燒堿裝置蒸發固堿單元工藝介紹及評價

吳岷峰，張為

（天津市成晟石化技術有限公司，天津 300000）

l 概述

燒堿作為重要的基本無機化工原料，被廣泛應用于輕工、紡織、石油化工、有色冶金和公用事業等領域。2001 年，我國正式加入世界貿易組織(WTO)，中國經濟開始迎接前所未有的發展機遇與挑戰。2003 年受世界經濟復蘇拉動，中國經濟逐步提速，GDP 保持在年均10%以上的增長速度。在需求提升的帶動下，各相關產品產量均有所增加，中國邁上了飛速發展的快車道。此外，受益于國家西部大開發政策，一批具有資源優勢的氯堿企業迅速崛起，中國氯堿行業躍居世界氯堿大國行列。再加上2007年國家頒布的《氯堿行業準入條件》，提高了氯堿行業的產業集中度，進一步優化了資源配置，使氯堿行業更加趨向于大型化、集團化、規模化發展。

但在2008 年下半年，受美國次貸危機所引發的全球性金融危機的影響，國內下游需求持續低迷，產能相對過剩，企業開工負荷普遍降低，盈利能力大幅下降，行業競爭愈加激烈，這也使得拓展開發海外市場顯得尤為重要。固堿，是燒堿市場中的暢銷產品，其具有堿含量高、包裝簡單、運輸方便、易于儲存、使用方便等特點，因此非常適合出口貿易。

2 蒸發固堿單元總述

此單元是為離子膜堿濃縮而設計的，其核心設備是由三效逆流降膜蒸發器、預濃縮器及最終濃縮器組成，其中每個效體又是由降膜蒸發器、氣液分離器、泵以及板式換熱器組成。此系統通過生蒸汽、生蒸汽產生的二次蒸汽以及熔鹽系統的加熱，將32%堿液濃縮至98%～99%，再經過結片機或造粒塔，產生片狀或粒狀的固堿。接下來就以粒堿為例，對整個單元進行工藝系統描述。

3 工藝簡述

3.1 堿系統

堿液泵將來自二次鹽水電解或成品罐區中32%的堿液加入到一效降膜蒸發器中，通過二效蒸發器產生的二次蒸汽加熱蒸發為36%的堿液，再經堿液泵及板式換熱器流入到二效降膜蒸發器中，通過三效降膜蒸發器產生的二次蒸汽加熱蒸發為42%的堿液，再經堿液泵及板式換熱器流入到三效降膜蒸發器，三效是由1.0MPa 的飽和生蒸汽加熱，將42%的堿液濃縮至50%，再將50%堿液送至預濃縮器中，預濃縮器以最終濃縮器中產生的二次蒸汽為熱源，將堿液濃縮至62%，最后送至最終濃縮器，最終濃縮器由一組單管降膜管組成，每根單管依靠通過熔鹽爐加熱至額定溫度的熔鹽為熱源，將堿液濃縮至97%，通過閃蒸罐進行第一次閃蒸，將濃度提高至98.3%后送至熔融堿儲罐，再通過閃蒸蒸發器將濃度提高至99.3%，通過熔融堿泵送至造粒塔頂部，經噴淋制成粒狀燒堿送至粒堿冷卻器冷卻，再由斗提機送至篩分裝置，篩分裝置將產品區分為合格產品與不合格產品，其中不合格的粒堿通過粒堿溜管回收到堿溶解槽重新溶解回收，合格產品送至料倉后，最后通過螺旋輸送器送至全自動包裝機或半自動包裝機包裝入庫。

3.2 蔗糖系統

使用在整個蒸發濃縮過程中產生的工藝冷凝液將蔗糖溶解攪拌，在糖液制備罐中溶解成5%～10%的蔗糖溶液，再通過糖液計量泵加入到50%堿液管中，防止堿液對鎳管的腐蝕，降低堿液中的鎳含量。

3.3 熔鹽系統

熔鹽是整個固堿系統的主要熱源，熔鹽經過熔鹽泵從熔鹽貯罐中送入到熔鹽爐，熔鹽爐以天然氣或重油為燃料，將熔鹽加熱至430℃后，作為熱源送至最終濃縮器、固堿分配器、閃蒸罐以及一些含有較高濃度堿液的堿管(堿液質量分數高于62%)。熔鹽在完成加熱后通過重力自流到熔鹽貯罐中，以此實現循環利用。

