煤化工企業(yè)尾氣回收利用改造

張佳

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏靈武市 750411）

變壓吸附是目前國內(nèi)普遍采用的氣體提純工藝，是利用吸附劑對氣體的吸附能力隨壓力的變化而變化的特性，加壓吸附原料氣中的某些組分使其分離，減壓下脫除這些組分使吸附劑獲得再生，采用多個(gè)吸附床循環(huán)操作，使氣體分離過程連續(xù)進(jìn)行。但在提高目標(biāo)氣體純度的同時(shí)，排放尾氣中目標(biāo)氣體損耗量較大，對這部分氣體的回收利用顯得至關(guān)重要。通過工藝改造后進(jìn)行回收再利用，很大程度減少了浪費(fèi)，節(jié)約了成本，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的[1-3]。

密閉電石爐生產(chǎn)電石過程中，會副產(chǎn)含有大量CO的電石爐尾氣。由于電石爐氣中硫、磷、氰、焦油以及大量煙塵等雜質(zhì)的存在，影響了電石爐尾氣的利用。目前主要是用于燒石灰，或用于生產(chǎn)甲酸鈉等低附加值化學(xué)品。由于電石爐尾氣中CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)到80%左右，如果將這些氣體回收提純得到可用于生產(chǎn)醋酸的CO，將會進(jìn)一步提高電石爐尾氣的利用價(jià)值[4-5]。

寧夏能化公司建有75萬噸/年電石裝置和80萬噸/年石灰裝置，原設(shè)計(jì)利用電石爐尾氣煅燒石灰。但由于設(shè)計(jì)瓶頸，裝置只能低負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致所產(chǎn)生的電石爐尾氣量無法滿足煅燒石灰需求。為提高石灰窯生產(chǎn)負(fù)荷，將天然氣引入到石灰窯裝置，造成天然氣消耗增加。同時(shí)該公司擁有變壓吸附氫提純裝置2套和CO提純裝置1套，3套裝置所產(chǎn)生的尾氣全部送到火炬焚燒處理，造成資源浪費(fèi)。如果將變壓吸附裝置尾氣用于煅燒石灰，電石爐尾氣提純生產(chǎn)CO，不僅可回收大量化工裝置尾氣，減少環(huán)境污染，節(jié)約天然氣，同時(shí)提高裝置經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 改造方案

1.1 變壓吸附尾氣回收利用改造

醋酸裝置高壓尾氣經(jīng)過變壓吸附提純CO，排放至火炬尾氣與甲醇提純氫氣裝置中變壓吸附尾氣中均含有H2、CO（具體成分見表1），具有一定的熱值，原設(shè)計(jì)兩股尾氣均經(jīng)火炬進(jìn)行燃燒排放，造成能量浪費(fèi)。將醋酸與甲醇變壓吸附尾氣通過管道輸送至乙炔裝置CO氣柜，與電石爐氣混合后用于石灰窯燒石灰。

表1 變壓吸附尾氣成分

實(shí)施變壓吸附尾氣回收利用改造。醋酸裝置高壓吸收尾氣通過變壓吸附后，放空氣體壓力在10～15 kPa，通過增加切斷閥改變尾氣排放流程，通過管道敷設(shè)至CO氣柜前氣體分配器，同時(shí)管道上增加止回閥，防止氣體倒串。由于醋酸裝置變壓吸附放空氣體壓力能滿足送至氣柜的壓力降損失，無需增加風(fēng)機(jī)。甲醇提氫變壓吸附裝置尾氣運(yùn)行壓力為3 kPa，輸送氣體至CO氣柜的壓力至少需要50 kPa，故需在尾氣緩沖罐出口處增加一臺風(fēng)機(jī)將壓力由3 kPa升至50 kPa，通過管道送至氣柜前氣體分配器，與醋酸裝置變壓吸附尾氣混合后，進(jìn)入乙炔裝置CO氣柜。

1.2 電石爐尾氣提純CO改造

電石爐尾氣提純CO主要經(jīng)過預(yù)凈化工序、初脫工序、凈脫工序、CO提純工序等步驟，采用耐硫催化脫氧、變溫吸附、變壓吸附、脫砷脫氟氯、CO精脫氧等技術(shù)，將電石爐尾氣中含有的焦油、粉塵、硫化物、磷化物、砷化物、O2、N2、二氧化碳等多種雜質(zhì)去除，并提純得到滿足羰基合成原料氣指標(biāo)要求的CO產(chǎn)品氣。

