山東鋁業利用MEA法回收煙氣中的二氧化碳
山東鋁業股份有限公司這個以有色冶金為主業的重工業企業．在生產氧化鋁的能源消耗過程中產生大量低濃度的CO2， 同時生產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回收再用于生產中， 成為公司科技人員近段時間的研究方向。
1．氧化鋁焙燒爐在焙燒的生產過程后廢氣中主要成分為水蒸氣、N2、CO2，本課題將以此為對象研究MEA 法回收CO2的可行性。
1．1原料氣條件
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2．研究過程
2．1研究原理
MEA法分離C o2技術是利用堿性的一乙醇胺化學溶液在常溫常壓下與CO：進行反應生成不穩定弱碳酸鹽，然后再通過加熱的方式使其再生出來，從而獲得CO2產品。一乙醇胺fMEA) 能接受一個質子形成銨離子，在水溶液中呈堿性。CO2為弱酸性氣體，當C o2溶解于一乙醇胺水溶液中時，其總反應式如下：
HOCH2CH2NH2+C02+H20 → HOCH2CH2NHaHC03±Q
該正反應為放熱反應，降低溫度，平衡常數增大．平衡向生成物方向移動。逆反應為吸熱反應．升高溫度，平衡常數減小，平衡向反應物方向移動。在40℃ 左右時，CO2被MEA 溶液吸收生成 HOCH：CH2NH3HCO3， 達到平衡后， 將富液加熱至一定溫度使 HOCH2CH2NH3HCO3分解釋放出CO2，同時溶液得到再生。
2．2流程描述
根據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入沉降冷卻池除去夾帶的固體粒子，經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℃ ，經增壓風機升壓至～6000Pa(G)進入CO2吸收塔底部。在吸收塔內氣體中CO2 組分被MEA 溶液吸收。
未被吸收的尾氣在吸收塔上部經洗滌冷卻至≤45℃ ， 再經塔頂高效除沫器除掉夾帶的溶液后直接排人大氣。洗滌液經冷卻后返回洗滌液貯槽，再經洗滌液泵打循環。采用新鮮脫鹽水控制系統水平衡。
吸收CO2達到平衡的溶液稱為富液。富液自塔底由富液泵抽出．加壓后進入貧一富液換熱器最終加熱至95～98℃ ．最后經解析塔頂部噴頭噴淋入塔。在再生塔內，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，凝液與氣體一同進入Co2水冷卻器，與循環水上水總管來的冷卻水換熱，物流被進一步冷卻至40℃ ，然后去CO 分離器。在分離器內，氣體夾帶的凝液被分開，產品CO：經計量后送出界區。
再生塔底部設置再沸器．利用蒸汽或轉化氣余熱對塔底溶液間接加熱．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換熱器，然后由貧液泵升壓，送入CO：吸收塔上部。
2．3研究結果
任何企業是以追求效益為最大目標．所以研究的最終目的也是該回收方法的運行成本低于石灰爐的運行成本。現在將計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 的煙道氣的質量分別 是：M fc。2+M+∞)=97601kg、MH2O= 53859．96kg
2．3．2設本裝置抽取爐氣的95％進行處理(其余5％排空)．經過洗滌， 煙氣溫度由140℃ 降至45℃ 所放出的熱量：△Q ： 126867373．3K1。
設洗滌水的溫差為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Q0為進入MEA 的CO：量，Q 為進入吸收塔的CO：總量，11。11：分別為MEA 對C0 吸收率和分解率，根據有關資料分別取85％、 75％ 。那么， 富液帶走的CO：為Q’ql，經蒸餾塔蒸餾出的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：)，那么產品氣為：Q =QO,q-,q2／ (1-,ql+11l112)將Q0=8379nm3／h，11l=85％ ，112=75％ ，代入上式Q 產 = 8379&imes;85％ ×75％ ／(1—85％+85％×75％ )=6783 nm ／h 回收效率為11=6783÷8379=81％進入吸收塔的Co2總量 Q=Qo／(1-’ql+11l112)=8379／(1-85％+85％ x75％ )：10640 nm ／h： 475kmol MEA 溶液400M ／h(質量濃度為18％ )，已知MEA分子量62，此時CO2與MEA 的分子比約為1：2．4 ，小于完全反應的1：2，即MEA 相對過剩，符合要求。
2．3．4根據有關資料， 進入洗滌塔的風壓一般為0．02～0．03Mpa． 73968 nm ／h風量功率消耗約為603kw，包括各種工業泵在內合計 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1000nm ／h的CO 需要的蒸汽為3308．8 kg。綜合以上，按照本地區蒸汽、循環水的價格考慮，總的運行成本(按1000 NM3／h計算)大概是石灰爐生產同濃度、同體積CO2的 1．5倍左右。
結論
通過研究發現，MEA 法回收的CO 的純度很高，有較高的產品附加值，但對于燒結法氧化鋁生產過程中需要的濃度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的CO2的成本，所以對于國家沒有政策扶持的前提下很難在企業實施。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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