3.4 蒸汽系統

來自界區10 Bar 的飽和蒸汽，主要作用是作為加熱介質送至降膜蒸發器將堿液從32%濃縮至50%，其次是分成兩個部分，一部分作為伴熱管道，為熔鹽罐及熔鹽管道等預熱，由于在開車運行初期，整個系統的運行溫度低，熔鹽作為一種熔融狀態的介質，容易凝固結晶，故此在系統運行溫度穩定以前，需要依靠蒸汽伴熱保證初期運行；另一部分經過減壓閥，將壓力降至為3×105pa 的低壓蒸汽，低壓蒸汽的主要作用是為32%～62%等低濃度的堿液伴熱，防止堿液在生產環境溫度降低的時候結晶，并被設置為軟管站，以備生產停車過程設備及管道的清理使用。

3.5 蒸汽冷凝液系統

在蒸發器生產過程中產生大量的二次蒸汽，將二次蒸汽管道與表面冷凝器相連，在水環真空泵作用下，一方面滿足了蒸發器在真空或負壓條件下的操作需求，同時也將二次蒸汽通過表面冷凝器過程產生的惰性氣體排出裝置廠房外，而產生的蒸汽冷凝液通過重力，流入蒸汽冷凝液罐。一部分冷凝液用于整個系統的生產需要，例如將糖液溶解等，另一部分通過泵送至一次鹽水，用于化鹽，在節省化鹽用水量的同時，也實現了蒸汽冷凝液的回收再利用。

3.6 公用工程系統

整個生產過程中，使用了包括循環水、冷凍水、生產水、純水、儀表空氣、壓縮空氣、氮氣、干燥空氣等公用系統管道。其中循環水、冷凍水作為表面冷凝器、板式換熱器、粒堿冷卻器在生產過程中充當冷卻介質；生產水作為洗眼器使用水，為生產過程中的人員安全提供保證；純水作為泵機封水，延長泵的使用壽命；儀表空氣為儀表器械提供氣源外，還被設置為軟管站，以備停車檢查使用；壓縮空氣被設置為軟管站，作為吹掃氣，同樣以備停車檢查使用；氮氣作為保護氣，在生產過程中保護鎳設備及防止熔鹽變質避免傳熱源熔點上升；干燥空氣主要是為了防止固堿在傳輸和包裝過程中發生潮解。

3.7 廢氣系統

廢氣系統主要包含了三個部分，一部分為熔鹽爐加熱過程產生的燃料氣，經循環冷卻后直接排入大氣；一部分是造粒過程中產生的大量廢氣，由于廢氣中含堿，所以使用廢氣風機將其抽送至廢氣洗滌塔，將堿溶解分離回收，廢氣直接排入大氣；最后一部分是包裝過程中產生的堿塵，考慮了堿的強腐蝕性，所以要保證整個包裝區無堿塵，在裝袋處兩側設置抽吸軟管，通過抽氣風機將堿塵抽至溶解槽中溶解，消除堿塵。

4 工藝評價

整個系統通過儀表及DCS 實現自動化控制，便于操作管理，從而節約了勞動力，迎合了工廠向自動化生產管理模式發展的要求。在生產過程中，最大程度上利用了蒸汽的熱能，使之產生的二次蒸汽循環利用，從而節約了蒸汽耗用量；同時在純水的使用上，通過增加純水罐及板式換熱器，實現了純水作為機封水的循環利用；并且由于鈉離子是整個燒堿裝置中的主要原料，工藝充分考慮了對其的回收再利用；另外，整個工藝系統產生的廢水，通過積水坑收集，并用泵將其送至一次鹽水化鹽使用，使廢水排放量為零。

但是，整個生產工藝也存在不足，一方面，在粒堿包裝過程中會產生大量堿塵，尤其是在半自動包裝過程中，單純依靠抽氣風機不能完全消除堿塵，從而威脅到生產操作人員的身體健康；另一方面，由于粒堿對環境濕度要求嚴格，雖然在生產過程中，通過連續通入干燥空氣及增加空調來控制環境濕度，但在包裝儲存環節中仍無法完全避免潮解問題。以上兩方面仍然是未來工程設計中亟待解決的重要課題。

5 結語

綜上所述，整個粒堿裝置系統以循環經濟為理念，其擁有工藝流程短、便于操作管理、自動化程度高、節約能源、有效減少“三廢”排放、產品質量高等優點，得到了用戶對粒堿產品的認可，滿足了市場的需求。使粒堿在今后的市場上有更好的發展趨勢。