利用焦炉烟道气吸氨副产碳酸氢铵新工艺

利用焦炉烟道气吸氨副产碳酸氢铵新工艺探讨摘要：对于利用焦炉烟道气吸氨副产碳铵新工艺进行了探讨。论证了该工艺取代传统硫铵工艺的技术可行性并进行了经济效益分析。指出了新工艺替代硫铵工艺对于焦化企业减排治污以及废弃物的资源化利用的优势，符合可持续发展战略，值得推广应用。关键词：焦炉烟道气

氨回收

硫铵工艺

碳铵工艺中图分类号：

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文章编号：InvestigationofNewProcessbyUsingCokeOvenFlueGastoAbsorbAmmoniaBy-productAmmoniumBicarbonateAbstract:Thenewprocessofusingcokeovenfluegastoabsorbammoniaby-productammoniumbicarbonatewasinvestigatedinthispaper．Thefeasibilityofthisnewtechnologytoreplacethetraditionalammoniumsulfateprocesswasdiscussedtoo，andtheeconomicanalysiswasgiveninthearticle．Thesuperioritiesofthenewtechnologyreplacingtheammoniumsulfateprocesswerealsoindicated，whichwashelpfultoreducetheemissionsandcontrolthepollutionsofcokemakingplant．Itisconsistentwithsustainabledevelopmentstrategyandshouldbewidelyapplied．Keywords：cokeovenfluegas；ammoniacollection；ammoniumsulfateprocess；ammoniumbicarbonateprocess引言我国是焦炭生产、消费和出口大国，以2008年为例，全年焦炭产量32700万t，消费31487万吨，出口1213万t，均居全球首位，产量占世界总产量的59.5%，2009年我国焦炭产能达40400万t[1]。按照保守的计算，我国焦化行业排放的烟道气约4.06×1014m3/a（焦炉煤气COG计）或5.67×1014m3/a（高炉煤气BFC计），折合CO2约5.11×1010t（COG加热焦炉）或2.72×1011t（BFC加热焦炉）[2-3]。长期以来，无论是以COG还是BFC加热的焦炉，这部分废气以放空为主，是焦化厂重要的污染物排放点。对于焦炉烟道气的利用人们多从其余热利用的角度出发，如利用焦炉烟道废气余热进行煤调湿（CMC）炼焦[4-6]；也有人提出使用焦炉烟道废气处理剩余氨水从而实现烟道气脱硫和减少废水排放[7-8]。但所有的研究工作都是从减排和治污的角度考虑，并没有实现这些废弃物的资源化利用。如何将减少这些废弃物的排放并实现其资源化利用变废为宝真正达到炼焦行业的清洁生产的绿色化工理念是目前污染严重的焦化行业追求的最高境界。传统的有着“黑色化学”之称的炼焦行业一直是排污治污的重点和难点，在全世界都重视可持续发展的今天,炼焦业所面临的最大挑战是如何实现碳资源的最大利用和环境无害化。在炼焦过程中除生产出焦炭外,还副产出大量的气体和液体产物，其中烟道气和剩余氨水量是最大的。对煤气中的氨回收国内以硫铵法最多，即利用硫酸吸收煤气以及剩余氨水经蒸氨后的富氨蒸气中的氨来生产硫铵[9]。硫铵的氨回收工艺设备腐蚀严重，成本费用高，而且硫铵产品的市场不好，基本都是亏损经营。而焦炉烟道废气基本直接排入大气，在“节能减排”呼声与日俱增的今天这都是不和谐的。随着科技的发展,实现炼焦业的清洁生产及炼焦副产物的综合利用与无害化处理成为焦化工作者不二的选择。如能利用焦炉烟道废气为碳源，以剩余氨水为氨源生产碳铵作为农用化肥，不但可以有效变废为宝，还能解决长期以来硫铵工艺设备腐蚀、生产运营成本高、产品市场不好等缺点。2.可行性分析以现有保有量和产能最大的JN43型焦炉[10]为例，若年产100万t冶金焦炭，煤气产率按350m3/t干煤，氨含量按10g/m3计[11]，则100万t冶金焦炭/a的焦化厂氨产量为100×104/0.75×350×10×10-3=4.67×106kgNH3/a=4670tNH3/a（0.75为全焦率）加热用COG或BFC组成见表1[2]。表1

焦炉加热用煤气干基组成（V％）煤气种类H2CH4COCmHnCO2N2O2其它焦炉煤气55-6023-275-82-41.5-33-70.3-0.8H2S，HCN等高炉煤气1.5-3.00.2-0.523-27—15-1955-600.2-0.4高炉灰等

