工业原料气净化与绿色化工相关问题的思考探讨.docVIP

工业原料气净化与绿色化工相关问题的思考 葛志颖 (鄂尔多斯市蒙华能源有限公司 内蒙古 017000) 内容提要：本文从绿色化工的原则出发，以气体净化的主要单元操作脱硫、脱碳为例，对工业原料气净化的发展历程和现状进行总结和分析，就气体净化与绿色化工的相关问题进行思考和讨论，给出了结论和建议，供参考。 关键词：气体净化 绿色化工 脱硫脱碳 物理化学吸收 干法湿法 生物法 气体净化包括工业原料气净化和尾气、废气的净化。原料气净化目的是脱除对后工序有害的物质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2，石油气、焦炉气脱H2S等，以防止催化剂中毒或因副反应而产生杂质；尾气、废气净化如燃煤锅炉烟气、冶炼废气脱除SO2、硝酸尾气脱除NOX等目的则是为了保护人类赖以生存的环境。 环境保护和可持续发展实现双赢是当今国际社会的共识，化学工业的绿色化则是实现双赢的基本保证。与传统化工相比，绿色化工着重于实现单元操作的“绿色化”，并在此基础上进行生产系统的综合和优化，以实现化工生产的整体“绿色化”[4]。我们认为，工业原料气净化与绿色化工密切相关，在化工领域有不可替代的地位和作用，目前已成为我国高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术。 为简单方便和缩小篇幅，本文以气体净化的主要单元操作脱硫、脱碳为例，对工业原料气净化与绿色化工的相关问题进行思考和讨论，因不涉及其它气体净化过程和水平所限，难免以偏概全，仅供参考。 气体净化发展历程和现状 以降低化学产品、过程所使用与产生的有害物质为努力目标，以改变化学工业先污染后治理的传统模式、开发环保和低排放的化工生产工艺、利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境污染是绿色化工的基本概念和原则。 纵观我国气体净化的发展历程，尽管在开发、引进和工业应用的过程中或许还没有明确的绿色化工的意识或概念，但却基本符合绿色化学和化工工艺的发展方向；事实上，进入上世纪80年代后期，气体净化的方式方法、溶剂的绿色化或绿色溶剂的研发、使用已经开始成为科研单位、化工生产企业努力的方向。但目前在用的各项气体净化技术，距离绿色化工的相关原则还有很大差距，仍面临着诸多问题的困扰也是不争的事实。 1.1在用脱硫、脱碳方法的主要类别 硫化物脱除技术包括干法和湿法两大类[1]、[2]，湿法又分为湿式氧化法、胺法和物理吸收法。湿式氧化法是溶液吸收H2S后直接转化为单质硫，单质硫分离后溶液循环使用；胺法和物理吸收法是将吸收的H2S在再生系统释放，然后将H2S送至克劳斯装置再转化为单质硫，溶（剂）液则循环使用。　　　　　　　　　　　　　　　 一般来讲，湿法脱硫适合处理含硫量大和/或气量大的场合，多用于工业原料气中大量硫化物的脱除；干法则是利用吸附剂和/催化剂将硫化物直接脱除或转化后再脱除的过程，如Claus法、Supper Claus法、有机硫水解法、SCOT法以及气－固相非催化吸收法包括各种Fe2O3、ZnO、活性炭脱除法等，其特点是脱硫精度高（可小于0.01×10－6）、投资和操作费用低、几乎没有动力消耗。但因为受硫容和再生等因素的限制多用作精脱硫。 脱除CO2的方法也有湿法和干法之别[3]。化学吸收法、物理吸收法2种气液洗涤法统称湿法脱碳，干法脱碳即为固体吸附法脱碳。 化学吸收法是采用含有化学活性物质的溶液对工业原料气进行洗涤，CO2与溶液反应生成介稳化合物或者加合物，然后在减压条件下通过加热使生成物分解并释放CO2，解吸后的溶液循环使用。 物理吸收法在CO2被溶剂吸收时不发生化学反应，溶剂减压后释放CO2(不必加热)，解吸后的溶液循环使用。 干法脱碳是CO2在加压时被吸附在多孔状固体上，减压时吸附的CO2被解吸，通常即指变压吸附。 1.2.有毒溶剂向无毒溶剂过度 绿色化工原则要求，只要有可能应尽量不使用溶剂等辅料，如果使用溶剂等应没有毒性[5]。上世纪70年代，我国中型氮肥厂大都采用有剧毒的改良砷碱（G－V）法脱硫，即用含有少量As2O3等活化剂的热碱溶液为吸收剂。从合成气中吸收所含的H2S后，通入空气再生，同时H2S被氧化为硫黄而析出。该法效率高，副反应少，且适于加温、加压操作等。但由于该法剧毒，80年代以后被摒弃，合成气脱硫逐步向无毒改良ADA法过渡。 随之，改良ADA法成为上世纪80年代后期我国应用最广的一种湿式脱硫方法。该法技术成熟、过程完善、规范化程度高、技术经济指标较好。但也存在一些缺点，如溶液成分复杂、溶液费用较高，而最严重的是硫堵问题。由于硫黄堵塞填料，导致系统阻力上升，负荷波动，操作不稳定，迫使企业经常停车清理。清理的硫膏、硫泡沫常常混杂着ADA溶液一起被冲进下水道排出厂外而污染环境[7]。进入90年代后该法逐渐被直接过渡到TV法、MSQ法、磺化钛氰钴系列法（PDS、888法等）、杂多酸法、络合铁法