聯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)

專論與綜述

聯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)

提出了選擇熱法聯堿工藝技術路線的條件及可行性。

鹽資源;熱法聯堿

1 問題的提出

現在聯堿工藝技術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,可以稱之為冷法聯堿(這是相對采用加熱蒸發析出氯化銨稱之為熱法聯堿而定義)。冷法聯堿經過40多年的發展,不斷的改進創新,無論從工藝流程、設備完善、裝置大型化、工程設計上都逐步成熟,在我國得到廣泛的應用。

以前,國內聯堿廠沒有鹽資源,原料鹽只能靠買入,工藝路線一般選擇冷法聯堿的工藝技術路線。近年來,新建聯堿廠從市場競爭角度出發,為降低成本都從資源配置考慮,因而都有自己的鹽廠,而技術路線仍然是傳統的鹵水制鹽,鹽再加入母液溶解制堿的方法,從技術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堿的工藝路線,還應該發展能耗更合理的制堿方法——熱法聯堿。

2 什么是熱法聯堿

熱法聯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裝置,將脫氨后的濾過母液加熱蒸發到一定濃度,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使用。這樣熱法聯堿裝置省掉了現在冷法聯堿的冷析結晶、鹽析結晶和冷凍工序的投資。

3 發展熱法聯堿的可行性

熱法聯堿早在上世紀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行了擴大模擬實驗,對熱法聯堿工藝條件、設備選用做了大量的工作。由于在當時的技術條件下,熱法氯化銨部分要蒸發 4.5 t H2O/t,蒸汽耗量太高,很不經濟,另外在高溫下氯化銨母液的腐蝕性太強,設備材質上不能有效地解決,因而當時建設熱法聯堿的想法只能擱置,鴻化只能采用冷法聯堿的工藝技術路線,形成現有的聯堿裝置。

如今,蒸發技術的發展完善已使蒸發噸水的耗蒸汽量大幅度降低,以制鹽采用五效蒸發器系統并結合其他熱量回收技術為例,蒸發1 t H2O蒸汽耗量可以降到286 kg。這樣熱法氯化銨每噸產品只需要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堿與冷法聯堿能耗時,可以暫不考慮聯堿的重堿煅燒工序,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堿耗鹽能耗,加上結晶冷凍的能耗進行比較。更簡單地講,即是熱法氯化銨蒸發水量與冷法聯堿制鹽蒸發水量加上冰機輸出冷量的對比(因為兩種方法配置電機容量相差不大)。

生產1 t鹽蒸發水量為3.341 t,冷法聯堿雙噸產品用鹽1.14 t,蒸發水量為3.341×1.14=3.808 t,蒸汽消耗按自貢久大鹽廠2009年數據,蒸發1 t H2O蒸汽消耗334 kg,冷法聯堿用鹽蒸汽消耗為3.808×334=1 273 kg。

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

熱法氯化銨附產鹽335 kg/t,1 t產品蒸發水量為4.5 t,蒸汽消耗采用湖南裕華公司數據蒸發1 t H2O蒸汽消耗340 kg,則熱法氯化銨扣除附產鹽后蒸汽消耗為:

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

=1 554 MJ

可以看出熱法聯堿能耗要比冷法聯堿低1 554 MJ,折合標煤54.14 kg。由于目前做詳細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堿要比冷法聯堿能耗低。

至于熱法聯堿高溫下氯化銨母液的強烈腐蝕問題,隨著耐腐蝕材料鈦的廣泛應用和價格的下降,以及防腐技術的發展,已逐步解決。氯化銨蒸發器采用復合鈦板制造,加熱器可用鈦管或鈦波紋管。工藝上還可以進一步優化工藝條件,例如采用真空蒸發降低蒸發溫度,實施節能和降低母液腐蝕的措施。

可以這樣說,鹽資源的配置,工程技術的進步,能耗的降低,防腐材料的應用,已為發展熱法聯堿打下了好的基礎。

4 熱法聯堿的應用情況

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

裕華化工熱法制氯化銨的裝置采用三效真空蒸發系統,為提高熱利用率降低能耗,二次蒸汽采用熱泵技術,并利用蒸汽冷凝水余熱,進一步降低能耗,一效、三效蒸發器采用傳熱系數高、溫差損失小的降膜蒸發器,二效蒸發器析出氯化鈉采用強制循環蒸發結晶器,氯化銨結晶器采用真空閃發結晶器。一效蒸發器沸點100～110℃,二效蒸發器沸點85～95℃,三效蒸發器沸點60～70℃,從而降低了設備腐蝕并節約了蒸汽,蒸發1t H2O蒸汽消耗為340 kg,熱效率為290%

據報道,該裝置已運行1年,回收的鹽含NaCl≥95%,符合工業鹽國家標準 GB5462-2003要求,氯化銨含N≥25%,符合農業氯化銨產品國家標準GB2946-1992要求。

5 熱法聯堿的優勢

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

冷法聯堿母液當量大,并且是“大循環”,存在母液平衡問題,對濾堿機技術要求更高。熱法聯堿制堿部分母液當量小,母液只是在蒸發部分小循環,不存在母液平衡問題,因而從管理角度看更簡單。由于不存在冷法聯堿母換設備、管道的清理問題及氨Ⅱ泥的排除,從環保角度看也更有優越性。熱法聯堿制堿部分與氨堿法相同,但工藝條件卻比氨堿法更優越。碳化采用濃氣制堿,可以得到更好的碳化結晶,而制堿當量卻小于氨堿法,因采用純氣氨,母液的稀釋更小,比冷法聯堿碳化塔生產能力更大,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,目前制鹽裝置蒸發器已發展到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的五效蒸發系統,強制循環工藝,可以滿足70萬t/a熱法聯堿裝置的要求。大型化可以減少投資費用,也降低了運行費用,簡化了生產管理。

6 結 語

技術發展到今天,制約熱法聯堿的障礙已逐步排除。綜合評價,熱法聯堿在投資、能耗上都優于現今普遍采用的冷法聯堿。在鹽資源豐富的前提下,聯堿工藝技術路線的選擇也多了一種途徑。

當然熱法聯堿的工程實踐僅僅是剛剛起步,在工藝流程的設計、工藝參數的選擇與優化,裝置設備的選擇與設計,以及工程設計上還有很多工作要做。

現在已有熱法氯化銨的工業裝置運行,我們可以借鑒他們的經驗,在現有豐富的制堿經驗基礎上,設計出節能的、環保的、更有競爭力的熱法聯堿裝置,因此建議把熱法聯堿技術作為一個重點寫入純堿行業“十二五”規劃中。當然還有氯化銨的分解技術,芒硝制堿技術的研究也應當考慮。

[1] 自貢市輕工業設計研究院有限責任公司.四川久大制鹽有限責任公司替代性節能環保熱、電、鹽聯產建設項目可行性研究報告書[R].2006

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

[3] 化工部第八設計院,化工部制堿研究所.熱法氯化銨擴大模擬試驗報告[R].1965

TQ 114.161

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1005-8370(2011)03-03-02

2010-12-20