山东铝业利用MEA法回收烟气中的二氧化碳
山东铝业股份有限公司这个以有色冶金为主业的重工业企业．在生产氧化铝的能源消耗过程中产生大量低浓度的CO2， 同时生产过程中还需要大量一定浓度的CO2， 如何将公司各种窑炉排放的废气中低浓度CO2回收再用于生产中， 成为公司科技人员近段时间的研究方向。
1．氧化铝焙烧炉在焙烧的生产过程后废气中主要成分为水蒸气、N2、CO2，本课题将以此为对象研究MEA 法回收CO2的可行性。
1．1原料气条件
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2．研究过程
2．1研究原理
MEA法分离C o2技术是利用碱性的一乙醇胺化学溶液在常温常压下与CO：进行反应生成不稳定弱碳酸盐，然后再通过加热的方式使其再生出来，从而获得CO2产品。一乙醇胺fMEA) 能接受一个质子形成铵离子，在水溶液中呈碱性。CO2为弱酸性气体，当C o2溶解于一乙醇胺水溶液中时，其总反应式如下：
HOCH2CH2NH2+C02+H20 → HOCH2CH2NHaHC03±Q
该正反应为放热反应，降低温度，平衡常数增大．平衡向生成物方向移动。逆反应为吸热反应．升高温度，平衡常数减小，平衡向反应物方向移动。在40℃ 左右时，CO2被MEA 溶液吸收生成 HOCH：CH2NH3HCO3， 达到平衡后， 将富液加热至一定温度使 HOCH2CH2NH3HCO3分解释放出CO2，同时溶液得到再生。
2．2流程描述
根据研究方案确定了工艺流程，来自烟道气总管的气体温度在140℃左右．气体进入洗涤塔与来自塔顶喷淋的冷却水逆流接触，气体被冷却、粉尘被洗涤。从塔底排出的洗涤水进入沉降冷却池除去夹带的固体粒子，经热水泵送入凉水塔降温．凉水由凉水泵送入洗涤塔。由塔顶排出的气体温度降至～40℃ ，经增压风机升压至～6000Pa(G)进入CO2吸收塔底部。在吸收塔内气体中CO2 组分被MEA 溶液吸收。
未被吸收的尾气在吸收塔上部经洗涤冷却至≤45℃ ， 再经塔顶高效除沫器除掉夹带的溶液后直接排人大气。洗涤液经冷却后返回洗涤液贮槽，再经洗涤液泵打循环。采用新鲜脱盐水控制系统水平衡。
吸收CO2达到平衡的溶液称为富液。富液自塔底由富液泵抽出．加压后进入贫一富液换热器最终加热至95～98℃ ．最后经解析塔顶部喷头喷淋入塔。在再生塔内，富液中HOCH2CH2NH3HCO3分解释放出CO：，CO：随同大量的水蒸汽及少量活性组份蒸汽由塔顶流出，温度约95～98℃ ，压力约0．025MPa(G)进入再生气冷凝器与富液泵送来的溶液换热。
出再生气冷凝器的气体温度约75℃，大量水蒸汽被冷凝，凝液与气体一同进入Co2水冷却器，与循环水上水总管来的冷却水换热，物流被进一步冷却至40℃ ，然后去CO 分离器。在分离器内，气体夹带的凝液被分开，产品CO：经计量后送出界区。
再生塔底部设置再沸器．利用蒸汽或转化气余热对塔底溶液间接加热．以保证塔底温度在105～110℃左右，由再生塔底部引出的贫液流经换热器，然后由贫液泵升压，送入CO：吸收塔上部。
2．3研究结果
任何企业是以追求效益为最大目标．所以研究的最终目的也是该回收方法的运行成本低于石灰炉的运行成本。现在将计算过程简单说明如下。
2．3．1已知焙烧炉炉气总量为140000nm ／h ，其中Co2、N： 、o2以及H20 蒸汽的体积浓度分别为：6．3％ ，44．7％ ，1％ ，47．85％ ， 140000nm 的烟道气的质量分别 是：M fc。2+M+∞)=97601kg、MH2O= 53859．96kg
2．3．2设本装置抽取炉气的95％进行处理(其余5％排空)．经过洗涤， 烟气温度由140℃ 降至45℃ 所放出的热量：△Q ： 126867373．3K1。
设洗涤水的温差为10℃ ，则需要的洗涤水的量：
△Q水=126867373．3÷(10x4．1868)=3030t／h
2．3．3经洗涤以后．气体总量
Q =140000(6．3％+4 ．7％+1％)x95％+93．5％=73968 nm0／h 其中Co，为140000x6．3％x95％=8379nm ／b 设Q0为进入MEA 的CO：量，Q 为进入吸收塔的CO：总量，11。11：分别为MEA 对C0 吸收率和分解率，根据有关资料分别取85％、 75％ 。那么， 富液带走的CO：为Q’ql，经蒸馏塔蒸馏出的Co2为 Q11-11：，贫液带回吸收塔的C02为Q．ql(1-,q：)，显然有Q0+Q11-(1—11：) = Q成立，于是，Q=Q0／(1—11-+11-11：)，那么产品气为：Q =QO,q-,q2／ (1-,ql+11l112)将Q0=8379nm3／h，11l=85％ ，112=75％ ，代入上式Q 产 = 8379&imes;85％ ×75％ ／(1—85％+85％×75％ )=6783 nm ／h 回收效率为11=6783÷8379=81％进入吸收塔的Co2总量 Q=Qo／(1-’ql+11l112)=8379／(1-85％+85％ x75％ )：10640 nm ／h： 475kmol MEA 溶液400M ／h(质量浓度为18％ )，已知MEA分子量62，此时CO2与MEA 的分子比约为1：2．4 ，小于完全反应的1：2，即MEA 相对过剩，符合要求。
2．3．4根据有关资料， 进入洗涤塔的风压一般为0．02～0．03Mpa． 73968 nm ／h风量功率消耗约为603kw，包括各种工业泵在内合计 827．5kw，折合122kw／k nm3 CO2。
2．3．5综上所述， 制取lO00nm ／h的Co2需要的循环冷却水约为186．3／h(约合95m，／tCO2与三菱重工的79．5至165非常接近)。
2．3．6 蒸发1000nm ／h的CO 需要的蒸汽为3308．8 kg。综合以上，按照本地区蒸汽、循环水的价格考虑，总的运行成本(按1000 NM3／h计算)大概是石灰炉生产同浓度、同体积CO2的 1．5倍左右。
结论
通过研究发现，MEA 法回收的CO 的纯度很高，有较高的产品附加值，但对于烧结法氧化铝生产过程中需要的浓度42％的CO2用这种方法回收CO2显然是没有必要的，并且MEA法回收CO2的成本高于石灰炉生产的CO2的成本，所以对于国家没有政策扶持的前提下很难在企业实施。但该方法仍不失为一种回收高浓度CO2的合理方法。
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