5萬t/a二合一熔鹽法離子膜固堿生產工藝

李凡祿

（寧夏英力特化工股份有限公司氯堿分公司，寧夏石嘴山753202）

5萬t/a二合一熔鹽法離子膜固堿生產工藝

李凡祿

（寧夏英力特化工股份有限公司氯堿分公司，寧夏石嘴山753202）

介紹了二合一熔鹽法離子膜生產固堿工藝流程、關鍵設備選型及性能考核。分析了生產中的存在問題，提出了解決措施。

固堿；重油燃燒工藝；降膜蒸發器

寧夏英力特化工股份有限公司5萬t/a固堿項目于2007年進行論證，通過多方考察，最終確定采用降膜蒸發工藝。由于寧夏天然氣不足，重油、煤氣供應比較困難，該公司擬用煤作為加熱能源。用煤作為熔鹽的加熱介質在氧化鋁行業比較盛行，用在固堿生產的廠家比較少。通過國內考察及與提供固堿工藝包的國外廠家的技術交流，認為煤熔鹽法固堿完全可行，但前提是熔鹽溫度必須控制在（435±3）℃才能保證最終濃縮器使用壽命。經過論證，熔鹽單元的熱能由2個不同的系統提供，才能滿足國外固堿工藝包的條件。85%～90%的熱能由以煤為燃料的熔鹽加熱系統提供，將熔鹽從40℃加熱到約430℃，其他10%～15%的熱能由以重油為燃料的加熱系統提供，此系統用來控制到達最終濃縮器的熔鹽的溫度，以滿足高濃度單元的工藝要求。此項目2008年10月一次開車成功，各項指標均達到設計要求。

1 煤·重油二合一熔鹽法離子膜固堿生產工藝

1.1 工藝說明

48%堿液通過進料泵一次流過降膜蒸發器，堿液濃度被提升至61%。61%堿液通過堿泵從蒸發器的底部泄出，并被送至最終濃縮器。堿液一次流過特殊設計的最終濃縮器，濃度被提升至98.7%，產生的蒸汽用于加熱降膜蒸發器。產品的最終濃度99%是在閃蒸器中達到的。通過閃蒸，壓力被減至常壓。

將堿液從61%濃縮至98.7%所需的熱量是由熔鹽提供的。（385±3）℃熔鹽通過燃煤熔鹽爐底部打入爐內，熔鹽被加熱到（430±3）℃時，從熔鹽爐上部出來，再從重油熔鹽爐底部進入爐內，通過重油燃燒加熱熔鹽，將熔鹽溫度穩定在435℃，熔鹽從重油熔鹽爐上部出來進入最終濃縮器做為61%液堿的加熱介質。經過換熱后的熔鹽從最終濃縮器上部出來，通過自流進入熔鹽儲槽循環使用。部分熔鹽通過熔鹽泵輸送到閃蒸罐、堿液分配罐和99%熔融堿下堿管道做為其伴熱使用后自流回到熔鹽儲槽。

1.2 控制系統

5萬t/a固堿控制系統有3部分組成：熔鹽爐系統用PLC控制；堿濃縮系統用DCS控制；制片、包裝、庫存系統是現場半自動控制。最終將熔鹽爐系統、堿濃縮系統、制片、包裝系統組合到一起，實現DCS集中控制。

1.3 重油指標

低熱值：40.2×103kJ/kg，溫度為 50～70 °C，壓力為 0.3～0.5 MPa，黏度為 500 mm2/s（50 ℃）、50 mm2/s（100℃），硫的最高質量分數為3%。

1.4 設備簡介

（1）降膜蒸發器

降膜蒸發器設計成管束型。在降膜蒸發器頂部，堿液的分布方式如下：上管板的上方，即每個蒸發器頂部都安裝有立式插槽，堿液通過該插槽均勻地流入管內并向下進入管的內表面，沿內部管壁形成不間斷的膜。堿液離開管束進入安裝在降膜蒸發器下管板下方的蒸汽分離器。

（2）最終濃縮器

降膜濃縮器由10個單獨的降膜組件和1個氣液分離器構成。燒堿溶液在0.04 MPa的微小壓力下，在降膜濃縮組件的內部脫水。濃縮需要的熱由熔鹽通過在每個濃縮組件雙層內壁進行對流來提供。

用泵將燒堿溶液加入燒堿收集器的2個入口。在降膜濃縮組件的頂部，燒堿向下均勻地分布在內壁表面，從頂部到底部形成不間斷的膜。在每個濃縮器組件的中心插裝分流器，防止燒堿膜由于快速蒸發而吹掉。蒸發產生的蒸汽以及每個濃縮器組件底部的燒堿，在分流器的作用下使燒堿膜粘結到濃縮器組件的內表面。離開濃縮器組件的燒堿濃度約98.3%，并向下匯入分離器。

在分離器中，蒸汽的流速降低，使蒸汽夾帶的堿霧因重力與蒸汽分離落到分離器的底部。然后蒸汽經過細密鎳網制成的床墊型除霧器過濾后離開分離器。燒堿液滴因重力落回到分離器底部。除去堿霧的蒸汽用于加熱降膜蒸發器。