当用COG加热时，假定煤气完全燃烧，CmHn按20%苯和80%乙烯计[2]，则＝7％+2.3％+25％+2×0.8×3％+6×0.2×3%=0.427m3/m3干煤气对采用COG加热的焦炉煤气量按120m3/t干煤[3]，则CO2的排量为100×104/0.75×120×0.427=6.83×107m3CO2/a=1.34×108kgCO2/a=13.4万tCO2/a按照合成NH4HCO3反应方程式（1）。CO2+NH3+H2O=NH4HCO3

（1）可知CO2远远过量，理论所需CO2量为12087t/a，生产碳铵量为21702t/a。实际碳铵产量为21702t/a×0.75=16276t/a（0.75为减产系数）。烟道气的采集量为=10%

(折合CO21.34万t/a)式中17为NH3分子量，kg/kmol；44为CO2分子量，kg/kmol；1.10为CO2过量系数。若用BFC加热时，碳铵产量不变，CO2过量更大，焦炉烟道气的采集量约为3.3%。通过分析可见，无论焦炉采用COG还是BFC加热，烟道气中CO2总是过剩的，为了最大程度的回收煤气和剩余氨水中的氨，应使CO2适当过量。另考虑到反应吸收过程的动力学行为，应尽量增加气相中CO2和和液相中氨水的浓度，因此对烟道气应进行加压以增加气相中的CO2分压；对于氨水浓度的增加除对粗煤气进行加压外，由于剩余氨水量大，可达到装炉煤量的14%[12]，浓度仅为0.2-0.25%(wt%)[13]，应将剩余氨水先进行蒸氨提浓后的富氨蒸气加入粗煤气，然后将脱氨富液进行两次蒸馏提浓，先后达18-20%(wt%)和40-80%(wt%)的浓氨水后再进行碳化处理，考虑到传质速率结合纯碱生产食盐氨水的碳酸化工艺[14]拟采用整体逆流工艺流程如图1。3.经济效益分析按100万t冶金焦炭/a产量进行经济效益分析见下表2。表2本工艺与传统硫铵工艺经济效益比较工艺种类总投资(万元)原料费用(元/h)动力费（元/h）污水处理费（元/h）工资（元/h）本工艺1415—5624450硫铵工艺24151324631—33工艺种类管理、折旧、大修等(万元/a)支出(万元/a)收入(万元/a)收益(万元/a)本工铵工艺3001928870-1058

通过两种工艺的经济效益比较可见，采用碳酸氢铵法较之传统的硫铵法每年可获利1091万元，经济效益显著。另外，由于减少了炼焦工序烟道气的排放，社会效益明显，符合减量化、再利用和再循环的3R理念。4.结束语随着人们日益强烈的环保意识的增强，在“谈焦色变”的今天，环境问题无疑是制约炼焦行业发展的瓶颈，如何对污染和废弃物的资源化利用是摆在焦化科技工作者面前的一个难题。本工艺方案的提出是解决目前污染严重的焦化行业的点的突破，它对于传统硫铵工艺污染腐蚀严重、生产运营费用高、产品质量差、附加值低等缺点的改进不可低估，它打破了传统治理的只投入少产出甚至不产出企业不愿投入的尴尬局面，对使用COG加热的焦炉（由于BFC的毒害作用大部分焦化厂使用COG加热）可减排CO21.34万t/a，约占年排放烟道气的10%左右，实现了经济效益和社会效益的双赢，符合可持续发展战略。参考文献：[1]郑文华．我国炼焦化技术进步新动向[R]．辽宁鞍山：2009，06．[2]姚昭章，郑明东．炼焦学（第三版）[M]．北京：冶金工业出版社，2005．[3]王育红，高建伟，严文福等．炼焦耗热量极限值的探讨[J]．煤化工，2004（04）：18-21．[4]王景超，张善元．煤化工技术进展及其产业化现状[J]．现代化工，2004，24（12）：7-12．[5]许铁建，郑瑞宏．节能转筒煤调湿技术的研究及应用[J]．燃料与化工，2005，36（04）：8-9．[6]朱玉廷，康春清，房克朋．济钢焦化厂节能减排、清洁生产的探索与实践[J]．山东冶金，2007，29（05）：9-12．[7]曹汉生．焦化厂剩余氨水预处理新工艺[J]．化工环保，2000，20（04）：55-56．[8]邓斌．利用烟道气处理焦化剩余氨水技术[J]．环境工程，2000，18（03）：17．[9]库咸熙．化产工艺学[M]．北京：冶金工业出版社，1995．[10]于振东，郑