焙燒爐尾氣直接用于碳酸化預(yù)分解的探索

王慶娜滿永國毛鵬

（1.太原理工大學(xué)山西太原030024；2.中國鋁業(yè)山東分公司山東淄博255052）

焙燒爐尾氣直接用于碳酸化預(yù)分解的探索

王慶娜1,2滿永國2毛鵬2

（1.太原理工大學(xué)山西太原030024；2.中國鋁業(yè)山東分公司山東淄博255052）

論述了某氧化鋁廠回收利用氫氧化鋁焙燒過程中產(chǎn)生的尾氣，作為碳酸化分解鋁酸鈉溶液初步分解氣源，實(shí)現(xiàn)廢氣的綜合利用。通過對(duì)廢氣的利用，達(dá)到保護(hù)環(huán)境、降低原燃料消耗、降低生產(chǎn)成本的效果。

焙燒爐尾氣CO2碳酸化預(yù)分解吸收率

近年來，工業(yè)“三廢”的處置及綜合利用得到越來越多的重視［1］，其中尾氣的回收利用具有代表意義。山東某廠始建于1954年，采用傳統(tǒng)的燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁。隨著生產(chǎn)規(guī)模的一次次擴(kuò)大，其用于碳酸化分解的CO2氣量需求越來越大，原有石灰爐及氣體輸送系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)剛剛滿足目前生產(chǎn)需求，進(jìn)一步的提產(chǎn)需要更多的氣體輸送量。而新上石灰爐及氣體輸送裝置資金投入大，建設(shè)周期長，CO2氣制造成本高。在當(dāng)前舉國上下大力提倡節(jié)能減排、資源循環(huán)利用的形勢(shì)下，介于該廠有大量氫氧化鋁焙燒產(chǎn)生的尾氣直接外排，綜合考慮多方面因素，充分利用外排尾氣中的CO2氣體提上探索性研究日程。筆者作為科研組成員參與了試驗(yàn)方案的制定、試驗(yàn)過程的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤及數(shù)據(jù)的分析等，現(xiàn)將試驗(yàn)方案的提出、試驗(yàn)過程進(jìn)行闡述，并將個(gè)人對(duì)試驗(yàn)情況的看法與大家進(jìn)行探討。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁過程中，分解工序需要的CO2氣是由石灰石煅燒得到的，石灰石煅燒得到的產(chǎn)物還有石灰，可以用來配料。在同一套燒結(jié)法流程中，如要滿足分解所需用的CO2氣量，產(chǎn)生的石灰量就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于配料的需求，增加焦炭和礦石的消耗，而且需要為處理多余的石灰而消耗人力、物力等。氫氧化鋁焙燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣（焙燒爐尾氣），經(jīng)分析其干氣中φ（CO2）含量可以達(dá)到12.6%。如果通過適當(dāng)?shù)耐緩嚼醚趸X焙燒爐產(chǎn)生的廢氣作為碳酸化分解的初分解氣源，可以達(dá)到保護(hù)環(huán)境、利用廢氣資源和降低原燃料消耗、降低氧化鋁生產(chǎn)成本的效果。

該廠現(xiàn)有石灰爐7臺(tái)，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)所生產(chǎn)的CO2氣量僅滿足目前的氧化鋁年產(chǎn)量需要，即將擴(kuò)產(chǎn)的形勢(shì)要求必須考慮新建石灰爐或用其他途徑來增加CO2氣的生產(chǎn)量。而該廠現(xiàn)有焙燒爐2臺(tái)，每臺(tái)爐二次風(fēng)量約180 000 m3/h。焙燒爐的尾氣成分：干氣中φ（CO2）為12.6%；濕氣中φ（CO2）為8%，φ（H2O）為38%。尾氣溫度大于150℃。粉塵主要成分為Al2O3、Al(OH)3，其體積質(zhì)量為60 mg/Nm3（以上數(shù)據(jù)為某研究院測(cè)定結(jié)果）。

如果部分引用焙燒爐尾氣可以緩解目前該廠CO2氣供應(yīng)緊張的局面，就是將焙燒爐尾氣低壓輸送，作對(duì)初分解對(duì)流反應(yīng)氣源成功用于碳酸化連續(xù)分解，可以減輕石灰爐生產(chǎn)及螺桿壓縮機(jī)輸送CO2氣緊張的壓力，降低焦耗及合格料消耗，以達(dá)到降低氧化鋁焦耗和降低成本的目的。

2 項(xiàng)目開展的依據(jù)

本項(xiàng)目是基于該廠近50 a豐富的分解生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及該廠在細(xì)氫氧化鋁提產(chǎn)項(xiàng)目中提高CO2吸收率實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上提出的。

（1）建廠以來，該廠的氧化鋁生產(chǎn)就采用碳酸化分解法進(jìn)行氫氧化鋁分解，積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為此項(xiàng)目的實(shí)施提供了基本的技術(shù)支持。

（2）2004年，該廠在細(xì)氫氧化鋁提產(chǎn)項(xiàng)目中，進(jìn)行了新的CO2吸收方式的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明對(duì)石灰爐產(chǎn)出的CO2氣（φ（CO2）為38%）進(jìn)行減壓，物料和氣流在對(duì)流塔中進(jìn)行逆向?qū)α鹘粨Q，CO2的吸收率可以達(dá)到75%。通過旋流、拋物兩級(jí)液固分離，使外排廢氣速度控制在不大于6 m3/s，可以確保廢氣的順暢外排而不帶堿。雖然本次使用的系氧化鋁焙燒爐尾氣，與石灰爐氣的成分不盡一致，但其基本原理相同，這就為新的初分解方式奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 項(xiàng)目流程簡述

