CN108117092A - 气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺 - Google Patents

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李瑞峰
徐秀海
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孔祥明
陈晓佳
杨建强
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贺涛
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，具体为：煅烧石灰石的石灰窑以天然气为燃料，产生的高温二氧化碳气体不经过额外的提浓处理，仅经除尘、降温后，直接送入二氧化碳压缩机组，经加压后的二氧化碳气体直接送入碳化塔进行化学反应生产纯碱。本发明主要针对氨碱法纯碱生产工艺中无法采用以天然气为燃料的石灰窑工艺直接进行纯碱生产的技术难题，提供了以天然气为石灰窑燃料，利用低二氧化碳浓度的窑气直接加压进行纯碱生产，降低生产成本，同时纯碱产品质量等于或高于以焦炭或白煤为燃料的石灰窑工艺技术指标，从而增强企业的竞争力，提高企业的经济效益。

Description

气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺
技术领域
本发明属于纯碱生产制造技术领域，特别涉及一种以天然气为燃料的石灰窑产生的低浓度二氧化碳气体直接加压制碱工艺。
背景技术
采用氨碱工艺的纯碱生产过程中煅烧石灰石的燃料有多种选择，主要是基于建设工厂地的原料价格和易得性进行确定。常见的燃料有焦炭、白煤、天然气和重油等。由于燃料的技术特性不同，采用不同的燃料会导致石灰窑的设备选择和工艺将有所区别，同时生产的二氧化碳气体浓度和组成等也不同。纯碱生产中的碳化过程由于化学反应的需要，对原料气二氧化碳的浓度和化学组成有严格的技术要求。在传统的氨碱工艺中，一般来自石灰窑的二氧化碳浓度必须达到40％vol(干基)左右才能保证生产的顺利进行。采用焦炭或白煤作为燃料的石灰窑生产的二氧化碳可以满足上述技术要求，故上述燃料也是在氨碱工艺中比较常见的选择。但是，在有些工厂建设地，当地没有焦炭或白煤，需要进口价格昂贵的原材料，导致生产成本增加，降低了工厂的竞争力。若是技术上能采用当地价格低廉的天然气作为石灰窑的替代燃料，将会显著降低工厂的运行成本。
由于天然气的化学技术特性，以天然气为燃料的石灰窑产生的二氧化碳浓度一般只能到26％～28％vol，同时氧含量也达4％。低浓度的二氧化碳气体在传统的氨碱工艺中是无法直接采用的，而气体中高含量的氧也会加快碳化塔的腐蚀，导致产品铁分含量增加，而影响纯碱产品的质量。对于低浓度的二氧化碳气体，可以采用技术措施提高二氧化碳的浓度，再经压缩后送至碳化装置使用。但是，在已有的可采取技术措施中，如溶液吸收法或变压吸附法，均会导致生产成本的大幅增加，或者无法确保长期稳定生产。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够采用以天然气为燃料的石灰窑产生的低二氧化碳浓度窑气直接加压进行纯碱生产的工艺，该工艺生产成本增加不多，而纯碱产品质量均等于或高于以焦炭或白煤为燃料的石灰窑工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其特征在于：煅烧石灰石的石灰窑以天然气为燃料，产生的高温二氧化碳气体不经过额外的提浓处理，仅经除尘、降温后，直接送入二氧化碳压缩机组，经加压后的二氧化碳气体直接送入碳化塔进行化学反应生产纯碱。
本发明所述的气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其以天然气为燃料的石灰窑产生的二氧化碳气体经除尘、降温后，窑气二氧化碳浓度为24％～34％vol。
本发明所述的气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其经加压后的二氧化碳气体压力绝压为0.40～0.60MPaA。
本发明所述的气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其所述碳化塔为以液相为连续相的高效筛板碳酸化塔。
本发明主要针对氨碱法纯碱生产工艺中无法采用以天然气为燃料的石灰窑工艺直接进行纯碱生产的技术难题，提供了以天然气为石灰窑燃料，利用低二氧化碳浓度的窑气直接加压进行纯碱生产，降低生产成本，同时纯碱产品质量等于或高于以焦炭或白煤为燃料的石灰窑工艺技术指标，从而增强企业的竞争力，提高企业的经济效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，具体为：煅烧石灰石的石灰窑以天然气为燃料，产生的高温二氧化碳气体不经过额外的提浓处理，仅经除尘、降温后，窑气二氧化碳浓度为24％～34％vol(干基)，并直接送入二氧化碳压缩机组，经加压后的二氧化碳气体压力绝压达到0.40～0.60MPaA，并直接送入碳化塔进行化学反应生产纯碱。
