CN103588226A

CN103588226A - 一种以烟道气补充co2制备纯碱的方法

Info

Publication number: CN103588226A
Application number: CN201310579696.3A
Authority: CN
Inventors: 周光耀; 李瑞峰; 李育亮
Original assignee: China Chengda Engineering Co Ltd
Current assignee: China Chengda Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: CN103588226B

Abstract

本发明公开了一种以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，将含有CO₂的烟道气经除尘、脱硫和降温后，加压至0.05-0.35MPa，直接通入制碱碳化塔的中、上部，进行碳酸化反应，反应后的产物继续通过碳化塔的下段，与含有高浓度CO₂的气体完成碳酸化反应，得到碳酸氢钠，碳酸氢钠再经煅烧即得到纯碱。该工艺在纯碱生产中，成功解决了CO₂不足的问题，设备投资和动力消耗大幅度降低，还减少了CO₂废气排放，且氯化钠的利用率高，能耗和成本都低，经济可行性高。

Description

一种以烟道气补充CO2制备纯碱的方法

技术领域

本发明涉及煤、天然气燃烧后产生烟道气的回收利用技术领域，尤其是一种用锅炉烟道气进入碳酸化塔补充二氧化碳生产纯碱的技术。

技术背景

纯碱作为一种大吨位化工原料，广泛用于制造玻璃、肥皂、石油和油类的碱精制、冶炼等领域。目前，纯碱的生产方法主要有天然碱法、联碱法和氨碱法三种。其中联碱法和氨碱法都以氨、二氧化碳和氯化钠为原料，人工合成纯碱。在氨碱法中通过煅烧石灰石获得二氧化碳，煅烧石灰石产生的石灰，用于分解回收碳化反应生成的氯化铵，使氨在生产过程中循环使用。联碱法是采用合成氨与纯碱联合生产的方法，利用合成氨生产过程中脱碳再生得到的二氧化碳生产纯碱，氨以氯化铵形式作为肥料产品。

近年来，为了加强环境保护和资源综合利用，有些氨碱厂利用一部分电石废渣代替石灰乳分解氯化铵，由于过程中不生产二氧化碳，出现了制碱所需二氧化碳不足的问题。此外，以天然气作为合成氨原料的联碱厂，也存在二氧化碳不足的问题，需要煅烧石灰石来补充二氧化碳的不足。通过石灰窑来补充二氧化碳，需要消耗焦炭或无烟煤，增加成本，同时还需处理副产石灰。

另一方面，基本上所有的化工厂都有大量烟道气排放，如合成氨一段炉尾气、锅炉尾气等，尾气中的CO₂是引起气候变化的温室气体，CO₂减排已经成为国际社会高度关注的热点。如果能够直接利用锅炉尾气中的CO₂，不仅可以降低纯碱生产成本，同时还可以减少CO₂排放。

氨盐水（氯化钠水溶液吸收氨后的母液）的碳酸化反应（简称碳化）是纯碱生产中最主要的化学反应。它是将氨盐水在碳化塔内与CO₂相互接触、吸收并反应，逐渐冷却后，根据产物溶解度的差异，碳酸氢钠（即重碱）由于溶解度最小，最先结晶析出，分离出的碳酸氢钠经进一步煅烧即可制得纯碱。现有生产工艺中，碳化反应采用的CO₂气体浓度一般都比较高，有利于碳化反应快速进行，传质推动力和钠的转化率较高。

二氧化碳浓度高，气相中CO₂分压高，反应推动力大，可提高吸收和化学反应速度，从而提高氯化钠的转化率，降低消耗。当纯碱生产中二氧化碳不足时，如直接用烟道气进入碳化塔补充二氧化碳，存在二氧化碳浓度太低的问题。李开春（CN 1895741A）发明了一种《以烟道气制备重碱并脱除二氧化硫的方法》，过程中将除尘处理后含有二氧化碳的烟道气加压至0.6MPa-2MPa，以提高CO₂分压。于20℃-60℃用同时被氯化钠和氨饱和的氨盐水溶液吸收后，进行碳酸化及后续处理，得到碳酸氢钠，再煅烧生产碳酸钠。该过程的缺陷在于，现有碳化塔工艺的尾气CO₂分压在0.01 MPa左右，而烟道气中CO₂浓度只有8%-15%，要保证烟道气被较好利用，烟道气压力必须提高到1MPa以上，需要对整个碳化设备进行加压改造，增加投资。同时，加压过程中大量压缩惰性气体，压缩机能耗高，经济上并不可行。

因此，如果能开发一种新的方法实现低浓度烟道气直接用于纯碱碳化塔，可有效降低纯碱成本，具有很大的应用前景。

发明内容

本发明针对纯碱生产过程中CO₂不足的问题，旨在提供一种利用烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，烟道气只加压到0.05-0.35MPa，设备投资和动力消耗大幅度降低，具有很好的经济性。本工艺可与石灰石煅烧和/或合成氨工艺配套使用。该工艺在纯碱生产中，氯化钠的利用率高，能耗和成本都低，经济可行性高。

