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齐齐哈尔大学小宇宙团队

年产4.4万吨过硫酸铵联产8万吨液态二氧化碳项目—设计摘要

1.项目简介

本项目是为大唐临汾热电300MW机组设计一座烟气深度脱硫并对脱硫产物资源化利用的分厂。本装置综合利用了临汾煤电化工工业园内的电厂烟气、焦化废水、硫酸和液氨等原料，经SCR脱硝、布袋除尘、二氧化碳捕集、废水蒸氨和深度脱硫等过程生产附加值高的产品，产品结构如表1-1所示。

表1-1产品结构

序号

产品名称

单位

数量

备注

1

过硫酸铵

万吨/年

4.44

≥98.5%

2

液态二氧化碳

万吨/年

7.98

≥99.98

3

氢气

万Nm3/年

438.7

≥99.95%

4

碳酸氢铵

万吨/年

0.88

农业优级

5

粉煤灰

万吨/年

30.7

-

6

蒸汽

万吨/年

7.2

低压

2.工艺设计

本项目经过多方面的工艺方案论证，最终采用了水蒸气直接蒸氨工艺、SCR脱硝工艺、布袋除尘工艺、氨法脱硫工艺、硫酸铵电解工艺以及常温常压氨法二氧化碳捕集工艺。设有脱硝除尘工段、深度脱硫工段、硫酸铵电解工段和二氧化碳捕集及精制工段。流程简图如图1所示。

图1工艺流程简图

来自总厂的烟气与氨和空气混合均匀后进入脱硝反应器，脱硝后的烟气进入空预器降温，降温后进入布袋除尘器，脱硝除尘后的烟气进入预洗塔经水喷淋降温；塔顶气体送入吸收塔，氨水吸收烟气中的二氧化硫，实现深度脱硫，二氧化硫体积浓度控制10PPM以下；塔顶气体经升压降温后送入气液分离器，大部分烟气驰放，一部分气体送至烟囱排放，另一部分则送入二氧化碳捕集工段；底部的氨水进入氨回收塔，塔顶的氨和水蒸气送至预洗塔循环使用；吸收塔釜液与20%浓度氨水混合后，送入氧化反应器，通入空气氧化；氧化后的反应釜液送入预洗塔进一步氧化，氧化后的塔釜液送入双效蒸发系统进行浓缩处理。来自同世达的焦化废水送入蒸氨塔进行蒸氨，得到的氨送入吸收塔使用；来自双效蒸发系统的硫酸铵浓缩液进入电解槽进行电解，产生过硫酸铵浓缩液，经结晶离心干燥后获得产品；来自脱硫工段的烟气送至二氧化碳吸收塔，经氨水吸收后的塔釜液送至二氧化碳再生塔进行再生，二氧化碳吸收塔顶的气体送入氨吸收塔，经水喷淋吸收后送至氨再生塔进行氨的再生，二氧化碳再生塔塔顶气体降温后经离心获得碳酸氢铵产品；气体则经过三级级压缩后，获得食品级液态二氧化碳产品。

3.节能节水设计

（1）换热网络优化

通过AspenEnergyAnalyzer软件，然后根据夹点设计法，对全流程换热网络进行了设计，最终确定换热网络方案如图2所示，优化前后节能对比如图3所示。

图2优化后换热网络图

×108（

×108（kJ/h）

×108（kJ/h）

图3优化前后节能对比

（2）双效蒸发系统

本项目中主要产品为通过电解硫酸铵浓缩液而得到的过硫酸铵，而硫酸铵的电解对其浓度有一定的要求，因此必须对硫酸铵浆液的浓度进行有效控制，而传统的氨法脱硫工艺塔底产品主要是硫酸铵晶体，不利于后续工序的进行，因此需要将硫酸铵的主要浓缩任务改在塔外进行。

传统的多效精馏其效数受投资和操作条件的限制，效数增加，塔数增加，设备费用增加，而且，多效精馏系统的操作相对困难，且对设计和控制都有更高的要求，而多效蒸发系统多个蒸发器中的温度经过一定时间后，温度差及压力差自行调整达到稳定，使蒸发能连续进行，并且，由于重复利用了热能，因此多效蒸发可以显著降低蒸发过程的热能耗用量。因此，运用多效蒸发系统，可以使硫酸铵浓缩液的浓度可以有效控制，同时可以回收大量较清洁的水，节约水资源，再综合考虑到经济问题，最终本项目设计选择更优的双效蒸发系统。

本项目利用AspenEnergyAnalgzer软件做了能耗分析后得到的数据，根据数据计算可知，针对本项目而言双效蒸发系统相对于双效精馏节约能耗约为22.4%。能耗对比结果如表2所示。

图4双效蒸发系统

图5传统双效精馏系统

表2能耗对比一览表

热负荷(MW)

中压蒸汽

低压蒸汽

空气

冷却水

合计

双效蒸发

0

15.52

0

23.98

39.50

双效精馏

9.92

23.19

17.80

0

50.90

（3）蒸汽喷射热泵

本项目设计采用蒸汽喷射式热泵蒸氨工艺，属于节能型蒸氨工艺，其主要节能措施是在蒸氨塔后设置蒸发器和蒸汽喷射器,喷射器产生一定的减压效果,使蒸氨废水在蒸发器中二次蒸发,然后二次蒸汽被回收进行循环利用。蒸汽喷射热泵系统如图6所示，能耗对比见表3。

图6蒸汽喷射热泵系统

表3蒸汽喷射热泵系统与无蒸汽喷射热泵系统能耗对比一览表

项

目

无蒸汽喷射热泵系统

蒸汽喷射热泵系统

节能效益折算蒸汽量

热量

折算蒸汽量

热量

折算蒸汽量

MJ/h

kg/h

MJ/h

kg/h

kg/h

直接蒸汽

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