煤化工企業尾氣回收利用改造

張佳

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏靈武市 750411）

變壓吸附是目前國內普遍采用的氣體提純工藝，是利用吸附劑對氣體的吸附能力隨壓力的變化而變化的特性，加壓吸附原料氣中的某些組分使其分離，減壓下脫除這些組分使吸附劑獲得再生，采用多個吸附床循環操作，使氣體分離過程連續進行。但在提高目標氣體純度的同時，排放尾氣中目標氣體損耗量較大，對這部分氣體的回收利用顯得至關重要。通過工藝改造后進行回收再利用，很大程度減少了浪費，節約了成本，達到了節能降耗的目的[1-3]。

密閉電石爐生產電石過程中，會副產含有大量CO的電石爐尾氣。由于電石爐氣中硫、磷、氰、焦油以及大量煙塵等雜質的存在，影響了電石爐尾氣的利用。目前主要是用于燒石灰，或用于生產甲酸鈉等低附加值化學品。由于電石爐尾氣中CO體積分數達到80%左右，如果將這些氣體回收提純得到可用于生產醋酸的CO，將會進一步提高電石爐尾氣的利用價值[4-5]。

寧夏能化公司建有75萬噸/年電石裝置和80萬噸/年石灰裝置，原設計利用電石爐尾氣煅燒石灰。但由于設計瓶頸，裝置只能低負荷運行，導致所產生的電石爐尾氣量無法滿足煅燒石灰需求。為提高石灰窯生產負荷，將天然氣引入到石灰窯裝置，造成天然氣消耗增加。同時該公司擁有變壓吸附氫提純裝置2套和CO提純裝置1套，3套裝置所產生的尾氣全部送到火炬焚燒處理，造成資源浪費。如果將變壓吸附裝置尾氣用于煅燒石灰，電石爐尾氣提純生產CO，不僅可回收大量化工裝置尾氣，減少環境污染，節約天然氣，同時提高裝置經濟效益，達到節能降耗的目的。

1 改造方案

1.1 變壓吸附尾氣回收利用改造

醋酸裝置高壓尾氣經過變壓吸附提純CO，排放至火炬尾氣與甲醇提純氫氣裝置中變壓吸附尾氣中均含有H2、CO（具體成分見表1），具有一定的熱值，原設計兩股尾氣均經火炬進行燃燒排放，造成能量浪費。將醋酸與甲醇變壓吸附尾氣通過管道輸送至乙炔裝置CO氣柜，與電石爐氣混合后用于石灰窯燒石灰。

表1 變壓吸附尾氣成分

實施變壓吸附尾氣回收利用改造。醋酸裝置高壓吸收尾氣通過變壓吸附后，放空氣體壓力在10～15 kPa，通過增加切斷閥改變尾氣排放流程，通過管道敷設至CO氣柜前氣體分配器，同時管道上增加止回閥，防止氣體倒串。由于醋酸裝置變壓吸附放空氣體壓力能滿足送至氣柜的壓力降損失，無需增加風機。甲醇提氫變壓吸附裝置尾氣運行壓力為3 kPa，輸送氣體至CO氣柜的壓力至少需要50 kPa，故需在尾氣緩沖罐出口處增加一臺風機將壓力由3 kPa升至50 kPa，通過管道送至氣柜前氣體分配器，與醋酸裝置變壓吸附尾氣混合后，進入乙炔裝置CO氣柜。

1.2 電石爐尾氣提純CO改造

電石爐尾氣提純CO主要經過預凈化工序、初脫工序、凈脫工序、CO提純工序等步驟，采用耐硫催化脫氧、變溫吸附、變壓吸附、脫砷脫氟氯、CO精脫氧等技術，將電石爐尾氣中含有的焦油、粉塵、硫化物、磷化物、砷化物、O2、N2、二氧化碳等多種雜質去除，并提純得到滿足羰基合成原料氣指標要求的CO產品氣。

電石爐尾氣經過鼓風機加壓進入預凈化工序，在吸附劑處理下，脫除電石爐氣中的焦油和粉塵，并脫除部分含硫雜質組分。然后進入初脫工序，在催化劑作用下，經耐硫催化脫氧、一級干法脫硫、一級中溫水解，將電石爐氣中絕大部分的O2、CS2等雜質除去；再通過脫酸氣處理，將H2S和CO2等雜質除去。經過初脫工序凈化處理的電石爐尾氣進入精脫工序，在催化劑和吸附劑作用下，經二級中溫水解、二級干法脫硫、常溫水解、脫砷脫鹵、加氫脫硫、精脫硫、精脫氧等工段的處理，將電石爐氣中的各項雜質脫至工藝要求指標之下。然后將凈化后的電石爐尾氣利用變壓吸附技術，將CO提濃到98%以上，以滿足其作為羰基合成醋酸原料氣的要求。電石爐尾氣提純CO流程示意見圖1。

電石爐尾氣經凈化提濃后，得到的產品氣組分為CO約98%（φ），總S低于0.1 mg/m3、氧低于10 μL/L、As低于0.1 mg/m3、P低于0.1 mg/m3，無其他有害雜質。

2 節能效果分析

變壓吸附尾氣回收利用改造前，由于電石爐不能滿負荷運行，電石爐尾氣量無法滿足石灰窯煅燒石灰用量，平均每年需要補充天然氣1 452萬m3，天然氣熱值為35.6 GJ/m3；甲醇提氫變壓吸附尾氣全年產量為3 765萬m3，該股氣體熱值為7.1 GJ/m3，醋酸變壓吸附尾氣全年產量為514萬m3，此氣體熱值為9.0 GJ/m3，故兩股尾氣可以替換天然氣量為：

圖1 電石爐尾氣提純CO流程

（3765×7.1＋514×9.0）/35.6=881（萬m3）天然氣價格按2元/m3計算，全年可以節約1 762萬元。

隨著電石爐瓶頸問題的解決，電石爐逐漸達到滿負荷生產，全年可以產生電石爐尾氣32 250萬m3，除去煅燒石灰所需26 771萬m3，尚有5 479萬m3電石爐尾氣，通過電石爐尾氣提純CO，每年可以產生CO氣3 770萬m3，CO價格按1.9元/m3計算，可以產生7 163萬元經濟效益。

通過回收利用變壓吸附尾氣，代替天然氣煅燒石灰，同時將多余的電石爐尾氣生產CO，全年可以產生經濟效益8 925萬元。

3 結論

原設計電石爐尾氣用于石灰窯煅燒石灰，由于設計瓶頸問題，尾氣量無法滿足需求，故補充天然氣來滿足石灰窯生產；同時該公司醋酸變壓吸附和甲醇提純氫氣變壓吸附裝置尾氣進行燃燒排放，造成能源浪費。通過回收變壓吸附裝置尾氣，用于石灰窯煅燒石灰，替代部分天然氣，減少了天然氣用量；同時隨著電石爐負荷的提升，電石爐尾氣除了可以全部替代天然氣，還有一部分剩余。通過利用電石爐尾氣生產用于羰基法合成醋酸的CO氣體，進一步減少了能源浪費，提高化工企業尾氣經濟價值，同時有利于環境保護，達到了節能減排的目的。