焦?fàn)t氣制合成氨廢氣綜合利用

司曉鳳

（山西國(guó)控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030024）

引 言

二氧化碳是大氣的一部分，是動(dòng)物呼吸循環(huán)產(chǎn)物，植物光合作用原料，因此其在地球環(huán)境中有重要作用。二氧化碳在工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門也具有廣泛的使用價(jià)值，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界排放到大氣中的二氧化碳量達(dá)到185億t／a～242億t／a，而被利用的年消耗量不足1億t／a［1］，這不僅造成了資源浪費(fèi)，還加劇了溫室效應(yīng)。我國(guó)每年二氧化碳排放量?jī)H次于美國(guó)。二氧化碳減排以及合理利用已經(jīng)成為世界性問題。

合成氨是化肥基礎(chǔ)工業(yè)及傳統(tǒng)煤化工的組成部分，也是化學(xué)工業(yè)重要門類，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。山西華鑫集團(tuán)公司每小時(shí)產(chǎn)出4.5萬(wàn)m3焦?fàn)t煤氣。利用焦?fàn)t氣為原料，生產(chǎn)合成氨、硝基復(fù)合肥。焦?fàn)t氣制合成氨過(guò)程中熱鉀堿脫碳放空產(chǎn)生CO2，對(duì)CO2廢氣進(jìn)行回收處理。

該項(xiàng)目將合成氨脫碳工段裝置排放的廢氣進(jìn)行回收，符合國(guó)家資源綜合利用產(chǎn)業(yè)政策的發(fā)展方向，順應(yīng)了國(guó)家“落實(shí)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境”的基本國(guó)策，符合《應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》的主體精神，“建設(shè)低投入、高產(chǎn)出，低消耗、少排放，能循環(huán)、可持續(xù)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的“十三五”規(guī)劃要求，低碳、環(huán)保，具有很好的社會(huì)效益。

1 建設(shè)規(guī)模及原料規(guī)格、消耗量

1）裝置產(chǎn)能：5萬(wàn)t／a液體二氧化碳

2）裝置年運(yùn)行時(shí)間：8 000h

3）主要原料成分（見表1）

原料CO2氣年用量3.88×107m3，小時(shí)用量4 580m3。

表1 原料氣成分

2 工藝方案選擇及說(shuō)明

2.1 技術(shù)方案的選擇

為了運(yùn)輸和使用方便，生產(chǎn)中一般把二氧化碳制成液體或固體產(chǎn)品。從理論上而言二氧化碳達(dá)到臨界溫度以下（31.04℃），特定壓力下即可液化，壓力越高，其液化溫度越高。但由于不同來(lái)源的二氧化碳原料氣中都會(huì)不同程度地帶有微量烴、醇、醛、苯及有機(jī)硫等對(duì)人體有毒、有害的雜質(zhì)，在二氧化碳液化時(shí)會(huì)或多或少地一起冷凝，從而對(duì)二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響。

二氧化碳的生產(chǎn)，包括二氧化碳?xì)怏w的凈化和液化過(guò)程，不同的液體二氧化碳生產(chǎn)工藝，其本質(zhì)差別就是凈化技術(shù)的不同。常規(guī)有以下幾種生產(chǎn)工藝：1）高壓法：2）低壓深冷法：3）變壓吸附法：4）吸附淺低溫精餾法：5）精脫硫與分級(jí)精餾法；6）催化氧化與精餾組合法。

本項(xiàng)目所用原料氣為焦?fàn)t氣脫碳裝置富含二氧化碳放空尾氣，其CO2含量高，雜質(zhì)組份以水、甲烷、氮?dú)鉃橹鳎⒑形⒘康牧蚧?，本次設(shè)計(jì)采用吸附脫硫、干燥與低溫精餾組合法工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，此法凈化較徹底，生產(chǎn)出的液體二氧化碳產(chǎn)品濃度高（可達(dá)99.95%以上），并且穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)工業(yè)級(jí)液體二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)（GB／T6052－2011）。

2.2 工藝流程及說(shuō)明

本項(xiàng)目采用精脫硫、低溫吸附與精餾組合法工藝，該法可有效脫除氫，一氧化碳、氮?dú)?，配合使用精脫硫及分子篩吸附劑，有針對(duì)性地脫除相關(guān)雜質(zhì)。此法凈化較徹底，生產(chǎn)出的液體二氧化碳產(chǎn)品濃度高（可達(dá)99.95%以上），并且穩(wěn)定。

工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

來(lái)自脫碳裝置的二氧化碳原料氣首先進(jìn)入氣水分離器，分離水分后進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)壓縮增壓至2.5MPa～3.0MPa進(jìn)入精脫硫塔，使精脫硫后的原料氣總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1×10－6，然后，原料氣經(jīng)預(yù)冷器降溫至8℃左右，后去干燥器把原料氣中的水分脫除至＜20×10－6。原料氣經(jīng)干燥后進(jìn)入余冷器回收低溫提純塔，不凝氣及儲(chǔ)罐放空氣經(jīng)預(yù)冷后，進(jìn)入CO2液化器在－25℃進(jìn)行液化；液化后的原料進(jìn)入提純塔進(jìn)行精餾除去氧、氮、氫、甲烷等輕組分，最后進(jìn)入過(guò)冷器得到－25℃、2.3MPa的合格工業(yè)級(jí)液體二氧化碳產(chǎn)品，送入產(chǎn)品儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。

3 綜合利用意義

山西華鑫集團(tuán)公司以自身優(yōu)勢(shì)，利用焦?fàn)t氣制合成氨過(guò)程中熱鉀堿脫碳放空的CO2氣，對(duì)CO2廢氣進(jìn)行回收處理，建設(shè)5萬(wàn)t／a液體二氧化碳裝置項(xiàng)目。綜合利用具有以下意義：

1）加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少溫室效應(yīng)，保護(hù)人類身體健康

通過(guò)對(duì)焦?fàn)t氣制合成氨過(guò)程中脫碳工段的CO2氣體回收，可以減少溫室氣體排放，改善居住地居民生活環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)廢氣綜合利用，變廢為寶。

2）原材料供應(yīng)充裕，運(yùn)輸條件便捷，具有資源綜合利用及循環(huán)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

焦?fàn)t氣制合成氨過(guò)程中排放氣二氧化碳含量高達(dá)98%，脫碳工段可回收的CO2氣源充足，具有投資少、建設(shè)周期短、環(huán)境效率高的總體效果。

3）有廣闊的產(chǎn)品市場(chǎng)前景

隨著CO2市場(chǎng)需求量的迅速發(fā)展，我國(guó)對(duì)工業(yè)級(jí)CO2的需求增量以每年10%～15%的速度增加。同時(shí)，高純度的食品級(jí)二氧化碳也隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升其需求量也在不斷上升，液體二氧化碳是具有一定附加值的產(chǎn)品，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和顯著社會(huì)效益。周邊地區(qū)采煤業(yè)、機(jī)械制造、化工業(yè)發(fā)展迅速，氣體二氧化碳的需求量增長(zhǎng)顯著。特別是周邊相鄰的焦?fàn)t氣制甲醇的的企業(yè)，CO2需求量較大。隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的更新和發(fā)展，CO2的應(yīng)用市場(chǎng)必將得到快速發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目屬資源節(jié)約型、低碳型和環(huán)境友好型項(xiàng)目，將焦?fàn)t氣制合成氨脫碳裝置富含二氧化碳放空尾氣回收二氧化碳，制得工業(yè)級(jí)和食品級(jí)二氧化碳，同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排目的，為降低全球溫室效應(yīng)作出貢獻(xiàn)，符合我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。