，提高企業(yè)競爭力，用于氧化鋁生產過程中的氫氧化鋁焙燒煤氣供應逐漸由原來的固定床煤氣爐氣化逐步轉為循環(huán)流化床煤氣爐氣化，因環(huán)保標準的提高，對氫氧化鋁焙燒爐煙氣氮氧化物排放提出了要求，從而對焙燒爐的燃料煤氣中氨氮含量也提出了要求。該文以某氧化鋁企業(yè)循環(huán)流化床煤氣爐為例，對降低煤氣中氨氮含量的技術進行研究。

1 項目建設的必要性

2015年，某氧化鋁企業(yè)5臺氫氧化鋁焙燒爐燃料煤氣供應由無煙煤單段爐改為循環(huán)流化床煤氣爐，采用劣質褐煤原料。煤氣爐改造前，氫氧化鋁焙燒爐的NOfx排放量≤100 mg/Nm3，煤氣爐改造后，氧化鋁焙燒爐的NOx排放量300～450 mg/Nm3之間，GB25465—2010《鋁工業(yè)污染物排放標準》未對氫氧化鋁焙燒爐煙氣的氮氧化物排放進行要求，2017年6月13日國家環(huán)境保護部發(fā)布了GB25465—2010《鋁工業(yè)污染物排放標準》等污染物排放標準修改單，其中明確規(guī)定氧化鋁廠的氫氧化鋁焙燒爐氮氧化物特別排放限值為100 mg/Nm3。2017年頒布修改單以后，排放不能滿足修改單的要求，為了實現氫氧化鋁焙燒爐氮氧化物的達標排放，保證企業(yè)長周期穩(wěn)定環(huán)保運行，有必要建設氨氮脫除裝置解決焙燒爐煙氣中氮氧化物排放超標問題。從技術上有2種思路：①對焙燒爐煙氣進行脫硝處理；②對焙燒爐燃料煤氣進行脫氨處理。結合現場實際對2種技術思路比較見表1。

表1 脫硝和脫氨優(yōu)劣對比

從表1可見，為實現焙燒爐NOx的達標排放，在煤氣爐處脫氮投資較低，對生產的影響較小，因此項目選擇對煤氣進行脫氨處理。

2 煤氣脫氨方案的選擇

2.1 基礎數據

經現場調研，該項目按以下基礎數據進行方案選擇：

1)處理煤氣量：200 000 Nm3/h(濕基)；

2)脫氨裝置進口煤氣壓力：3.0～4.0 KPa(表壓)；

3)氣化系統(tǒng)出口煤氣溫度：～85℃；

5)冷卻器后煤氣溫度：≦45℃；

6)脫氨前煤氣中NH3含量：500～600 mg/Nm3；

7)脫氨后煤氣中NH3含量：≤20 mg/Nm3。

2.2 脫氨改造項目工藝技術方案的選擇

該項目技術方案包括煤氣冷卻、煤氣增壓、煤氣中氨脫除及回收、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

2.2.1 煤氣降溫工藝的選擇

為降低煤氣中含水量，為后續(xù)煤氣脫氨創(chuàng)造條件，需要降低煤氣溫度，煤氣的降溫有直接降溫和間接降溫工藝，直接降溫工藝是將煤氣與冷卻水通過逆流噴淋接觸，達到降低煤氣溫度的目的。間接降溫工藝是采用橫管或者列管換熱器，煤氣走殼程，冷卻水走管程，煤氣與冷卻水間接熱交換，降低煤氣溫度。直接降溫工藝造價低，但會產生污水；間接降溫工藝造價高，不產生污水；因該項目為環(huán)保項目，因此選擇煤氣間接降溫工藝。

2.2.2 煤氣增壓工藝選擇

由于裝置新增煤氣冷卻器、煤氣脫氨塔2個設備及煤氣管道的延長，系統(tǒng)勢必會增加一定的阻力(經計算增加阻力約2.0～3.0 KPa)，因此為了保證進脫硫裝置的煤氣壓力，需要在煤氣降溫后進行加壓。

