山東鋁業(yè)股份有限公司這個(gè)以有色冶金為主業(yè)的重工業(yè)企業(yè)．在生產(chǎn)氧化鋁的能源消耗過程中產(chǎn)生大量低濃度的CO2， 同時(shí)生產(chǎn)過程中還需要大量一定濃度的CO2， 如何將公司各種窯爐排放的廢氣中低濃度CO2回收再用于生產(chǎn)中， 成為公司科技人員近段時(shí)間的研究方向。

1．氧化鋁焙燒爐在焙燒的生產(chǎn)過程后廢氣中主要成分為水蒸氣、N2、CO2，本課題將以此為對(duì)象研究MEA 法回收CO2的可行性。

1．1原料氣條件

2．研究過程

2．1研究原理

MEA法分離C o2技術(shù)是利用堿性的一乙醇胺化學(xué)溶液在常溫常壓下與CO：進(jìn)行反應(yīng)生成不穩(wěn)定弱碳酸鹽，然后再通過加熱的方式使其再生出來，從而獲得CO2產(chǎn)品。一乙醇胺fMEA) 能接受一個(gè)質(zhì)子形成銨離子，在水溶液中呈堿性。CO2為弱酸性氣體，當(dāng)C o2溶解于一乙醇胺水溶液中時(shí)，其總反應(yīng)式如下：

HOCH2CH2NH2+C02+H20 → HOCH2CH2NHaHC03±Q

該正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡常數(shù)增大．平衡向生成物方向移動(dòng)。逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)．升高溫度，平衡常數(shù)減小，平衡向反應(yīng)物方向移動(dòng)。在40℃ 左右時(shí)，CO2被MEA 溶液吸收生成 HOCH：CH2NH3HCO3， 達(dá)到平衡后， 將富液加熱至一定溫度使 HOCH2CH2NH3HCO3分解釋放出CO2，同時(shí)溶液得到再生。

2．2流程描述

根據(jù)研究方案確定了工藝流程，來自煙道氣總管的氣體溫度在140℃左右．氣體進(jìn)入洗滌塔與來自塔頂噴淋的冷卻水逆流接觸，氣體被冷卻、粉塵被洗滌。從塔底排出的洗滌水進(jìn)入沉降冷卻池除去夾帶的固體粒子，經(jīng)熱水泵送入涼水塔降溫．涼水由涼水泵送入洗滌塔。由塔頂排出的氣體溫度降至～40℃ ，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)升壓至～6000Pa(G)進(jìn)入CO2吸收塔底部。在吸收塔內(nèi)氣體中CO2 組分被MEA 溶液吸收。

未被吸收的尾氣在吸收塔上部經(jīng)洗滌冷卻至≤45℃ ， 再經(jīng)塔頂高效除沫器除掉夾帶的溶液后直接排人大氣。洗滌液經(jīng)冷卻后返回洗滌液貯槽，再經(jīng)洗滌液泵打循環(huán)。采用新鮮脫鹽水控制系統(tǒng)水平衡。

吸收CO2達(dá)到平衡的溶液稱為富液。富液自塔底由富液泵抽出．加壓后進(jìn)入貧一富液換熱器最終加熱至95～98℃ ．最后經(jīng)解析塔頂部噴頭噴淋入塔。在再生塔內(nèi)，富液中HOCH2CH2NH3HCO3分解釋放出CO：，CO：隨同大量的水蒸汽及少量活性組份蒸汽由塔頂流出，溫度約95～98℃ ，壓力約0．025MPa(G)進(jìn)入再生氣冷凝器與富液泵送來的溶液換熱。

出再生氣冷凝器的氣體溫度約75℃，大量水蒸汽被冷凝，凝液與氣體一同進(jìn)入Co2水冷卻器，與循環(huán)水上水總管來的冷卻水換熱，物流被進(jìn)一步冷卻至40℃ ，然后去CO 分離器。在分離器內(nèi)，氣體夾帶的凝液被分開，產(chǎn)品CO：經(jīng)計(jì)量后送出界區(qū)。

