年产百万吨级联碱工程新技术应用探析

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摘要：化工生产装置大型化可以明显降低产品投资和产品成本，联碱装置大型化已经成为我国纯碱行业发展的趋势。随着装置大型化，工艺流程中的短板、设备选型的难点也被逐渐放大。本文结合多年联碱工程设计及建设经验，介绍了AII泥处理、大型关键设备选型、氨味治理等新技术在我国年产百万吨级联碱工程中的应用。

关键词：联碱AII泥管状皮带；大型流化床；回转式包装机

纯碱是一种重要的基本化工原料，应用广泛，有“化工之母”之称。目前世界上广泛采用的化学合成生产纯碱的方法主要有索尔维（氨碱）法和联合制碱（联碱）法两种。联碱法又称侯氏制碱法,是我国化学工程专家侯德榜于1943年创立的，并于1953年7月1日获得新中国中央工商行政管理局颁发的发字第一号发明证书。1967年开始先后有一批小的联碱厂在中国获批建设，经过几十年的发展，联碱单套装置的能力不断提高，现在单套装置能力已达到百万吨级。

1联合制碱工艺原理

联合制碱法生产纯碱及氯化铵（简称联碱法），分为二个生产过程。第一过程为纯碱生产过程，简称制碱过程；第二过程为氯化铵生产过程，简称制铵过程，两个过程构成一个循环过程。向循环系统中连续加入原料氨、盐、二氧化碳和水，同时不断地生产出纯碱和氯化铵产品。

2联碱装置大型化所遇到的技术难点

随着联碱单套装置的能力的提高，设备大型化的选用难度和工艺技术问题也随之而来。以下几个方面是联碱装置大型化过程中值得关注和亟待解决的问题。1）废物AII泥的处理：在制碱生产过程中，因使用的盐中夹带有钙、镁、泥砂等废物，在生产过程中如处理不好就会影响产品质量。联碱法通常是将AII泥通过泥浆泵送入压滤系统，通过板框式压滤机回收滤液。而排放的AII泥存在NH3-N环保排放超标的问题。2）大规模生产中成品输送问题：在纯碱生产中，皮带机作为物料输送设备被广泛采用，但普通皮带机也存在着明显的缺点：①输送方式为敞开方式,输送纯碱、氯化铵等粉末状产品时，在生产运输过程中会产生大量的粉尘造成环境污染；②输送物料的角度较小、只能走直线，对地形的适应性差；转弯处需设立中转站。3）大型干燥和成品包装设备的选用：干燥和包装工序是联碱装置生产的重要环节，在保证生产运行可靠性的前提下，兼顾能耗、维护成本、占地面积等因素，合理地选择设备，是大型装置设计的关键。4）联碱系统氨味治理：氨主要出现在制冷、结晶、碳化工序，若设备未密封，则很容易有氨味，产品湿铵和重碱在皮带机的传送过程中直接暴露在空气中，未完全反应的氨挥发出来造成氨味较重。氨味治理不仅是保护环境的需要，也是减少原料消耗、降低成本的需要。

3百万吨级联碱生产中的技术难点的攻克

针对以上技术难点，我公司结合在60万t/a、80万t/a联碱工程中成功的实践经验，在100万t/a联碱项目中进行了深入的讨论，提出了应对的解决方案。

3.1从源头解决

AII泥问题一方面，研发了一种提高原料盐质量的生产技术。在用卤水生产联碱用原料盐工艺中，硝系统产生的母液经分离，部分返回硝系统继续制硝的硝回溶技术。该技术使SO42-充分转化成芒硝产品，减少其在进入末效盐蒸发器卤水中的含量，从而减少原料盐产品的SO42-含量，提高了原料盐产品质量，也从根源上减少了AII泥的产生。另一方面，采用澄清桶底流返回盐析结晶器的方式，将其随浓铵产品带出，既不会影响浓铵产品质量，又可避免排放AII泥对周围环境的影响，此工艺在百万吨级联碱工艺中首次使用，并取得了良好的效果。

3.2使用管状皮带机代替传统平皮带

管状输送机除有普通带式输送机的性能特点外，还有自己更为突出的特点[1]：①密闭输送物料；②输送线可沿空间曲线布置；③输送线可沿地形曲线布置；④大倾角输送；⑤分别利用胶带的上、下分支往返封闭输送物料；⑥占用空间高度，水平占地面积小。管状运输机可沿空间曲线布置的特性，可以优化项目的整体布置方案，提高土地利用率；由于管状运输机采用封闭输送，输送过程几乎不产生污染，符合国家的环保政策，管状皮带运输机在百万吨级联碱装置中进行了实际应用，收到了很好的效果。