由于脫氨改造裝置系統(tǒng)阻力較小，煤氣增壓采用離心鼓風機即可滿足要求。鼓風機的位置設置在橫管冷卻器后，脫氨塔前。

2.2.3 氨脫除及回收工藝選擇

目前，煤氣中氨脫除及回收有3種工藝：水洗氨工藝、硫銨工藝和無水氨工藝。

1)水洗氨工藝

該工藝具有工藝簡單，投資相對較低。在15年前的焦化廠煤氣凈化中普遍采用，原因是對煤氣中的氨沒有過高的要求，煤氣返回焦爐燃燒后的煙氣氮氧化物指標無排放要求，洗氨的目的是為了防止脫苯工段的設備腐蝕。因水洗氨產生廢水量大、蒸氨工藝系統(tǒng)復雜、氨氣對環(huán)境的影響等原因，自2005年以后的大型焦爐的建成及煤氣深加工的需要，焦化企業(yè)逐步廢除了水洗氨工藝。所以從技術指標、環(huán)保和能耗各方面考慮，不建議采用此工藝。

2)硫銨工藝

該工藝相對復雜(指氨的回收方面較復雜)，是采用硫酸吸收煤氣中的氨，將氨和硫酸反應生成硫酸銨，通過控制吸收溫度，實現自然結晶。經過離心分離、干燥，變成農用化肥硫酸銨。此工藝由于采用耐腐蝕的材料(靜止設備316L、運轉設備904材質)，造價相對較高。但是脫氨效果非常好，完全能夠滿足技術指標要求。目前焦化、制藥等行業(yè)大量采用此工藝，硫銨工藝以后煤氣中氨含量<20 mg/Nm3。

3)無水氨工藝

無水氨工藝最復雜，并且氨回收是采用1.6 MPa的加壓蒸氨工藝，對操作技術要求、設備及控制系統(tǒng)要求較高。比較適合高濃度氨的回收，否則裝置投入產出比不合理。該項目煤氣量較大，氨含量相對較低，每天全部回收氨約2 t，不適合采用無水氨工藝。

3種工藝技術對比見表2。

綜上分析，煤氣冷卻采用橫管間接冷卻工藝、脫氨采用硫銨工藝是最適合的工藝技術路線。

表2 3種脫氨工藝的技術對比

3 主要工藝流程

來自煤氣化車間煤氣(4.0 KPa，～85℃)首先進入煤氣冷卻器將煤氣溫度降至45℃。從冷卻器出來的煤氣送到新增煤氣鼓風機，煤氣進入脫氨塔，與來自上部噴淋下來的循環(huán)硫銨母液逆流接觸，煤氣中的氨被硫銨母液中的硫酸吸收。吸收氨后的煤氣(氨含量<20 mg)經過脫氨塔頂部兩段除霧器，除去夾帶的酸霧滴后送至脫硫系統(tǒng)煤氣進口總管。

吸收氨后的母液反應生成含有硫酸銨溶液，硫酸銨溶液自流到脫氨塔底部的硫銨結晶分離區(qū)，分離硫銨結晶后的母液，再經過母液循環(huán)泵返回脫氨塔的頂部進行下一個脫氨循環(huán)。

脫氨塔底部硫銨結晶物不斷生成(晶比達到一定比例)，結晶泵將脫氨塔底部結晶室含有母液的硫銨結晶物送到結晶分離槽，在結晶分離槽內進行固液分離。含有母液的結晶物通過閥門送到離心機，在離心機內進行固液分離。經過離心機洗滌脫水后的硫酸銨經螺旋輸送機輸送至振動流化床干燥器干燥后入硫銨貯斗貯存、稱重、包裝即可外售。

4 結 語

綜上所述，項目建成后，由于煤氣中氨含量<20 mg/Nm3，大大降低了焙燒爐煙氣氮氧化物含量，實現了環(huán)保達標排放的目的，該項目也為氧化鋁行業(yè)實現氫氧化鋁焙燒爐NOx達標排放提供新的技術思路。