循環(huán)流化床氣化爐煤氣脫氨技術(shù)淺析

黃 耀

(貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

0 引 言

近年來(lái)，隨著單線氧化鋁產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，煤氣化技術(shù)的不斷發(fā)展，為進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，用于氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的氫氧化鋁焙燒煤氣供應(yīng)逐漸由原來(lái)的固定床煤氣爐氣化逐步轉(zhuǎn)為循環(huán)流化床煤氣爐氣化，因環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)氫氧化鋁焙燒爐煙氣氮氧化物排放提出了要求，從而對(duì)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(duì)降低煤氣中氨氮含量的技術(shù)進(jìn)行研究。

1 項(xiàng)目建設(shè)的必要性

2015年，某氧化鋁企業(yè)5臺(tái)氫氧化鋁焙燒爐燃料煤氣供應(yīng)由無(wú)煙煤?jiǎn)味螤t改為循環(huán)流化床煤氣爐，采用劣質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)》未對(duì)氫氧化鋁焙燒爐煙氣的氮氧化物排放進(jìn)行要求，2017年6月13日國(guó)家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了GB25465—2010《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等污染物排放標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)氫氧化鋁焙燒爐氮氧化物的達(dá)標(biāo)排放，保證企業(yè)長(zhǎng)周期穩(wěn)定環(huán)保運(yùn)行，有必要建設(shè)氨氮脫除裝置解決焙燒爐煙氣中氮氧化物排放超標(biāo)問(wèn)題。從技術(shù)上有2種思路：①對(duì)焙燒爐煙氣進(jìn)行脫硝處理；②對(duì)焙燒爐燃料煤氣進(jìn)行脫氨處理。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)2種技術(shù)思路比較見(jiàn)表1。

表1 脫硝和脫氨優(yōu)劣對(duì)比

從表1可見(jiàn)，為實(shí)現(xiàn)焙燒爐NOx的達(dá)標(biāo)排放，在煤氣爐處脫氮投資較低，對(duì)生產(chǎn)的影響較小，因此項(xiàng)目選擇對(duì)煤氣進(jìn)行脫氨處理。

2 煤氣脫氨方案的選擇

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，該項(xiàng)目按以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行方案選擇：

1)處理煤氣量：200 000 Nm3/h(濕基)；

2)脫氨裝置進(jìn)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(xiàng)目工藝技術(shù)方案的選擇

該項(xiàng)目技術(shù)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(guò)逆流噴淋接觸，達(dá)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(jià)低，但會(huì)產(chǎn)生污水；間接降溫工藝造價(jià)高，不產(chǎn)生污水；因該項(xiàng)目為環(huán)保項(xiàng)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(gè)設(shè)備及煤氣管道的延長(zhǎng)，系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)增加一定的阻力(經(jīng)計(jì)算增加阻力約2.0～3.0 KPa)，因此為了保證進(jìn)脫硫裝置的煤氣壓力，需要在煤氣降溫后進(jìn)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(fēng)機(jī)即可滿足要求。鼓風(fēng)機(jī)的位置設(shè)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(wú)水氨工藝。

1)水洗氨工藝

該工藝具有工藝簡(jiǎn)單，投資相對(duì)較低。在15年前的焦化廠煤氣凈化中普遍采用，原因是對(duì)煤氣中的氨沒(méi)有過(guò)高的要求，煤氣返回焦?fàn)t燃燒后的煙氣氮氧化物指標(biāo)無(wú)排放要求，洗氨的目的是為了防止脫苯工段的設(shè)備腐蝕。因水洗氨產(chǎn)生廢水量大、蒸氨工藝系統(tǒng)復(fù)雜、氨氣對(duì)環(huán)境的影響等原因，自2005年以后的大型焦?fàn)t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(shù)指標(biāo)、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(duì)復(fù)雜(指氨的回收方面較復(fù)雜)，是采用硫酸吸收煤氣中的氨，將氨和硫酸反應(yīng)生成硫酸銨，通過(guò)控制吸收溫度，實(shí)現(xiàn)自然結(jié)晶。經(jīng)過(guò)離心分離、干燥，變成農(nóng)用化肥硫酸銨。此工藝由于采用耐腐蝕的材料(靜止設(shè)備316L、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備904材質(zhì))，造價(jià)相對(duì)較高。但是脫氨效果非常好，完全能夠滿足技術(shù)指標(biāo)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(wú)水氨工藝

無(wú)水氨工藝最復(fù)雜，并且氨回收是采用1.6 MPa的加壓蒸氨工藝，對(duì)操作技術(shù)要求、設(shè)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(chǎn)出比不合理。該項(xiàng)目煤氣量較大，氨含量相對(duì)較低，每天全部回收氨約2 t，不適合采用無(wú)水氨工藝。

3種工藝技術(shù)對(duì)比見(jiàn)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(shù)路線。

表2 3種脫氨工藝的技術(shù)對(duì)比

3 主要工藝流程

來(lái)自煤氣化車(chē)間煤氣(4.0 KPa，～85℃)首先進(jìn)入煤氣冷卻器將煤氣溫度降至45℃。從冷卻器出來(lái)的煤氣送到新增煤氣鼓風(fēng)機(jī)，煤氣進(jìn)入脫氨塔，與來(lái)自上部噴淋下來(lái)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(jīng)過(guò)脫氨塔頂部?jī)啥纬F器，除去夾帶的酸霧滴后送至脫硫系統(tǒng)煤氣進(jìn)口總管。

吸收氨后的母液反應(yīng)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(jié)晶分離區(qū)，分離硫銨結(jié)晶后的母液，再經(jīng)過(guò)母液循環(huán)泵返回脫氨塔的頂部進(jìn)行下一個(gè)脫氨循環(huán)。

脫氨塔底部硫銨結(jié)晶物不斷生成(晶比達(dá)到一定比例)，結(jié)晶泵將脫氨塔底部結(jié)晶室含有母液的硫銨結(jié)晶物送到結(jié)晶分離槽，在結(jié)晶分離槽內(nèi)進(jìn)行固液分離。含有母液的結(jié)晶物通過(guò)閥門(mén)送到離心機(jī)，在離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行固液分離。經(jīng)過(guò)離心機(jī)洗滌脫水后的硫酸銨經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至振動(dòng)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(jié) 語(yǔ)

綜上所述，項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的目的，該項(xiàng)目也為氧化鋁行業(yè)實(shí)現(xiàn)氫氧化鋁焙燒爐NOx達(dá)標(biāo)排放提供新的技術(shù)思路。