焙烧炉尾气直接用于碳酸化预分解的探索

王庆娜满永国毛鹏

（1.太原理工大学山西太原030024；2.中国铝业山东分公司山东淄博255052）

焙烧炉尾气直接用于碳酸化预分解的探索

王庆娜1,2满永国2毛鹏2

（1.太原理工大学山西太原030024；2.中国铝业山东分公司山东淄博255052）

论述了某氧化铝厂回收利用氢氧化铝焙烧过程中产生的尾气，作为碳酸化分解铝酸钠溶液初步分解气源，实现废气的综合利用。通过对废气的利用，达到保护环境、降低原燃料消耗、降低生产成本的效果。

焙烧炉尾气CO2碳酸化预分解吸收率

近年来，工业“三废”的处置及综合利用得到越来越多的重视［1］，其中尾气的回收利用具有代表意义。山东某厂始建于1954年，采用传统的烧结法生产氧化铝。随着生产规模的一次次扩大，其用于碳酸化分解的CO2气量需求越来越大，原有石灰炉及气体输送系统满负荷运转刚刚满足目前生产需求，进一步的提产需要更多的气体输送量。而新上石灰炉及气体输送装置资金投入大，建设周期长，CO2气制造成本高。在当前举国上下大力提倡节能减排、资源循环利用的形势下，介于该厂有大量氢氧化铝焙烧产生的尾气直接外排，综合考虑多方面因素，充分利用外排尾气中的CO2气体提上探索性研究日程。笔者作为科研组成员参与了试验方案的制定、试验过程的现场跟踪及数据的分析等，现将试验方案的提出、试验过程进行阐述，并将个人对试验情况的看法与大家进行探讨。

1 生产现状

在传统的烧结法生产氧化铝过程中，分解工序需要的CO2气是由石灰石煅烧得到的，石灰石煅烧得到的产物还有石灰，可以用来配料。在同一套烧结法流程中，如要满足分解所需用的CO2气量，产生的石灰量就会远远多于配料的需求，增加焦炭和矿石的消耗，而且需要为处理多余的石灰而消耗人力、物力等。氢氧化铝焙烧过程中会产生大量的尾气（焙烧炉尾气），经分析其干气中φ（CO2）含量可以达到12.6%。如果通过适当的途径利用氧化铝焙烧炉产生的废气作为碳酸化分解的初分解气源，可以达到保护环境、利用废气资源和降低原燃料消耗、降低氧化铝生产成本的效果。

该厂现有石灰炉7台，满负荷运转所生产的CO2气量仅满足目前的氧化铝年产量需要，即将扩产的形势要求必须考虑新建石灰炉或用其他途径来增加CO2气的生产量。而该厂现有焙烧炉2台，每台炉二次风量约180 000 m3/h。焙烧炉的尾气成分：干气中φ（CO2）为12.6%；湿气中φ（CO2）为8%，φ（H2O）为38%。尾气温度大于150℃。粉尘主要成分为Al2O3、Al(OH)3，其体积质量为60 mg/Nm3（以上数据为某研究院测定结果）。

如果部分引用焙烧炉尾气可以缓解目前该厂CO2气供应紧张的局面，就是将焙烧炉尾气低压输送，作对初分解对流反应气源成功用于碳酸化连续分解，可以减轻石灰炉生产及螺杆压缩机输送CO2气紧张的压力，降低焦耗及合格料消耗，以达到降低氧化铝焦耗和降低成本的目的。

2 项目开展的依据

本项目是基于该厂近50 a丰富的分解生产经验以及该厂在细氢氧化铝提产项目中提高CO2吸收率实验效果的基础上提出的。

（1）建厂以来，该厂的氧化铝生产就采用碳酸化分解法进行氢氧化铝分解，积累了丰富的生产经验，为此项目的实施提供了基本的技术支持。

（2）2004年，该厂在细氢氧化铝提产项目中，进行了新的CO2吸收方式的试验。试验表明对石灰炉产出的CO2气（φ（CO2）为38%）进行减压，物料和气流在对流塔中进行逆向对流交换，CO2的吸收率可以达到75%。通过旋流、抛物两级液固分离，使外排废气速度控制在不大于6 m3/s，可以确保废气的顺畅外排而不带碱。虽然本次使用的系氧化铝焙烧炉尾气，与石灰炉气的成分不尽一致，但其基本原理相同，这就为新的初分解方式奠定了坚实基础。

