凈氨塔尾氣CO2的回收與利用

孫中杰，顧元鵬，張世亮，王琳琳，劉東鴻

(山東海化股份有限公司純堿廠，山東 濰坊 262737)

1 我廠制堿尾氣排放的現(xiàn)狀分析

純堿生產(chǎn)根據(jù)其工藝特點(diǎn)，主要尾氣排放有以下幾個(gè)方面：濾過真空尾氣、高真空尾氣、低真空尾氣、碳化尾氣排放。四種尾氣排放的凈化方式不同，成分不同。其中我廠120 t/a年生產(chǎn)線精鹽水工序采用石灰碳酸氨法，用除鈣塔凈化碳化尾氣，尾氣中CO2和NH3的回收率較高；濾過真空尾氣因自身工藝特點(diǎn)會(huì)吸取大量的空氣，因而尾氣中組分復(fù)雜，回收利用價(jià)值低；高真空尾氣是淡液蒸餾系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣，其中包括二閃閃發(fā)氣等；低真空尾氣是蒸餾與吸收系統(tǒng)的尾氣排放，因蒸吸系統(tǒng)處于密閉的負(fù)壓環(huán)境，中間過程無空氣的滲入，因而氣相組分均為液相組分分解產(chǎn)生，尾氣中多為從熱母液中蒸出的CO2和NH3，而僅用廢淡液的凈化方式無法將兩者完全去除，因而回收利用價(jià)值高。

2 回收措施及實(shí)施方案

考慮到凈氨尾氣中CO2含量高，采用增加一條DN150碳鋼管線將低真空尾氣與爐氣總管連接，將低真空尾氣回收至爐氣系統(tǒng)。

2.1 第一步改造方案

低真空泵出口出氣管線末端改為三通，并安裝DN150漿液閥門兩只，將低真空尾氣出氣與爐氣總管相連，放空管通過閥門控制關(guān)閉。改造完成后進(jìn)行了查定對(duì)比并比較了控制參數(shù)的變化。

表1 第一步改造后低真空尾氣CO2含量

表2 第一步改造前后控制參數(shù)變化

初步改造完成后通過加樣對(duì)比及參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)問題并分析，一是低真空尾氣CO2含量加樣波動(dòng)大，氧氣含量變化也比較大，現(xiàn)場(chǎng)考察和與崗位取樣人員溝通初步分析是崗位人員為調(diào)節(jié)低真空壓力，通常會(huì)采用低真空進(jìn)口吸空閥門的方式調(diào)節(jié)，這樣務(wù)必會(huì)造成空氣的夾帶因而影響尾氣成分；二是在保持拉爐氣的螺桿轉(zhuǎn)速不變的情況下，螺桿進(jìn)口壓力不變，但是投用尾氣回收后，爐氣總管壓力升高1 kPa，這樣會(huì)造成煅燒爐爐頭壓力低等問題。針對(duì)此，進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化改造。

2.2 第二步改造方案

2.2.1 改造低真空吸空管線與出口管線，形成內(nèi)循環(huán)

改造前調(diào)節(jié)低真空壓力的常規(guī)做法為通過調(diào)節(jié)吸空口電磁閥閥門開度控制吸入空氣的量來調(diào)節(jié)壓力，導(dǎo)致低真空尾氣吸入大量的空氣造成氧含量偏高，CO2濃度低，氣相組分濃度復(fù)雜。改造后將低真空泵的吸空管線接入排空管線上，部分排空氣體打循環(huán)，在調(diào)整壓力時(shí)，吸空口吸入的仍為高濃度的CO2氣，這就保證了低真空尾氣的CO2濃度。改造完成后又可以調(diào)節(jié)真空，在開吸空和不開吸空的情況下進(jìn)行了查定分析。具體工藝流程改造簡(jiǎn)圖1。