安裝原液泵1臺(tái)，將分解原液用泵送入焙燒車間新安裝的對(duì)流塔，在對(duì)流塔內(nèi)與從焙燒爐引出的尾氣進(jìn)行對(duì)流（分解原液從塔頂噴入，尾氣由對(duì)流塔下部進(jìn)入），二者充分接觸，發(fā)生初分解反應(yīng)；初分解液用泵送回碳分原液緩沖槽，等待進(jìn)入原有的連續(xù)碳酸化分解工序。工藝流程簡見圖1。

圖1 工藝流程圖

4 樣品的采集及測(cè)定情況

該試驗(yàn)樣品的采集、分析均委托某研究院完成，分析指標(biāo)包括：尾氣CO2的體積分?jǐn)?shù)；吸收塔排出的氣體CO2的體積分?jǐn)?shù)；精液NT、Al2O3、Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；初分解液NT、Al2O3、Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

4.1 測(cè)定結(jié)果

（1）分解原液碳酸化初分解前后質(zhì)量濃度測(cè)定情況。本次試驗(yàn)共抽取碳酸化初分解前后的分解原液共7組，進(jìn)行NT、Al2O3、Na2CO3三個(gè)成分及其（苛性化系數(shù)）αk的對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 分解原液碳酸化初分解前后成分對(duì)比表

從上表1可以看出，經(jīng)過初分解處理后，分解原液中Na2CO3密度均有所提高，αk有所降低，說明尾氣中的CO2已經(jīng)與溶液中部分游離的苛性堿發(fā)生作用，有效降低了溶液穩(wěn)定性，利于Al（OH）3的析出，尤其是2004年8月20日10:45、14:10的結(jié)果表明發(fā)生了明顯的分解反應(yīng)。

（2）尾氣中二氧化碳?xì)怏w利用率測(cè)定情況。本次試驗(yàn)共抽取進(jìn)入對(duì)流塔前和出對(duì)流塔后的氣體共12組，進(jìn)行CO2吸收率的對(duì)比，結(jié)果見表2。

表2 初分解前后氣體成分對(duì)比%

從測(cè)定結(jié)果表2來看，CO2吸收率較高，平均達(dá)到79.88%，部分結(jié)果吸收率達(dá)到95%以上，可能是由于通氣口形成結(jié)疤造成通氣量少所致。如果去除吸收率95%以上的試驗(yàn)結(jié)果4個(gè)，則本次試驗(yàn)所得的CO2吸收率為71.85%，遠(yuǎn)高于預(yù)期值（40%）。

5 存在的問題

（1）運(yùn)行過程中，氣體吸收塔的切向進(jìn)氣口處結(jié)疤嚴(yán)重，幾乎堵死，結(jié)疤成分為Al(OH)3，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.4%。產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮安裝必要的清疤裝置及堿煮設(shè)備。

（2）受資金等條件所限，本次實(shí)驗(yàn)廢氣量、精液量沒做計(jì)量，不能夠進(jìn)行精細(xì)的量化分析。

6 結(jié)論

經(jīng)過初分解處理后，分解原液中Na2CO3濃度均有所提高，αk有所降低，說明尾氣中的CO2已經(jīng)與溶液中部分游離的苛性堿發(fā)生作用，有效降低了溶液穩(wěn)定性，利于Al(OH)3的析出，尤其是8月20日10: 45、14:10的結(jié)果表明發(fā)生了明顯的分解反應(yīng)。

從分解原液及初分解液成分變化分析，分解前、后的NT、Al2O3濃度沒有太大變化，說明廢氣中的水蒸氣不對(duì)溶液造成明顯的稀釋；初分解液的Na2CO3濃度較分解原液有所提高，而αk有不同程度的降低，說明尾氣中的CO2已經(jīng)與溶液中部分游離的苛性堿發(fā)生作用，有效降低了溶液穩(wěn)定性，利于Al(OH)3的析出，尤其是8月20日10:45、14:10的結(jié)果表明發(fā)生了明顯的分解反應(yīng)。

從通入對(duì)流塔前、后的氣體成分變化分析，CO2吸收率較高，平均達(dá)到79.88%，部分結(jié)果吸收率達(dá)到95%以上，可能是由于通氣口形成結(jié)疤造成通氣量少所致。如果去除吸收率95%以上的試驗(yàn)結(jié)果4個(gè)，則本次試驗(yàn)所得的CO2吸收率為71.85%，遠(yuǎn)高于預(yù)期值（40%）。

此方案中CO2氣體來源于焙燒爐尾氣，不需進(jìn)行降溫、除塵等工序，工藝流程比較短，單位制造成本低，僅為石灰爐所供CO2氣體的1/5多一點(diǎn)，不需消耗焦炭、石灰石等原料，制造過程受能源供應(yīng)的限制較少。做到了廢氣的循環(huán)利用，利于環(huán)境保護(hù)。

［1］高紅武.“三廢”處理及綜合利用［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005:69-71.

（編輯：苗運(yùn)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

王慶娜（1974-），女，現(xiàn)在中國鋁業(yè)山東分公司工作，國時(shí)在太原理工大學(xué)讀在職研究生，主要研究方向：材料工程，工程師。Tel：13884608806，E-mail：kfk_wqn77@sina.com