許昌黎

(昊華西南自貢鴻鶴化工股份有限公司,四川 自貢 643000)

專論與綜述

聯(lián)堿廠工藝路線的選擇

許昌黎

(昊華西南自貢鴻鶴化工股份有限公司,四川 自貢 643000)

提出了選擇熱法聯(lián)堿工藝技術(shù)路線的條件及可行性。

鹽資源;熱法聯(lián)堿

1 問題的提出

現(xiàn)在聯(lián)堿工藝技術(shù)路線均采用一次碳化、二次吸氨、一次加鹽、冷鹽析析出氯化銨的工藝路線,由于采用母液降溫析出氯化銨的方法,可以稱之為冷法聯(lián)堿(這是相對采用加熱蒸發(fā)析出氯化銨稱之為熱法聯(lián)堿而定義)。冷法聯(lián)堿經(jīng)過40多年的發(fā)展,不斷的改進(jìn)創(chuàng)新,無論從工藝流程、設(shè)備完善、裝置大型化、工程設(shè)計上都逐步成熟,在我國得到廣泛的應(yīng)用。

以前,國內(nèi)聯(lián)堿廠沒有鹽資源,原料鹽只能靠買入,工藝路線一般選擇冷法聯(lián)堿的工藝技術(shù)路線。近年來,新建聯(lián)堿廠從市場競爭角度出發(fā),為降低成本都從資源配置考慮,因而都有自己的鹽廠,而技術(shù)路線仍然是傳統(tǒng)的鹵水制鹽,鹽再加入母液溶解制堿的方法,從技術(shù)角度分析這并不是一種合理的選擇。因此,在這里作者提出:今后不僅僅只采用冷法聯(lián)堿的工藝路線,還應(yīng)該發(fā)展能耗更合理的制堿方法——熱法聯(lián)堿。

2 什么是熱法聯(lián)堿

熱法聯(lián)堿是制堿部分與氨堿法一樣采用鹽水精制,除鈣鎂后的鹽水吸氨碳化制堿,濾過母液脫氨后送蒸發(fā)濃縮析鹽、再析出氯化銨的制堿方法。這種制堿方法不需要將鹽水制成鹽,因而省掉了制鹽裝置,而熱法制氯化銨部分使用與制鹽類似的蒸發(fā)裝置,將脫氨后的濾過母液加熱蒸發(fā)到一定濃度,采用先析鹽、后析銨或先析銨、后析鹽的工藝方法制取氯化銨。析銨后的母液再兌合到前面工序循環(huán)使用。這樣熱法聯(lián)堿裝置省掉了現(xiàn)在冷法聯(lián)堿的冷析結(jié)晶、鹽析結(jié)晶和冷凍工序的投資。

3 發(fā)展熱法聯(lián)堿的可行性

熱法聯(lián)堿早在上世紀(jì)50年代已提出,60年代化工部制堿研究所采用自配鹽鹵(仿自貢鹽鹵成分)做了大量的研究并進(jìn)行了擴(kuò)大模擬實(shí)驗(yàn),對熱法聯(lián)堿工藝條件、設(shè)備選用做了大量的工作。由于在當(dāng)時的技術(shù)條件下,熱法氯化銨部分要蒸發(fā) 4.5 t H2O/t,蒸汽耗量太高,很不經(jīng)濟(jì),另外在高溫下氯化銨母液的腐蝕性太強(qiáng),設(shè)備材質(zhì)上不能有效地解決,因而當(dāng)時建設(shè)熱法聯(lián)堿的想法只能擱置,鴻化只能采用冷法聯(lián)堿的工藝技術(shù)路線,形成現(xiàn)有的聯(lián)堿裝置。