3 项目流程简述

安装原液泵1台，将分解原液用泵送入焙烧车间新安装的对流塔，在对流塔内与从焙烧炉引出的尾气进行对流（分解原液从塔顶喷入，尾气由对流塔下部进入），二者充分接触，发生初分解反应；初分解液用泵送回碳分原液缓冲槽，等待进入原有的连续碳酸化分解工序。工艺流程简见图1。

图1 工艺流程图

4 样品的采集及测定情况

该试验样品的采集、分析均委托某研究院完成，分析指标包括：尾气CO2的体积分数；吸收塔排出的气体CO2的体积分数；精液NT、Al2O3、Na2CO3的质量分数；初分解液NT、Al2O3、Na2CO3的质量分数。

4.1 测定结果

（1）分解原液碳酸化初分解前后质量浓度测定情况。本次试验共抽取碳酸化初分解前后的分解原液共7组，进行NT、Al2O3、Na2CO3三个成分及其（苛性化系数）αk的对比，结果见表1。

表1 分解原液碳酸化初分解前后成分对比表

从上表1可以看出，经过初分解处理后，分解原液中Na2CO3密度均有所提高，αk有所降低，说明尾气中的CO2已经与溶液中部分游离的苛性碱发生作用，有效降低了溶液稳定性，利于Al（OH）3的析出，尤其是2004年8月20日10:45、14:10的结果表明发生了明显的分解反应。

（2）尾气中二氧化碳气体利用率测定情况。本次试验共抽取进入对流塔前和出对流塔后的气体共12组，进行CO2吸收率的对比，结果见表2。

表2 初分解前后气体成分对比%

从测定结果表2来看，CO2吸收率较高，平均达到79.88%，部分结果吸收率达到95%以上，可能是由于通气口形成结疤造成通气量少所致。如果去除吸收率95%以上的试验结果4个，则本次试验所得的CO2吸收率为71.85%，远高于预期值（40%）。

5 存在的问题

（1）运行过程中，气体吸收塔的切向进气口处结疤严重，几乎堵死，结疤成分为Al(OH)3，其质量分数为95.4%。产业化设计时需要考虑安装必要的清疤装置及碱煮设备。

（2）受资金等条件所限，本次实验废气量、精液量没做计量，不能够进行精细的量化分析。

6 结论

经过初分解处理后，分解原液中Na2CO3浓度均有所提高，αk有所降低，说明尾气中的CO2已经与溶液中部分游离的苛性碱发生作用，有效降低了溶液稳定性，利于Al(OH)3的析出，尤其是8月20日10: 45、14:10的结果表明发生了明显的分解反应。

从分解原液及初分解液成分变化分析，分解前、后的NT、Al2O3浓度没有太大变化，说明废气中的水蒸气不对溶液造成明显的稀释；初分解液的Na2CO3浓度较分解原液有所提高，而αk有不同程度的降低，说明尾气中的CO2已经与溶液中部分游离的苛性碱发生作用，有效降低了溶液稳定性，利于Al(OH)3的析出，尤其是8月20日10:45、14:10的结果表明发生了明显的分解反应。

从通入对流塔前、后的气体成分变化分析，CO2吸收率较高，平均达到79.88%，部分结果吸收率达到95%以上，可能是由于通气口形成结疤造成通气量少所致。如果去除吸收率95%以上的试验结果4个，则本次试验所得的CO2吸收率为71.85%，远高于预期值（40%）。

此方案中CO2气体来源于焙烧炉尾气，不需进行降温、除尘等工序，工艺流程比较短，单位制造成本低，仅为石灰炉所供CO2气体的1/5多一点，不需消耗焦炭、石灰石等原料，制造过程受能源供应的限制较少。做到了废气的循环利用，利于环境保护。

［1］高红武.“三废”处理及综合利用［M］.北京：中国环境科学出版社，2005:69-71.

（编辑：苗运平）

Abstract：This paper discusses the use of an alumina plant recycling of aluminum hydroxide produced during the roasting gas,as the carbonization initial decomposition of sodium aluminate solution gas source,to achieve the comprehensive utilization of waste gas by the exploratory research.Through the use of gas,to protect the environment,reducing the original fuel consumption, lower production costs result.

Key words：roaster exhaust，CO2，carbonation NSP，absorption rate

Exploration of Roaster Exhaust Directly to Pre-carbonation Decomposition

WANG Qingna1,2MAN Yongguo2MAO Peng1
（1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024，China；2.China Shandong Aluminum Company，Zibo 255052，China）

TF806.1

A

2011－01－14

1672-1152（2011）01-0052-03

王庆娜（1974-），女，现在中国铝业山东分公司工作，国时在太原理工大学读在职研究生，主要研究方向：材料工程，工程师。Tel：13884608806，E-mail：kfk_wqn77@sina.com