本发明通过以下技术方案来实现：

根据实验测定的碳酸化过程中二氧化碳吸收动力学数据，将含有CO₂的烟道气经除尘、脱硫和降温后，加压至0.05-0.35MPa，直接通入制碱碳化塔的中、上部，进行碳酸化反应，反应后的产物继续通过碳化塔的下段，与含有高浓度CO₂的气体完成碳酸化反应，得到碳酸氢钠，碳酸氢钠再经煅烧即得到纯碱。

作为可选方式，所述烟道气中CO₂体积含量在8%-15%。这种烟道气来源广泛，基本上所有的化工厂都有大量这种烟道气排放，可以对其加压利用，节约成本且有利于改善环境。

作为可选方式，所述降温是使烟道气温度降低至30℃-40℃。在该温度下对气体进行加压，既可减少高温对加压设备的损伤，又能保证在较低压力下，一定体积的气体中就具有较大物质的量的CO₂，以满足后续碳化反应具有足够的吸收推动力。

作为可选方式，在所述碳化塔的中、下部通入高浓度的CO₂的气体。在制碱塔中部和下部引入含有高浓度CO₂的气体，提高制碱塔中CO₂含量，提高吸收推动力，使碳化塔中CO₂含量由上到下逐步升高呈梯度变化，提高CO₂的利用率，进一步深度碳化，满足纯碱生产碳化要求。

作为可选方式，在进行碳酸化反应前先将新鲜的循环吸氨母液或氨盐水与烟道气逆流接触，使新鲜的循环吸氨母液或氨盐水吸收CO₂，形成预碳化母液。先采用烟道气进行预碳化处理，能够进一步提高CO₂的吸收利用率。

作为可选方式，所述碳化塔为连续液相的高效筛板碳酸化塔，其具体结构见公开号为 CN202015611U的实用新型专利（其核心是在塔体内设置带有降液管的低开孔率筛板）。通过采用这种特殊结构的碳化塔，可进一步实现CO₂的高效吸收，将尾气CO₂含量降低至0.5%-2%。

作为可选方式，将所述碳化塔构建为清洗塔和制碱塔塔组模式，新鲜的循环吸氨母液或氨盐水从清洗塔顶部加入，与从清洗塔底部加入的烟道气逆流吸收，充分吸收CO₂后获得预碳化母液，从清洗塔底用泵泵入制碱塔顶部；从清洗塔来的预碳化母液，依次与从制碱塔上部加入的烟道气、从制碱塔中部加入的含有高浓度CO₂的炉气和所述烟道气的混合气、以及从制碱塔底部加入的高浓度CO₂气体经过充分接触并吸收CO₂实现含氨母液或氨盐水的充分碳化。

作为可选方式，所述高浓度CO₂气体为脱碳气、炉气或窑气。

作为可选方式，根据权利所述8所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，所述脱碳气，是指来自于合成氨脱碳塔的高浓度CO₂，其体积浓度通常大于98%；所述窑气，是指来源于石灰窑中煅烧石灰产生的气体，CO₂浓度通常在36%-40%；所述的炉气，是指碳酸氢钠煅烧回收的气体，CO₂浓度通常在80%-90%。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的有益效果：

1、本发明所述工艺中烟道气只加压到0.05-0.35MPa，设备投资和动力消耗大幅度降低，具有很好的经济性，便于推广应用。

2、本发明所述工艺不但能保持浓气制碱的氯化钠转化率，而且含低浓度二氧化碳的烟道气也能很好吸收，实现用含低浓度CO₂的烟道气补充二氧化碳不足的目的。

3、本发明所述工艺对烟道尾气加以高效回收利用，既减少了CO₂的排放又解决了纯碱生产中CO₂不足的问题，为含CO₂的废气处理提供了一条有效途径，既经济又环保。

附图说明

图1是实施例1中所述在联碱法生产过程中利用烟道气的流程示意图。

图2是实施例1中所述在氨碱法生产过程中利用烟道气的流程示意图。

具体实施方式：

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应当将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明的精神和原则之内做的任何修改，以及根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的等同替换或者改进，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1

某工程项目，以天然气和卤水为原料，用联碱法生产纯碱和氯化铵，存在二氧化碳不足问题，工程设计中釆用燃煤锅炉的烟道气补充二氧化碳。碳化塔采用清洗塔和制碱塔塔组模式，碳化塔为连续液相的高效筛板碳酸化塔，（清洗塔和制碱塔均具有高效筛板结构）烟道气先经过除尘、脱硫、降温后，温度约为40℃，烟道气中二氧化碳含量12%-13%，硫含量小于50ppm，经压缩机加压至0.3MPa和0.1MPa后，分别进入清洗塔底部和制碱塔中、上段，含有高浓度CO₂的脱碳气和炉气进入制碱塔的底部与中部，完成碳化反应，清洗塔尾气中CO₂含量小于0.5%，制碱塔尾气中CO₂含量小于2%。碳化塔取出液中固定氨浓度可达88滴度以上，而传统的这一数值仅在84以上。流程示意图见图1。