如今,蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展完善已使蒸發(fā)噸水的耗蒸汽量大幅度降低,以制鹽采用五效蒸發(fā)器系統(tǒng)并結(jié)合其他熱量回收技術(shù)為例,蒸發(fā)1 t H2O蒸汽耗量可以降到286 kg。這樣熱法氯化銨每噸產(chǎn)品只需要0.4 M Pa的低壓蒸汽286×4.5=1 287 kg。在制取1 t氯化銨的同時還可以得到335 kg鹽。我們在初步評價熱法聯(lián)堿與冷法聯(lián)堿能耗時,可以暫不考慮聯(lián)堿的重堿煅燒工序,以及氯化銨分離、干銨工序,只將熱法制取氯化銨的能耗與冷法聯(lián)堿耗鹽能耗,加上結(jié)晶冷凍的能耗進(jìn)行比較。更簡單地講,即是熱法氯化銨蒸發(fā)水量與冷法聯(lián)堿制鹽蒸發(fā)水量加上冰機(jī)輸出冷量的對比(因?yàn)閮煞N方法配置電機(jī)容量相差不大)。

生產(chǎn)1 t鹽蒸發(fā)水量為3.341 t,冷法聯(lián)堿雙噸產(chǎn)品用鹽1.14 t,蒸發(fā)水量為3.341×1.14=3.808 t,蒸汽消耗按自貢久大鹽廠2009年數(shù)據(jù),蒸發(fā)1 t H2O蒸汽消耗334 kg,冷法聯(lián)堿用鹽蒸汽消耗為3.808×334=1 273 kg。

氯化銨外冷器液氨蒸發(fā)冷量取1 012.6 MJ/t,冷損失按10%計,冰機(jī)輸出冷量為1 012.6×1.1= 1 113.9 MJ,這是不考慮冰機(jī)的機(jī)械效率的能耗。

熱法氯化銨附產(chǎn)鹽335 kg/t,1 t產(chǎn)品蒸發(fā)水量為4.5 t,蒸汽消耗采用湖南裕華公司數(shù)據(jù)蒸發(fā)1 t H2O蒸汽消耗340 kg,則熱法氯化銨扣除附產(chǎn)鹽后蒸汽消耗為:

冷法聯(lián)堿與熱法聯(lián)堿在上述比較項(xiàng)目內(nèi)能耗為(蒸汽熱值3 763 kJ/kg):

=1 554 MJ

可以看出熱法聯(lián)堿能耗要比冷法聯(lián)堿低1 554 MJ,折合標(biāo)煤54.14 kg。由于目前做詳細(xì)的能耗比較還不具備條件,從上述粗略比較中基本可以得出熱法聯(lián)堿要比冷法聯(lián)堿能耗低。

至于熱法聯(lián)堿高溫下氯化銨母液的強(qiáng)烈腐蝕問題,隨著耐腐蝕材料鈦的廣泛應(yīng)用和價格的下降,以及防腐技術(shù)的發(fā)展,已逐步解決。氯化銨蒸發(fā)器采用復(fù)合鈦板制造,加熱器可用鈦管或鈦波紋管。工藝上還可以進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件,例如采用真空蒸發(fā)降低蒸發(fā)溫度,實(shí)施節(jié)能和降低母液腐蝕的措施。

可以這樣說,鹽資源的配置,工程技術(shù)的進(jìn)步,能耗的降低,防腐材料的應(yīng)用,已為發(fā)展熱法聯(lián)堿打下了好的基礎(chǔ)。

4 熱法聯(lián)堿的應(yīng)用情況

2009年銀珠化工科技委托大連化工研究設(shè)計院利用三聚氰胺尾氣制堿的熱法聯(lián)堿裝置,目前正在建設(shè)中;湖南裕華化工采用復(fù)分解法制小蘇打,母液采用熱法制氯化銨的裝置已投入運(yùn)行。

裕華化工熱法制氯化銨的裝置采用三效真空蒸發(fā)系統(tǒng),為提高熱利用率降低能耗,二次蒸汽采用熱泵技術(shù),并利用蒸汽冷凝水余熱,進(jìn)一步降低能耗,一效、三效蒸發(fā)器采用傳熱系數(shù)高、溫差損失小的降膜蒸發(fā)器,二效蒸發(fā)器析出氯化鈉采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器,氯化銨結(jié)晶器采用真空閃發(fā)結(jié)晶器。一效蒸發(fā)器沸點(diǎn)100～110℃,二效蒸發(fā)器沸點(diǎn)85～95℃,三效蒸發(fā)器沸點(diǎn)60～70℃,從而降低了設(shè)備腐蝕并節(jié)約了蒸汽,蒸發(fā)1t H2O蒸汽消耗為340 kg,熱效率為290%