圖1 工藝流程改造簡(jiǎn)圖

表3 第二步改造后低真空尾氣CO2含量

2.2.2 調(diào)整工藝參數(shù)，保證爐氣負(fù)壓

因?yàn)闋t氣系統(tǒng)有了新氣量的補(bǔ)充，若要保持原先的爐頭負(fù)壓及爐氣總管負(fù)壓，在相同的負(fù)荷下，流程調(diào)整后壓縮螺桿進(jìn)口壓力較調(diào)整前壓力增大1 kPa才能保證爐頭負(fù)壓要求，因此需要提高螺桿轉(zhuǎn)速提高拉爐氣螺桿進(jìn)口壓力，經(jīng)計(jì)算單臺(tái)螺桿轉(zhuǎn)速需600 r/min才能保證真空壓力提高1 kPa。

2.3 改造完成后查定

改造完成后，考慮到低真空尾氣CO2含量要略低于爐氣系統(tǒng)，因此在流程全部改造完成后又對(duì)爐氣濃度，下段氣濃度進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤查定。查定結(jié)果顯示在并入真空尾氣后，對(duì)爐氣濃度影響不大，因查定位置在并入部位前端，但對(duì)中段氣濃度由一定的影響，實(shí)際運(yùn)行過程中降低下段氣濃度2%～3%。

表4 第二步改造前后控制參數(shù)變化

表5 改造完成前后爐氣濃度與下段氣濃度對(duì)比值

3 效益分析

流程改造完成后，可回收利用的低真空尾氣量約為150 m3/t堿(在未開吸空調(diào)整低真空壓力的情況下，第三方檢測(cè)數(shù)據(jù))，低真空尾氣中CO2含量70%，按120萬t生產(chǎn)系統(tǒng)算，年可減少CO2排放量約44/22.4×0.7×150×120=24.75萬t。極大減少了生產(chǎn)系統(tǒng)的碳排放量，降低了環(huán)保壓力。

低真空尾氣回收并入爐氣系統(tǒng)，可有效地提供CO2的補(bǔ)給，保證三段氣量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，充足的氣量可以穩(wěn)定碳化塔工況，同時(shí)在后期電石渣化灰項(xiàng)目投用后，還可以適當(dāng)彌補(bǔ)因石灰石消耗低造成窯氣量不足的難點(diǎn)。但是因低真空尾氣濃度相對(duì)于爐氣濃度偏低，在并入后工序中會(huì)造成下段氣濃度降低約2%～3%，因在日常操作下段氣濃度波動(dòng)范圍內(nèi)，對(duì)后工序碳化操作影響較小。

同時(shí)，因?yàn)闅饬康脑黾訉?duì)螺桿提出了新的要求，單臺(tái)螺桿轉(zhuǎn)速提高600 r/min，兩臺(tái)螺桿拉爐氣負(fù)壓則單臺(tái)螺桿轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高300 r/min，這樣勢(shì)必增加了螺桿的負(fù)荷，對(duì)螺桿能力及日常維護(hù)保養(yǎng)要更加嚴(yán)格。

4 存在問題及下一步改進(jìn)目標(biāo)

運(yùn)行一段時(shí)間后，總結(jié)發(fā)現(xiàn)仍然存在部分問題，一是低真空尾氣中含氧量較爐氣系統(tǒng)高，氧的帶入會(huì)造成對(duì)碳化塔內(nèi)壁膜的破壞，造成鐵高堿，因此需要進(jìn)一步查定蒸吸系統(tǒng)真空漏點(diǎn)，減少因真空漏點(diǎn)造成系統(tǒng)含氧量的增加；二是低真空尾氣中含有濃度約300 mg/L的氨氣，凈氨塔洗水量的波動(dòng)及低真空的波動(dòng)會(huì)造成尾氣含氨量變化，同時(shí)高低真空尾氣溫度略微低于爐氣溫度，是否易生成碳酸氫銨結(jié)晶，造成壓縮機(jī)入口管線結(jié)疤的隱患需在大修清理過程中驗(yàn)證。諸如此類問題，還需要通過純堿廠的精細(xì)化、精致化工藝管理進(jìn)一步解決。