3.3大型设备的选型

3.3.1大型流化床的应用重灰干燥小型流化床能力只有25t/h，而大型流化床能力可达46t/h。设备大型化优势如下：1）占地、安装投资成本：大型流化床设备紧凑，空间利用率高；模块化结构，现场安装就位方便[2]。2）运行及维护费用：大型化流化床每年的设备维护和仪表维护可大大降低。3）运行特性：流化床的侧立门可以打开，这样很方便进行内部传热管的内部清理工作；通过温度反馈来实现进料速率的调整，运行平稳，与上下游的生产容易实现自动化连续操作；充分利用流化风，改善了物料对于埋管的粘结性，使系统能稳定运行仍可以保持良好的传热效能。4）成品品质：物料通过流化床时的流动，使其磨损降至最低，输送设计确保物料颗粒磨损均匀，同时物料颗粒均匀受热，使最终成品纯碱的品质得以改善。3.3.2回转式小袋包装机目前国内纯碱小袋包装常用的包装机是双螺旋给料式包装机[3]。回转式小袋包装机是具有国际先进水平的全自动包装机，是采用气动振动器喂料的特殊旋转喂料装置，采用的包装袋为阀口袋，该种机型具有特殊旋转喂料装置，可实现多个下料口同时下料包装，设备封口采用超声波封口。年产百万吨级联碱装置使用了回转式小袋包装机，实践证明其具有高产量、高精度、操作简单、易于维护、运营成本低、环保、高度自动化运转周期长等特点，且不需要备机。

3.4多点集中实现氨味治理

氨味治理的原则是将联碱系统产生氨味的位置密封，采用引风机将含氨尾气引至水洗塔循环洗涤[4]。3.4.1结晶工序氨味治理。结晶工序滤铵机、离心机下料湿铵皮带、结晶厂房内储桶、AI/AII分配罐、滤液桶、母液回收罐等含氨气体通过配有风管，由湿法除氨系统引风机送往洗气塔洗涤放空；洗气塔采用循环洗涤方式，洗涤塔的洗水由含氨杂水泵补入，塔内洗水达一定氨含量后排入母液回收罐。离心机下料湿铵皮带机上方的封闭箱体使用玻璃钢材质，配有吸风管，通过洗涤塔风机送往洗涤塔除氨味后放空。湿铵皮带上配有玻璃钢箱体罩，氨味送往干铵水洗塔洗涤回收排放。3.4.2煅烧氨味治理。在煅烧重碱皮带每台煅烧炉下料入口配有吸氨味的风管，送往除氨味循环洗涤塔，用碳化送来净氨水循环洗涤吸收，气体放空，洗涤水回碳化过滤带机做洗水用或去结晶工序氨水制备装置。3.4.3碳化氨味治理。重碱皮带机加玻璃钢罩，用引风机将皮带罩内的含氨废气送到水洗塔，用水循环洗涤后放空；MI桶内含氨废气、带式滤碱机、出碱槽、缓冲槽含氨废气经引风机到水洗塔洗涤后排放至大气。洗涤水可去结晶工序。含氨废气经水洗后均符合氨的排放标准，可直接排空，洗水均回联碱系统，无废水排放。

4总结

实联化工（江苏）100万t/a联碱生产装置为国内首套百万吨规模的生产装置，其中包含多项联碱流程改进技术、主要设备放大技术,其中多项设备形式创新、工程设计放大等技术在联碱行业均为首次成功使用，填补了联碱生产设计专有技术的空白，为我国纯碱工业的不断发展起到了积极的推动作用。

参考文献：

［1］林展鸿.管状带式输送机与槽型皮带机的设计差异[J].自动化应用,2017(3):38-39+52.

［2］王明秀,马效军,刘洪文,迟庆峰.纯碱厂液相重灰流化床能力提升[J].纯碱工业,2018(6):24-26.

［3］孙涛,尹琳琳.小袋全自动包装机在轻碱生产中的应用[J].化工自动化及仪表,2018,45(10):794-797+811.

［4］刘天顺.金化集团联碱系统工业尾气污染治理总结[J].纯碱工业,2014(2):15-17.

作者:张春起 单位:天津渤化工程有限公司