再生塔底部設(shè)置再沸器．利用蒸汽或轉(zhuǎn)化氣余熱對(duì)塔底溶液間接加熱．以保證塔底溫度在105～110℃左右，由再生塔底部引出的貧液流經(jīng)換熱器，然后由貧液泵升壓，送入CO：吸收塔上部。

2．3研究結(jié)果

任何企業(yè)是以追求效益為最大目標(biāo)．所以研究的最終目的也是該回收方法的運(yùn)行成本低于石灰爐的運(yùn)行成本?，F(xiàn)在將計(jì)算過程簡單說明如下。

2．3．1已知焙燒爐爐氣總量為140000nm ／h ，其中Co2、N： 、o2以及H20 蒸汽的體積濃度分別為：6．3％ ，44．7％ ，1％ ，47．85％ ， 140000nm 的煙道氣的質(zhì)量分別 是：M fc。2+M+∞)=97601kg、MH2O= 53859．96kg

2．3．2設(shè)本裝置抽取爐氣的95％進(jìn)行處理(其余5％排空)．經(jīng)過洗滌， 煙氣溫度由140℃ 降至45℃ 所放出的熱量：△Q ： 126867373．3K1。

設(shè)洗滌水的溫差為10℃ ，則需要的洗滌水的量：

△Q水=126867373．3÷(10x4．1868)=3030t／h

2．3．3經(jīng)洗滌以后．氣體總量

Q =140000(6．3％+4 ．7％+1％)x95％+93．5％=73968 nm0／h 其中Co，為140000x6．3％x95％=8379nm ／b 設(shè)Q0為進(jìn)入MEA 的CO：量，Q 為進(jìn)入吸收塔的CO：總量，11。11：分別為MEA 對(duì)C0 吸收率和分解率，根據(jù)有關(guān)資料分別取85％、 75％ 。那么， 富液帶走的CO：為Q’ql，經(jīng)蒸餾塔蒸餾出的Co2為 Q11-11：，貧液帶回吸收塔的C02為Q．ql(1-,q：)，顯然有Q0+Q11-(1—11：) = Q成立，于是，Q=Q0／(1—11-+11-11：)，那么產(chǎn)品氣為：Q =QO,q-,q2／ (1-,ql+11l112)將Q0=8379nm3／h，11l=85％ ，112=75％ ，代入上式Q 產(chǎn) = 8379&imes;85％ ×75％ ／(1—85％+85％×75％ )=6783 nm ／h 回收效率為11=6783÷8379=81％進(jìn)入吸收塔的Co2總量 Q=Qo／(1-’ql+11l112)=8379／(1-85％+85％ x75％ )：10640 nm ／h： 475kmol MEA 溶液400M ／h(質(zhì)量濃度為18％ )，已知MEA分子量62，此時(shí)CO2與MEA 的分子比約為1：2．4 ，小于完全反應(yīng)的1：2，即MEA 相對(duì)過剩，符合要求。

2．3．4根據(jù)有關(guān)資料， 進(jìn)入洗滌塔的風(fēng)壓一般為0．02～0．03Mpa． 73968 nm ／h風(fēng)量功率消耗約為603kw，包括各種工業(yè)泵在內(nèi)合計(jì) 827．5kw，折合122kw／k nm3 CO2。

2．3．5綜上所述， 制取lO00nm ／h的Co2需要的循環(huán)冷卻水約為186．3／h(約合95m，／tCO2與三菱重工的79．5至165非常接近)。

2．3．6 蒸發(fā)1000nm ／h的CO 需要的蒸汽為3308．8 kg。綜合以上，按照本地區(qū)蒸汽、循環(huán)水的價(jià)格考慮，總的運(yùn)行成本(按1000 NM3／h計(jì)算)大概是石灰爐生產(chǎn)同濃度、同體積CO2的 1．5倍左右。

結(jié)論

通過研究發(fā)現(xiàn)，MEA 法回收的CO 的純度很高，有較高的產(chǎn)品附加值，但對(duì)于燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)過程中需要的濃度42％的CO2用這種方法回收CO2顯然是沒有必要的，并且MEA法回收CO2的成本高于石灰爐生產(chǎn)的CO2的成本，所以對(duì)于國家沒有政策扶持的前提下很難在企業(yè)實(shí)施。但該方法仍不失為一種回收高濃度CO2的合理方法。

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