实施例2：

某项目，采用氨碱法生产纯碱，利用一部分电石废渣代替石灰乳分解氯化铵，出现二氧化碳不足问题，工程设计中采用燃煤锅炉烟道气补充二氧化碳。碳化塔采用清洗塔和制碱塔塔组模式，碳化塔为连续液相的高效筛板碳酸化塔，烟道气经过除尘、脱硫、降温后，温度降低至约40℃，烟道气中二氧化碳含量10%-12%，硫含量小于50ppm，经压缩机加压至0.3MPa和0.1MPa，分别进入清洗塔底部和制碱塔中、上段，含有高浓度CO₂的窑气和炉气进入制碱塔的底部与中部，完成碳化反应，清洗塔尾气中CO₂含量小于0.5%，制碱塔尾气中CO₂含量小于1%。碳化塔取出液中钠转化率可达76%-77%。流程示意图见图2。

实施例3

某项目，采用氨碱法生产纯碱，出现二氧化碳不足问题，工程设计中采用烟道气补充二氧化碳。烟道气经过除尘、脱硫、降温后，温度降低至约30℃，烟道气中二氧化碳含量12%-15%，硫含量小于50ppm，经压缩机加压至0.35MPa进入碳化塔中、上段，含有高浓度CO₂的窑气和炉气进入碳化塔的底部与中部，完成碳化反应，碳化塔尾气中CO₂含量小于5%。碳化塔取出液中钠转化率可达73%-75%。

实施例4

某项目，采用氨碱法生产纯碱，出现二氧化碳不足问题，工程设计中采用烟道气补充二氧化碳。碳化塔为连续液相的高效筛板碳酸化塔，烟道气经过除尘、脱硫、降温后，温度降低至约35℃，烟道气中二氧化碳含量8%-10%，硫含量小于50ppm，经压缩机加压至0.25MPa进入清洗塔，和加压至0.05MPa进入碳化塔上段，含有高浓度CO₂的窑气和炉气进入碳化塔的底部与中部，完成碳化反应，碳化塔尾气中CO₂含量小于2%。碳化塔取出液中钠转化率可达75%-76%。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，将含有CO₂的烟道气经除尘、脱硫和降温后，加压至0.05-0.35MPa，直接通入制碱碳化塔的中、上部，进行碳酸化反应，反应后的产物继续通过碳化塔的下段，与含有高浓度CO₂的气体完成碳酸化反应，得到碳酸氢钠，碳酸氢钠再经煅烧即得到纯碱。

2.根据权利要求1所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，所述烟道气中CO₂体积含量在8%-15%。

3.根据权利要求1所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，所述降温是使烟道气温度降低至30℃-40℃。

4.根据权利要求1所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征是在于，在所述碳化塔的中、下部通入高浓度的CO₂的气体。

5.根据权利要求1所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征是在于，在进行碳酸化反应前先将新鲜的循环吸氨母液或氨盐水与烟道气逆流接触，使新鲜的循环吸氨母液或氨盐水吸收CO₂，形成预碳化母液。

6.根据权利要求1所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，所述碳化塔为连续液相的高效筛板碳酸化塔，其具体结构见公开号为 CN202015611U的实用新型专利。

7.根据权利所述1所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，将所述碳化塔构建为清洗塔和制碱塔塔组模式，新鲜的循环吸氨母液或氨盐水从清洗塔顶部加入，与从清洗塔底部加入的烟道气逆流吸收，充分吸收CO₂后获得预碳化母液，从清洗塔底用泵泵入制碱塔顶部；从清洗塔来的预碳化母液，依次与从制碱塔上部加入的烟道气、从制碱塔中部加入的含有高浓度CO₂的炉气和所述烟道气的混合气、以及从制碱塔底部加入的高浓度CO₂气体经过充分接触并吸收CO₂实现含氨母液或氨盐水的充分碳化。

8.根据权利所述4或7所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，所述高浓度CO₂气体为脱碳气、炉气或窑气。

9.根据权利所述8所述的以烟道气补充CO₂制备纯碱的方法，其特征在于，所述脱碳气，是指来自于合成氨脱碳塔的高浓度CO₂，其体积浓度通常大于98%；所述窑气，是指来源于石灰窑中煅烧石灰产生的气体，CO₂浓度通常在36%-40%；所述的炉气，是指碳酸氢钠煅烧回收的气体，CO₂浓度通常在80%-90%。