每個濃縮器組件都配備有單獨的加熱夾套，在夾套中，熔鹽與燒堿逆向流動。熔鹽進入夾套并通過鹽收集器帶走。在每個加熱夾套的出口端配有的節流閥可以使熔鹽均勻地分布到所有的濃縮器組件中。每個組件都配備了預熱用的蒸汽伴熱。

在停車期間，為了防止氧氣進入最終濃縮器系統，將低壓蒸汽經燒堿進料管線進入降膜蒸發器。

（3）閃蒸蒸發器

高濃縮的燒堿熔融物以微小的壓力和質量分數約98.3%離開最終濃縮器。憑借安裝在最終濃縮器和閃蒸蒸發器管線之間的孔板在管線上產生壓力降，它帶來的閃蒸效果使燒堿熔融物質量分數達到99%。

（4）重油加熱系統

重油加熱系統主要包括PLC控制系統，熔鹽循環加熱器，安裝在加熱器頂部的重油燃燒爐、重油預熱系統、重油加壓泵、助燃空氣和廢氣管道、助燃空氣風機及廢氣煙道。重油燃燒功率為860 kW。

1.5 熔鹽

熔鹽由53%的硝酸鉀，40%的亞硝酸鈉，7%的硝酸鈉組成。這種熔鹽介質具有優良的導熱性質，較低壓力下可達到400℃，不易燃，不腐蝕，可以使用多年。另一方面，這種熔鹽介質存在結晶點高的缺點，是這一缺點可通過確保有效伴熱來解決。在氧氣存在下，NaNO2氧化成NaNO3，使結晶點連續上升，可以用氮氣保護鹽罐來避免氧化。盡管采取了上述預防措施，熔鹽運轉使用幾年之后必須更換，用新的組分來更換部分熔鹽。

2 性能考核

72 h共生產片堿497.7 t，平均每天165.9 t，達到了5萬t/a固堿的設計標準。固體質量分數為99.1%（設計為99.0%），含NaOH≥98.7%，片堿溫度低于60℃，片堿產品質量達到設計要求。

消耗指標為煙煤0.4 t/t，每天消耗為66 t；消耗重油0.015 t/t，平均每天消耗2.475 t；原料48%液堿單耗1.015 t/t；保護設備用氮氣40瓶；糖單耗為0.3 kg/t。

3 固堿生產運行中存在的問題及解決方法

（1）降膜濃縮器液位在DCS系統上顯示不穩定，有時存在假液位現象，給操作人員帶來控制上的不方便，只能采取手動控制，無法實現自動調節。解決辦法是由儀表校對液位變送器，適當做零點遷移，使輸送數據準確，信息反饋靈敏。

（2）連接閃蒸罐與堿分配器的管道焊接孔板的孔徑為17 mm，滿足不了閃蒸罐液體的順利輸送，造成閃蒸罐液位過高，易使閃蒸罐吹掃蒸汽管道和密封墊損壞及結晶。解決辦法是將孔板的孔直徑擴大到23 mm。

（3）目前無法保證氮氣連續供給鎳制設備使用，瓶裝氮氣在較高流量使用時， 氮氣瓶會迅速結霜，甚至堵塞氮氣出口。公用工程車間提高氮氣純度架設管道輸送到固堿，可保證固堿工序氮氣的正常使用。

片堿機結片面積大，堵塞片堿機下料溜槽。處理措施為調節片堿機冷卻水量，控制好冷卻水回水溫度在50℃，在4m3/h進料量的時候調節片堿機轉速為3.0 r/min。

（4）熔鹽管道閥門設計選型有誤，密封墊時常泄漏。處理措施為密封墊選型嚴格按規范進行，安裝時嚴格按規程進行，打壓試漏合格后投入使用，投入后，嚴格按高溫管道規范進行升溫控制；大修時更換閥門。

4 環保情況

來自重油爐燃燒器煙道氣中的成分為：CO214.006%，H2O 11.654%，N272.364%，O21.975%。密度為1.6 kg/m3。

5 結語

傳統的固堿生產大都采用大鍋熬制生產工藝，缺點是間斷生產、工藝落后、生產環境差、勞動強度高、裝置占地面積大、產品質量不穩定、堿損耗高、污染環境、生產成本高。煤重油二合一熔鹽法離子膜固堿生產技術克服了鍋法生產中的所有缺點，也滿足了進口熔鹽降膜法生產工藝對燃料的嚴格要求，同時利用了該地區豐富的煤炭資源，能耗比鍋法低一半以上。

Method on 50 kt/a two-in-one solid ionic membrane caustic soda production with molten salt

LI Fan-lu
(Chlor-alkali Branch of Ningxia Younglight Chemical Co.,Ltd.,Shizuishan 753202,China)

The process flow path,type selection of main equipments and property test of two-in-one solid ionic membrane caustic soda production were introduced.The existing problems in production were analysed,and the solutions were put forward.

solid caustic soda;burning method of process;falling-film evaporator

TQ114.26+8

B

1009－1785(2010)03－0010-02

2009-06-22