黄 耀

(贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引 言

近年来，随着单线氧化铝产能的不断扩大，煤气化技术的不断发展，为进一步降低生产成本，提高企业竞争力，用于氧化铝生产过程中的氢氧化铝焙烧煤气供应逐渐由原来的固定床煤气炉气化逐步转为循环流化床煤气炉气化，因环保标准的提高，对氢氧化铝焙烧炉烟气氮氧化物排放提出了要求，从而对焙烧炉的燃料煤气中氨氮含量也提出了要求。该文以某氧化铝企业循环流化床煤气炉为例，对降低煤气中氨氮含量的技术进行研究。

1 项目建设的必要性

2015年，某氧化铝企业5台氢氧化铝焙烧炉燃料煤气供应由无烟煤单段炉改为循环流化床煤气炉，采用劣质褐煤原料。煤气炉改造前，氢氧化铝焙烧炉的NOfx排放量≤100 mg/Nm3，煤气炉改造后，氧化铝焙烧炉的NOx排放量300～450 mg/Nm3之间，GB25465—2010《铝工业污染物排放标准》未对氢氧化铝焙烧炉烟气的氮氧化物排放进行要求，2017年6月13日国家环境保护部发布了GB25465—2010《铝工业污染物排放标准》等污染物排放标准修改单，其中明确规定氧化铝厂的氢氧化铝焙烧炉氮氧化物特别排放限值为100 mg/Nm3。2017年颁布修改单以后，排放不能满足修改单的要求，为了实现氢氧化铝焙烧炉氮氧化物的达标排放，保证企业长周期稳定环保运行，有必要建设氨氮脱除装置解决焙烧炉烟气中氮氧化物排放超标问题。从技术上有2种思路：①对焙烧炉烟气进行脱硝处理；②对焙烧炉燃料煤气进行脱氨处理。结合现场实际对2种技术思路比较见表1。

表1 脱硝和脱氨优劣对比

从表1可见，为实现焙烧炉NOx的达标排放，在煤气炉处脱氮投资较低，对生产的影响较小，因此项目选择对煤气进行脱氨处理。

2 煤气脱氨方案的选择

2.1 基础数据

经现场调研，该项目按以下基础数据进行方案选择：

1)处理煤气量：200 000 Nm3/h(湿基)；

2)脱氨装置进口煤气压力：3.0～4.0 KPa(表压)；

3)气化系统出口煤气温度：～85℃；

5)冷却器后煤气温度：≦45℃；

6)脱氨前煤气中NH3含量：500～600 mg/Nm3；

7)脱氨后煤气中NH3含量：≤20 mg/Nm3。

2.2 脱氨改造项目工艺技术方案的选择

该项目技术方案包括煤气冷却、煤气增压、煤气中氨脱除及回收、循环冷却水系统。

2.2.1 煤气降温工艺的选择

为降低煤气中含水量，为后续煤气脱氨创造条件，需要降低煤气温度，煤气的降温有直接降温和间接降温工艺，直接降温工艺是将煤气与冷却水通过逆流喷淋接触，达到降低煤气温度的目的。间接降温工艺是采用横管或者列管换热器，煤气走壳程，冷却水走管程，煤气与冷却水间接热交换，降低煤气温度。直接降温工艺造价低，但会产生污水；间接降温工艺造价高，不产生污水；因该项目为环保项目，因此选择煤气间接降温工艺。

2.2.2 煤气增压工艺选择

由于装置新增煤气冷却器、煤气脱氨塔2个设备及煤气管道的延长，系统势必会增加一定的阻力(经计算增加阻力约2.0～3.0 KPa)，因此为了保证进脱硫装置的煤气压力，需要在煤气降温后进行加压。

由于脱氨改造装置系统阻力较小，煤气增压采用离心鼓风机即可满足要求。鼓风机的位置设置在横管冷却器后，脱氨塔前。

2.2.3 氨脱除及回收工艺选择

目前，煤气中氨脱除及回收有3种工艺：水洗氨工艺、硫铵工艺和无水氨工艺。

1)水洗氨工艺

该工艺具有工艺简单，投资相对较低。在15年前的焦化厂煤气净化中普遍采用，原因是对煤气中的氨没有过高的要求，煤气返回焦炉燃烧后的烟气氮氧化物指标无排放要求，洗氨的目的是为了防止脱苯工段的设备腐蚀。因水洗氨产生废水量大、蒸氨工艺系统复杂、氨气对环境的影响等原因，自2005年以后的大型焦炉的建成及煤气深加工的需要，焦化企业逐步废除了水洗氨工艺。所以从技术指标、环保和能耗各方面考虑，不建议采用此工艺。

2)硫铵工艺

该工艺相对复杂(指氨的回收方面较复杂)，是采用硫酸吸收煤气中的氨，将氨和硫酸反应生成硫酸铵，通过控制吸收温度，实现自然结晶。经过离心分离、干燥，变成农用化肥硫酸铵。此工艺由于采用耐腐蚀的材料(静止设备316L、运转设备904材质)，造价相对较高。但是脱氨效果非常好，完全能够满足技术指标要求。目前焦化、制药等行业大量采用此工艺，硫铵工艺以后煤气中氨含量<20 mg/Nm3。

3)无水氨工艺

无水氨工艺最复杂，并且氨回收是采用1.6 MPa的加压蒸氨工艺，对操作技术要求、设备及控制系统要求较高。比较适合高浓度氨的回收，否则装置投入产出比不合理。该项目煤气量较大，氨含量相对较低，每天全部回收氨约2 t，不适合采用无水氨工艺。

3种工艺技术对比见表2。

综上分析，煤气冷却采用横管间接冷却工艺、脱氨采用硫铵工艺是最适合的工艺技术路线。

表2 3种脱氨工艺的技术对比

3 主要工艺流程

来自煤气化车间煤气(4.0 KPa，～85℃)首先进入煤气冷却器将煤气温度降至45℃。从冷却器出来的煤气送到新增煤气鼓风机，煤气进入脱氨塔，与来自上部喷淋下来的循环硫铵母液逆流接触，煤气中的氨被硫铵母液中的硫酸吸收。吸收氨后的煤气(氨含量<20 mg)经过脱氨塔顶部两段除雾器，除去夹带的酸雾滴后送至脱硫系统煤气进口总管。

吸收氨后的母液反应生成含有硫酸铵溶液，硫酸铵溶液自流到脱氨塔底部的硫铵结晶分离区，分离硫铵结晶后的母液，再经过母液循环泵返回脱氨塔的顶部进行下一个脱氨循环。

脱氨塔底部硫铵结晶物不断生成(晶比达到一定比例)，结晶泵将脱氨塔底部结晶室含有母液的硫铵结晶物送到结晶分离槽，在结晶分离槽内进行固液分离。含有母液的结晶物通过阀门送到离心机，在离心机内进行固液分离。经过离心机洗涤脱水后的硫酸铵经螺旋输送机输送至振动流化床干燥器干燥后入硫铵贮斗贮存、称重、包装即可外售。

4 结 语

综上所述，项目建成后，由于煤气中氨含量<20 mg/Nm3，大大降低了焙烧炉烟气氮氧化物含量，实现了环保达标排放的目的，该项目也为氧化铝行业实现氢氧化铝焙烧炉NOx达标排放提供新的技术思路。