净氨塔尾气CO2的回收与利用

孙中杰，顾元鹏，张世亮，王琳琳，刘东鸿

(山东海化股份有限公司纯碱厂，山东 潍坊 262737)

1 我厂制碱尾气排放的现状分析

纯碱生产根据其工艺特点，主要尾气排放有以下几个方面：滤过真空尾气、高真空尾气、低真空尾气、碳化尾气排放。四种尾气排放的净化方式不同，成分不同。其中我厂120 t/a年生产线精盐水工序采用石灰碳酸氨法，用除钙塔净化碳化尾气，尾气中CO2和NH3的回收率较高；滤过真空尾气因自身工艺特点会吸取大量的空气，因而尾气中组分复杂，回收利用价值低；高真空尾气是淡液蒸馏系统产生的尾气，其中包括二闪闪发气等；低真空尾气是蒸馏与吸收系统的尾气排放，因蒸吸系统处于密闭的负压环境，中间过程无空气的渗入，因而气相组分均为液相组分分解产生，尾气中多为从热母液中蒸出的CO2和NH3，而仅用废淡液的净化方式无法将两者完全去除，因而回收利用价值高。

2 回收措施及实施方案

考虑到净氨尾气中CO2含量高，采用增加一条DN150碳钢管线将低真空尾气与炉气总管连接，将低真空尾气回收至炉气系统。

2.1 第一步改造方案

低真空泵出口出气管线末端改为三通，并安装DN150浆液阀门两只，将低真空尾气出气与炉气总管相连，放空管通过阀门控制关闭。改造完成后进行了查定对比并比较了控制参数的变化。

表1 第一步改造后低真空尾气CO2含量

表2 第一步改造前后控制参数变化

初步改造完成后通过加样对比及参数对比发现了几个问题并分析，一是低真空尾气CO2含量加样波动大，氧气含量变化也比较大，现场考察和与岗位取样人员沟通初步分析是岗位人员为调节低真空压力，通常会采用低真空进口吸空阀门的方式调节，这样务必会造成空气的夹带因而影响尾气成分；二是在保持拉炉气的螺杆转速不变的情况下，螺杆进口压力不变，但是投用尾气回收后，炉气总管压力升高1 kPa，这样会造成煅烧炉炉头压力低等问题。针对此，进行了进一步的优化改造。

2.2 第二步改造方案

2.2.1 改造低真空吸空管线与出口管线，形成内循环

改造前调节低真空压力的常规做法为通过调节吸空口电磁阀阀门开度控制吸入空气的量来调节压力，导致低真空尾气吸入大量的空气造成氧含量偏高，CO2浓度低，气相组分浓度复杂。改造后将低真空泵的吸空管线接入排空管线上，部分排空气体打循环，在调整压力时，吸空口吸入的仍为高浓度的CO2气，这就保证了低真空尾气的CO2浓度。改造完成后又可以调节真空，在开吸空和不开吸空的情况下进行了查定分析。具体工艺流程改造简图1。

图1 工艺流程改造简图

表3 第二步改造后低真空尾气CO2含量

2.2.2 调整工艺参数，保证炉气负压

因为炉气系统有了新气量的补充，若要保持原先的炉头负压及炉气总管负压，在相同的负荷下，流程调整后压缩螺杆进口压力较调整前压力增大1 kPa才能保证炉头负压要求，因此需要提高螺杆转速提高拉炉气螺杆进口压力，经计算单台螺杆转速需600 r/min才能保证真空压力提高1 kPa。

2.3 改造完成后查定

改造完成后，考虑到低真空尾气CO2含量要略低于炉气系统，因此在流程全部改造完成后又对炉气浓度，下段气浓度进行了长时间的跟踪查定。查定结果显示在并入真空尾气后，对炉气浓度影响不大，因查定位置在并入部位前端，但对中段气浓度由一定的影响，实际运行过程中降低下段气浓度2%～3%。

表4 第二步改造前后控制参数变化

表5 改造完成前后炉气浓度与下段气浓度对比值

3 效益分析

流程改造完成后，可回收利用的低真空尾气量约为150 m3/t碱(在未开吸空调整低真空压力的情况下，第三方检测数据)，低真空尾气中CO2含量70%，按120万t生产系统算，年可减少CO2排放量约44/22.4×0.7×150×120=24.75万t。极大减少了生产系统的碳排放量，降低了环保压力。

低真空尾气回收并入炉气系统，可有效地提供CO2的补给，保证三段气量，增加系统的稳定性，充足的气量可以稳定碳化塔工况，同时在后期电石渣化灰项目投用后，还可以适当弥补因石灰石消耗低造成窑气量不足的难点。但是因低真空尾气浓度相对于炉气浓度偏低，在并入后工序中会造成下段气浓度降低约2%～3%，因在日常操作下段气浓度波动范围内，对后工序碳化操作影响较小。

同时，因为气量的增加对螺杆提出了新的要求，单台螺杆转速提高600 r/min，两台螺杆拉炉气负压则单台螺杆转速相应提高300 r/min，这样势必增加了螺杆的负荷，对螺杆能力及日常维护保养要更加严格。

4 存在问题及下一步改进目标

运行一段时间后，总结发现仍然存在部分问题，一是低真空尾气中含氧量较炉气系统高，氧的带入会造成对碳化塔内壁膜的破坏，造成铁高碱，因此需要进一步查定蒸吸系统真空漏点，减少因真空漏点造成系统含氧量的增加；二是低真空尾气中含有浓度约300 mg/L的氨气，净氨塔洗水量的波动及低真空的波动会造成尾气含氨量变化，同时高低真空尾气温度略微低于炉气温度，是否易生成碳酸氢铵结晶，造成压缩机入口管线结疤的隐患需在大修清理过程中验证。诸如此类问题，还需要通过纯碱厂的精细化、精致化工艺管理进一步解决。