據(jù)報道,該裝置已運(yùn)行1年,回收的鹽含NaCl≥95%,符合工業(yè)鹽國家標(biāo)準(zhǔn) GB5462-2003要求,氯化銨含N≥25%,符合農(nóng)業(yè)氯化銨產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)GB2946-1992要求。

5 熱法聯(lián)堿的優(yōu)勢

熱法聯(lián)堿直接用鹵水制堿,省掉了制鹽裝置,技術(shù)上更加合理,不僅簡化了工藝流程,設(shè)備數(shù)量也減少了,使裝置投資大幅度降低,且簡化了管理。粗略比較熱法聯(lián)堿能耗低于冷法聯(lián)堿,這一切都為成本的降低創(chuàng)造了條件,這是熱法聯(lián)堿的優(yōu)勢。

冷法聯(lián)堿母液當(dāng)量大,并且是“大循環(huán)”,存在母液平衡問題,對濾堿機(jī)技術(shù)要求更高。熱法聯(lián)堿制堿部分母液當(dāng)量小,母液只是在蒸發(fā)部分小循環(huán),不存在母液平衡問題,因而從管理角度看更簡單。由于不存在冷法聯(lián)堿母換設(shè)備、管道的清理問題及氨Ⅱ泥的排除,從環(huán)保角度看也更有優(yōu)越性。熱法聯(lián)堿制堿部分與氨堿法相同,但工藝條件卻比氨堿法更優(yōu)越。碳化采用濃氣制堿,可以得到更好的碳化結(jié)晶,而制堿當(dāng)量卻小于氨堿法,因采用純氣氨,母液的稀釋更小,比冷法聯(lián)堿碳化塔生產(chǎn)能力更大,也不存在碳化塔的清洗問題。

在裝置大型化上,熱法氯化銨也不存在問題,目前制鹽裝置蒸發(fā)器已發(fā)展到100萬t/a以上。如果借鑒100萬t/a真空制鹽φ8 000/φ8 000/φ9 000 /φ10 000/φ120 000的五效蒸發(fā)系統(tǒng),強(qiáng)制循環(huán)工藝,可以滿足70萬t/a熱法聯(lián)堿裝置的要求。大型化可以減少投資費(fèi)用,也降低了運(yùn)行費(fèi)用,簡化了生產(chǎn)管理。

6 結(jié) 語

技術(shù)發(fā)展到今天,制約熱法聯(lián)堿的障礙已逐步排除。綜合評價,熱法聯(lián)堿在投資、能耗上都優(yōu)于現(xiàn)今普遍采用的冷法聯(lián)堿。在鹽資源豐富的前提下,聯(lián)堿工藝技術(shù)路線的選擇也多了一種途徑。

當(dāng)然熱法聯(lián)堿的工程實(shí)踐僅僅是剛剛起步,在工藝流程的設(shè)計、工藝參數(shù)的選擇與優(yōu)化,裝置設(shè)備的選擇與設(shè)計,以及工程設(shè)計上還有很多工作要做。

現(xiàn)在已有熱法氯化銨的工業(yè)裝置運(yùn)行,我們可以借鑒他們的經(jīng)驗(yàn),在現(xiàn)有豐富的制堿經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,設(shè)計出節(jié)能的、環(huán)保的、更有競爭力的熱法聯(lián)堿裝置,因此建議把熱法聯(lián)堿技術(shù)作為一個重點(diǎn)寫入純堿行業(yè)“十二五”規(guī)劃中。當(dāng)然還有氯化銨的分解技術(shù),芒硝制堿技術(shù)的研究也應(yīng)當(dāng)考慮。

[1] 自貢市輕工業(yè)設(shè)計研究院有限責(zé)任公司.四川久大制鹽有限責(zé)任公司替代性節(jié)能環(huán)保熱、電、鹽聯(lián)產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報告書[R].2006

[2] 史曉平,等.復(fù)分解法生產(chǎn)小蘇打母液的綜合處理[J].無機(jī)鹽工業(yè).2010,42(8):57～59

[3] 化工部第八設(shè)計院,化工部制堿研究所.熱法氯化銨擴(kuò)大模擬試驗(yàn)報告[R].1965

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