焦炉气制合成氨废气综合利用

2019-09-25司晓凤

山西化工 2019年4期

司晓凤

（山西国控环球工程有限公司，山西太原 030024）

引言

二氧化碳是大气的一部分，是动物呼吸循环产物，植物光合作用原料，因此其在地球环境中有重要作用。二氧化碳在工业和国民经济的各部门也具有广泛的使用价值，据统计，全世界排放到大气中的二氧化碳量达到185亿t／a～242亿t／a，而被利用的年消耗量不足1亿t／a［1］，这不仅造成了资源浪费，还加剧了温室效应。我国每年二氧化碳排放量仅次于美国。二氧化碳减排以及合理利用已经成为世界性问题。

合成氨是化肥基础工业及传统煤化工的组成部分，也是化学工业重要门类，在我国国民经济中占有重要地位。山西华鑫集团公司每小时产出4.5万m3焦炉煤气。利用焦炉气为原料，生产合成氨、硝基复合肥。焦炉气制合成氨过程中热钾碱脱碳放空产生CO2，对CO2废气进行回收处理。

该项目将合成氨脱碳工段装置排放的废气进行回收，符合国家资源综合利用产业政策的发展方向，顺应了国家“落实节约资源和保护环境”的基本国策，符合《应对气候变化国家方案》的主体精神，“建设低投入、高产出，低消耗、少排放，能循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会”的“十三五”规划要求，低碳、环保，具有很好的社会效益。

1 建设规模及原料规格、消耗量

1）装置产能：5万t／a液体二氧化碳

2）装置年运行时间：8 000h

3）主要原料成分（见表1）

原料CO2气年用量3.88×107m3，小时用量4 580m3。

表1 原料气成分

2 工艺方案选择及说明

2.1 技术方案的选择

为了运输和使用方便，生产中一般把二氧化碳制成液体或固体产品。从理论上而言二氧化碳达到临界温度以下（31.04℃），特定压力下即可液化，压力越高，其液化温度越高。但由于不同来源的二氧化碳原料气中都会不同程度地带有微量烃、醇、醛、苯及有机硫等对人体有毒、有害的杂质，在二氧化碳液化时会或多或少地一起冷凝，从而对二氧化碳产品质量产生巨大影响。

二氧化碳的生产，包括二氧化碳气体的净化和液化过程，不同的液体二氧化碳生产工艺，其本质差别就是净化技术的不同。常规有以下几种生产工艺：1）高压法：2）低压深冷法：3）变压吸附法：4）吸附浅低温精馏法：5）精脱硫与分级精馏法；6）催化氧化与精馏组合法。

本项目所用原料气为焦炉气脱碳装置富含二氧化碳放空尾气，其CO2含量高，杂质组份以水、甲烷、氮气为主，并含有微量的硫化物，本次设计采用吸附脱硫、干燥与低温精馏组合法工艺进行设计，此法净化较彻底，生产出的液体二氧化碳产品浓度高（可达99.95%以上），并且稳定，各项指标均可达工业级液体二氧化碳标准（GB／T6052－2011）。

2.2 工艺流程及说明

本项目采用精脱硫、低温吸附与精馏组合法工艺，该法可有效脱除氢，一氧化碳、氮气，配合使用精脱硫及分子筛吸附剂，有针对性地脱除相关杂质。此法净化较彻底，生产出的液体二氧化碳产品浓度高（可达99.95%以上），并且稳定。

工艺流程简图见图1。

图1 工艺流程图

来自脱碳装置的二氧化碳原料气首先进入气水分离器，分离水分后进入二氧化碳压缩机压缩增压至2.5MPa～3.0MPa进入精脱硫塔，使精脱硫后的原料气总质量分数小于0.1×10－6，然后，原料气经预冷器降温至8℃左右，后去干燥器把原料气中的水分脱除至＜20×10－6。原料气经干燥后进入余冷器回收低温提纯塔，不凝气及储罐放空气经预冷后，进入CO2液化器在－25℃进行液化；液化后的原料进入提纯塔进行精馏除去氧、氮、氢、甲烷等轻组分，最后进入过冷器得到－25℃、2.3MPa的合格工业级液体二氧化碳产品，送入产品储罐储存。

3 综合利用意义

山西华鑫集团公司以自身优势，利用焦炉气制合成氨过程中热钾碱脱碳放空的CO2气，对CO2废气进行回收处理，建设5万t／a液体二氧化碳装置项目。综合利用具有以下意义：

1）加强环境保护，减少温室效应，保护人类身体健康

通过对焦炉气制合成氨过程中脱碳工段的CO2气体回收，可以减少温室气体排放，改善居住地居民生活环境质量，同时废气综合利用，变废为宝。

2）原材料供应充裕，运输条件便捷，具有资源综合利用及循环经济优势

焦炉气制合成氨过程中排放气二氧化碳含量高达98%，脱碳工段可回收的CO2气源充足，具有投资少、建设周期短、环境效率高的总体效果。

3）有广阔的产品市场前景

随着CO2市场需求量的迅速发展，我国对工业级CO2的需求增量以每年10%～15%的速度增加。同时，高纯度的食品级二氧化碳也随着国内产业的技术提升其需求量也在不断上升，液体二氧化碳是具有一定附加值的产品，具有一定的经济效益和显著社会效益。周边地区采煤业、机械制造、化工业发展迅速，气体二氧化碳的需求量增长显著。特别是周边相邻的焦炉气制甲醇的的企业，CO2需求量较大。随着国内产业的更新和发展，CO2的应用市场必将得到快速发展。