焦爐氣制合成氨廢氣綜合利用

司曉鳳

（山西國控環球工程有限公司，山西 太原 030024）

引 言

二氧化碳是大氣的一部分，是動物呼吸循環產物，植物光合作用原料，因此其在地球環境中有重要作用。二氧化碳在工業和國民經濟的各部門也具有廣泛的使用價值，據統計，全世界排放到大氣中的二氧化碳量達到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，還加劇了溫室效應。我國每年二氧化碳排放量僅次于美國。二氧化碳減排以及合理利用已經成為世界性問題。

合成氨是化肥基礎工業及傳統煤化工的組成部分，也是化學工業重要門類，在我國國民經濟中占有重要地位。山西華鑫集團公司每小時產出4.5萬m3焦爐煤氣。利用焦爐氣為原料，生產合成氨、硝基復合肥。焦爐氣制合成氨過程中熱鉀堿脫碳放空產生CO2，對CO2廢氣進行回收處理。

該項目將合成氨脫碳工段裝置排放的廢氣進行回收，符合國家資源綜合利用產業政策的發展方向，順應了國家“落實節約資源和保護環境”的基本國策，符合《應對氣候變化國家方案》的主體精神，“建設低投入、高產出，低消耗、少排放，能循環、可持續的國民經濟體系和資源節約型、環境友好型社會”的“十三五”規劃要求，低碳、環保，具有很好的社會效益。

1 建設規模及原料規格、消耗量

1）裝置產能：5萬t／a液體二氧化碳

2）裝置年運行時間：8 000h

3）主要原料成分（見表1）

原料CO2氣年用量3.88×107m3，小時用量4 580m3。

表1 原料氣成分

2 工藝方案選擇及說明

2.1 技術方案的選擇

為了運輸和使用方便，生產中一般把二氧化碳制成液體或固體產品。從理論上而言二氧化碳達到臨界溫度以下（31.04℃），特定壓力下即可液化，壓力越高，其液化溫度越高。但由于不同來源的二氧化碳原料氣中都會不同程度地帶有微量烴、醇、醛、苯及有機硫等對人體有毒、有害的雜質，在二氧化碳液化時會或多或少地一起冷凝，從而對二氧化碳產品質量產生巨大影響。

二氧化碳的生產，包括二氧化碳氣體的凈化和液化過程，不同的液體二氧化碳生產工藝，其本質差別就是凈化技術的不同。常規有以下幾種生產工藝：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）精脫硫與分級精餾法；6）催化氧化與精餾組合法。

本項目所用原料氣為焦爐氣脫碳裝置富含二氧化碳放空尾氣，其CO2含量高，雜質組份以水、甲烷、氮氣為主，并含有微量的硫化物，本次設計采用吸附脫硫、干燥與低溫精餾組合法工藝進行設計，此法凈化較徹底，生產出的液體二氧化碳產品濃度高（可達99.95%以上），并且穩定，各項指標均可達工業級液體二氧化碳標準（GB／T6052－2011）。

2.2 工藝流程及說明

本項目采用精脫硫、低溫吸附與精餾組合法工藝，該法可有效脫除氫，一氧化碳、氮氣，配合使用精脫硫及分子篩吸附劑，有針對性地脫除相關雜質。此法凈化較徹底，生產出的液體二氧化碳產品濃度高（可達99.95%以上），并且穩定。

工藝流程簡圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

來自脫碳裝置的二氧化碳原料氣首先進入氣水分離器，分離水分后進入二氧化碳壓縮機壓縮增壓至2.5MPa～3.0MPa進入精脫硫塔，使精脫硫后的原料氣總質量分數小于0.1×10－6，然后，原料氣經預冷器降溫至8℃左右，后去干燥器把原料氣中的水分脫除至＜20×10－6。原料氣經干燥后進入余冷器回收低溫提純塔，不凝氣及儲罐放空氣經預冷后，進入CO2液化器在－25℃進行液化；液化后的原料進入提純塔進行精餾除去氧、氮、氫、甲烷等輕組分，最后進入過冷器得到－25℃、2.3MPa的合格工業級液體二氧化碳產品，送入產品儲罐儲存。

3 綜合利用意義

山西華鑫集團公司以自身優勢，利用焦爐氣制合成氨過程中熱鉀堿脫碳放空的CO2氣，對CO2廢氣進行回收處理，建設5萬t／a液體二氧化碳裝置項目。綜合利用具有以下意義：

1）加強環境保護，減少溫室效應，保護人類身體健康

通過對焦爐氣制合成氨過程中脫碳工段的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境質量，同時廢氣綜合利用，變廢為寶。

2）原材料供應充裕，運輸條件便捷，具有資源綜合利用及循環經濟優勢

焦爐氣制合成氨過程中排放氣二氧化碳含量高達98%，脫碳工段可回收的CO2氣源充足，具有投資少、建設周期短、環境效率高的總體效果。

3）有廣闊的產品市場前景

隨著CO2市場需求量的迅速發展，我國對工業級CO2的需求增量以每年10%～15%的速度增加。同時，高純度的食品級二氧化碳也隨著國內產業的技術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品，具有一定的經濟效益和顯著社會效益。周邊地區采煤業、機械制造、化工業發展迅速，氣體二氧化碳的需求量增長顯著。特別是周邊相鄰的焦爐氣制甲醇的的企業，CO2需求量較大。隨著國內產業的更新和發展，CO2的應用市場必將得到快速發展。

4 結語

本項目屬資源節約型、低碳型和環境友好型項目，將焦爐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，制得工業級和食品級二氧化碳，同時達到節能減排目的，為降低全球溫室效應作出貢獻，符合我國國民經濟和社會的發展，節能減排、發展循環經濟要求，具有較好的經濟效益和社會效益。