電石爐尾氣經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)加壓進(jìn)入預(yù)凈化工序，在吸附劑處理下，脫除電石爐氣中的焦油和粉塵，并脫除部分含硫雜質(zhì)組分。然后進(jìn)入初脫工序，在催化劑作用下，經(jīng)耐硫催化脫氧、一級干法脫硫、一級中溫水解，將電石爐氣中絕大部分的O2、CS2等雜質(zhì)除去；再通過脫酸氣處理，將H2S和CO2等雜質(zhì)除去。經(jīng)過初脫工序凈化處理的電石爐尾氣進(jìn)入精脫工序，在催化劑和吸附劑作用下，經(jīng)二級中溫水解、二級干法脫硫、常溫水解、脫砷脫鹵、加氫脫硫、精脫硫、精脫氧等工段的處理，將電石爐氣中的各項(xiàng)雜質(zhì)脫至工藝要求指標(biāo)之下。然后將凈化后的電石爐尾氣利用變壓吸附技術(shù)，將CO提濃到98%以上，以滿足其作為羰基合成醋酸原料氣的要求。電石爐尾氣提純CO流程示意見圖1。

電石爐尾氣經(jīng)凈化提濃后，得到的產(chǎn)品氣組分為CO約98%（φ），總S低于0.1 mg/m3、氧低于10 μL/L、As低于0.1 mg/m3、P低于0.1 mg/m3，無其他有害雜質(zhì)。

2 節(jié)能效果分析

變壓吸附尾氣回收利用改造前，由于電石爐不能滿負(fù)荷運(yùn)行，電石爐尾氣量無法滿足石灰窯煅燒石灰用量，平均每年需要補(bǔ)充天然氣1 452萬m3，天然氣熱值為35.6 GJ/m3；甲醇提氫變壓吸附尾氣全年產(chǎn)量為3 765萬m3，該股氣體熱值為7.1 GJ/m3，醋酸變壓吸附尾氣全年產(chǎn)量為514萬m3，此氣體熱值為9.0 GJ/m3，故兩股尾氣可以替換天然氣量為：

圖1 電石爐尾氣提純CO流程

（3765×7.1＋514×9.0）/35.6=881（萬m3）天然氣價(jià)格按2元/m3計(jì)算，全年可以節(jié)約1 762萬元。

隨著電石爐瓶頸問題的解決，電石爐逐漸達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)，全年可以產(chǎn)生電石爐尾氣32 250萬m3，除去煅燒石灰所需26 771萬m3，尚有5 479萬m3電石爐尾氣，通過電石爐尾氣提純CO，每年可以產(chǎn)生CO氣3 770萬m3，CO價(jià)格按1.9元/m3計(jì)算，可以產(chǎn)生7 163萬元經(jīng)濟(jì)效益。

通過回收利用變壓吸附尾氣，代替天然氣煅燒石灰，同時(shí)將多余的電石爐尾氣生產(chǎn)CO，全年可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益8 925萬元。

3 結(jié)論

原設(shè)計(jì)電石爐尾氣用于石灰窯煅燒石灰，由于設(shè)計(jì)瓶頸問題，尾氣量無法滿足需求，故補(bǔ)充天然氣來滿足石灰窯生產(chǎn)；同時(shí)該公司醋酸變壓吸附和甲醇提純氫氣變壓吸附裝置尾氣進(jìn)行燃燒排放，造成能源浪費(fèi)。通過回收變壓吸附裝置尾氣，用于石灰窯煅燒石灰，替代部分天然氣，減少了天然氣用量；同時(shí)隨著電石爐負(fù)荷的提升，電石爐尾氣除了可以全部替代天然氣，還有一部分剩余。通過利用電石爐尾氣生產(chǎn)用于羰基法合成醋酸的CO氣體，進(jìn)一步減少了能源浪費(fèi)，提高化工企業(yè)尾氣經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)有利于環(huán)境保護(hù)，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。