本发明采用提高进入碳化塔的二氧化碳气体压力，从而提高二氧化碳分压，确保化学反应速率。但是提高进入碳化塔的二氧化碳气体操作压力会导致碳化塔的设计压力增加，采用传统的索尔维铸铁碳化塔是不经济的，也是不可行的。传统的碳酸化塔均采用菌帽塔板，用铸铁铸造，下部水箱段采用大开孔结构，若将此塔用于加压碳化，将导致设备壁厚大幅增加，设备费用投资也大幅提高。同时，由于传统索尔维碳化塔的塔板吸收效率不高，无法用于低浓度窑气制碱。故本发明中所述碳化塔为以液相为连续相的高效筛板碳酸化塔，该碳酸化塔为ZL201120061607.2公开的结构，该碳酸化塔用于加压碳化，塔板吸收效率高，尾气CO2的含量从原有的8～15％降至5％以下，提高了CO2的利用率，减少了CO2的排放，为低浓度窑气制碱奠定了基础，而且氨碱法碳酸化塔取出液的NaCl转化率可达75％以上，晶体粗大，固液体积比可达50％，产品质量达I类一等品，产品铁分含量低于10ppm；同时该塔水箱段的冷却管与花板采用焊接结构，设备整体强度得到加强，设备材质选用耐腐蚀性能好的不锈钢复合材质，设备重量轻，同时解决了窑气中氧含量高而导致产品质量难以保证的问题。
为了便于说明本发明的实施效果，以某工程案例为例进行比较说明。
关于以天然气为燃料和焦炭为燃料的运行成本比较，请见表1.1。
其中，天然气、焦炭和动力电价格按照表1.2计。
表1.1以天然气为燃料和焦炭为燃料的运行成本和投资比较
注：财务数据影响暂未考虑，设备投资仅考虑有差别的部分。
表1.2价格Price offuel&power
由上表可知，以天然气为燃料的石灰窑产生的二氧化碳直接进行纯碱生产工艺中，由于二氧化碳的浓度低，将导致二氧化碳压缩机组的能力较大，动力电消耗增加；同时，采用天然气石灰窑的工艺，石灰窑部分的动力电消耗也将增加。但是，上述两项的动力消耗对生产成本影响较小，每吨产品运行成本增加约USD$0.85,而天然气燃料成本每吨产品运行成本可节约USD$11.57，总计每吨产品运行成本可节约USD$10.72。以年产20万吨纯碱产能计，采用天然气为燃料的石灰窑工艺，每年可节约USD$2,143,115，工厂运行费用节约是显著的。
关于两种工艺的设备一次性投资方面比较，气烧窑工艺按照意大利或德国进口设备考虑，焦炭窑和压缩机组按照中国供货商考虑。由上表1.1可知，采用气烧窑工艺一次性投资将增加约USD$1,426,000。但是，与节约的运行费用相比，一次性投资将在不到一年的时间即可全部收回，从工厂长远运行来说是非常划算的。此外，采用气烧窑工艺不需要配套建设焦炭堆场及输送设备，不仅节约投资和占地，而且也没有固体输送设备的故障率，有利于装置稳定生产运行。
具体实施例：某氨碱法纯碱工程项目中，石灰窑煅烧采用天然气为燃料，石灰窑为单筒竖窑，窑顶产生的高温窑气经除尘、降温，其中二氧化碳浓度约为29～30％vol(干基)，氧含量3～4％vol，然后送至二氧化碳螺杆压缩机组，加压至0.45MPaA～0.55MPaA，分别送至碳化塔的中段和下段使用。碳化塔采用以液相为连续相的高效筛板内冷塔，塔体采用不锈钢复合材质，塔盘内件采用不锈钢材质，水箱换热管采用不锈钢管。
本天然气石灰窑加压制碱技术实施后，碳化塔的作业周期为制碱72小时，清洗24小时，运行平稳正常。碳化塔尾气中CO2的含量在2％vol以下，碳酸化塔取出液的NaCl转化率达76％，产品铁分含量低于10ppm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其特征在于：煅烧石灰石的石灰窑以天然气为燃料，产生的高温二氧化碳气体不经过额外的提浓处理，仅经除尘、降温后，直接送入二氧化碳压缩机组，经加压后的二氧化碳气体直接送入碳化塔进行化学反应生产纯碱。
2. 根据权利要求1所述的气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其特征在于：以天然气为燃料的石灰窑产生的二氧化碳气体经除尘、降温后，窑气二氧化碳浓度为24%~34% vol。
3.根据权利要求1所述的气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其特征在于：经加压后的二氧化碳气体压力绝压为0.40~0.60MPaA。
4.根据权利要求1、2或3所述的气烧窑低二氧化碳浓度窑气直接加压制碱工艺，其特征在于：所述碳化塔为以液相为连续相的高效筛板碳酸化塔。
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