新建22.5萬t/a固堿項目工藝優化設計

任曉佳，陳天宇，佘鴻俊

(1.新疆中泰化學托克遜能化有限公司，新疆 托克遜 831500;2.武漢立為工程技術有限公司，湖北 武漢 430000)

新疆中泰化學托克遜能化有限公司高性能樹脂項目在原項目基礎上新建22.5萬t/a的固堿裝置，即3套7.5萬t/a熔鹽法固堿濃縮裝置工藝的生產線。

因當地氣源限制，本項目使用燃煤加熱熔鹽的工藝方式，配套設有煙氣脫硝、除塵、脫硫處理裝置。

1 項目概況及建設意義

項目前期已經建成如下裝置:20萬t/a本體法專用料樹脂裝置、9萬t/a特種糊狀樹脂裝置、22.5萬t/a離子膜法燒堿裝置、30萬t/a氯乙烯單體裝置、配套整體基礎設施工程。目前已建成裝置生產50%堿液，無固堿產品，為了豐富產品結構，提高市場競爭力，新增設計固堿裝置。本項目由片堿及濃縮系統、熔鹽爐系統、煙氣處理系統3部分組成，配套建設輔助裝置包括固堿循環水站、固堿機柜間、固堿變電所、固堿倉庫。

2 工藝方案

2.1 工藝流程

2.1.1 片堿生產工藝流程

由蒸發工段送入的50%堿液進入降膜蒸發器，堿液一次流過該蒸發器，在真空狀態下質量分數從50%提升至約62%;產生的二次蒸汽在表面冷凝器中凝結，收集于工藝冷凝液罐中，由泵送出界區。62%的堿液一次流過特種設計的最終降膜濃縮器，質量分數提升至98.3%;最終濃縮器處于負壓狀態，產生的蒸汽用于加熱降膜蒸發器。在閃蒸器中，系統壓力變為常壓，通過閃蒸效應，燒堿質量分數被最終提至98.5%。

為避免最終濃縮器受到高濃度燒堿的重度腐蝕，須向堿液中加入適量糖水。在糖液制備罐內準備質量分數5%～10%的糖水，用計量泵將糖水定量投入工藝裝置中。

熔融堿從閃蒸器通過排料管流入特殊設計的分配器。之后，熔融堿靠重力經熔鹽伴熱的管線流向片堿機，在片堿機內，熔融堿被制成低溫片堿。片堿生產工藝流程如圖1所示。

圖1 片堿生產工藝流程圖Fig.1 Process flow of flakey caustic soda production

2.1.2 熔鹽系統

熔鹽系統由熔鹽槽、熔鹽泵、熔鹽爐、除氧器、余熱鍋爐、空氣預熱器、鼓風機、引風機組成。固體粉末狀熔鹽裝填在熔鹽槽由電加熱器將熔鹽加熱成熔融狀態，由熔鹽泵將熔鹽打至熔鹽爐加熱至約430℃，高溫熔鹽將質量分數62%燒堿蒸發至無水狀態，傳熱后的熔鹽在重力作用下流回熔鹽槽。同時，高溫熔鹽也作為閃蒸器、分配器及高濃度堿液的伴熱介質，伴熱后回流到熔鹽槽中。熔鹽系統流程圖如圖2所示。

圖2 熔鹽系統流程圖Fig.2 Process flow of molten salt system

由熔鹽爐出來的高溫煙氣通過兩級余熱鍋爐副產蒸汽，蒸汽回收至蒸發裝置回收利用，煙氣經脫硝、除塵、脫硫后通過煙囪達標排放。煙氣流動的主要動力為引風機，并保證整個煙氣系統微負壓的工況。

燃料煤是通過上煤輸送系統送入爐前煤斗內，再通過爐排的運轉進入爐膛內燃燒;助燃空氣由鼓風機送入。

2.1.3 煙氣處理系統

新建3套熔鹽爐煙氣脫硝、除塵、脫硫處理裝置，配套3條片堿生產線，單條線處理能力30 000 m3/h。脫硝采用選擇性催化還原技術(SCR)，還原劑為尿素;除塵采用布袋除塵工藝;脫硫采用電石渣－石膏法濕法脫硫工藝，電石渣漿液的主要成分為5%～25%的Ca(OH)2、0.03%硫化物和磷化物。處理后的煙氣通過脫硫吸收塔頂部煙囪排入大氣，塔體及煙囪高度約34.5 m。

(1)脫硝工藝流程簡述。

脫硝采用選擇性催化還原技術，還原劑為外購的尿素顆粒。由人工將尿素顆粒投入尿素溶解罐中，攪拌，并經蒸汽加熱制成質量分數15%～20%尿素溶液，然后轉移輸送到尿素溶液儲罐，儲罐內的尿素溶液經輸送泵輸送至計量分配模塊，再與壓縮空氣混合經噴槍霧化后，噴入熱解器內熱解，產生氨氣。氨氣與高溫煙氣混合后送至入口煙道，在催化劑的作用下與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O，從而達到煙氣脫硝的目的。

(2)除塵工藝流程簡述。

從空氣預熱器出來的煙氣進入布袋除塵器，從側面經箱體下部進入灰斗后，大顆粒在重力作用下在灰斗內沉降下來，小顆粒跟隨煙氣一同進入袋濾室，通過濾袋表面的慣性、碰撞等綜合效應，粉塵沉降在濾袋表面上并形成粉塵層;凈化后的煙氣進入凈氣室經引風機送至脫硫吸收塔。濾袋上的粉塵經壓縮空氣定期噴吹，掉落在灰斗內，再經卸料閥及螺旋輸送機輸送至灰倉存儲。

(3)脫硫工藝流程簡述。

本裝置脫硫采用電石渣－石膏法濕法脫硫工藝，脫硫劑為來自廠區的電石渣漿液。吸收塔內煙氣中的SO2與電石渣(主要成分氫氧化鈣)反應后生成亞硫酸鈣，經氧化空氣強制氧化為石膏，再由石膏排出泵輸送至石膏脫水系統脫水后外運。吸收塔采用單回路噴淋塔設計，設置氧化空氣管網，塔內吸收段設置合金增效板和標準噴淋層，每層噴淋層配1臺漿液循環泵，塔上部設置高效除霧器。該工藝技術經廣泛應用證明是十分成熟可靠的。煙氣從引風機出口煙道引出進入吸收塔，經過合金增效板對煙氣進行均布，與來自上部的噴淋層的漿液逆流接觸，進行脫硫吸收反應，脫硫后的凈煙氣經吸收塔頂部除霧器除去攜帶的液滴，此時溫度約54℃。脫硫后的凈煙氣通過塔頂煙囪排放至大氣。

煙氣處理工藝流程如圖3所示。

圖3 煙氣處理系統流程圖Fig.3 Process flow of flue gas treatment system

2.1.4 循環水系統

本系統由循環水泵房、閉式冷卻塔(帶噴淋集水盤)、膨脹罐、循環給水泵、全自動過濾器、過濾器出水提升泵、加藥裝置及系統管線等組成。經過工藝換熱升溫后的循環回水，依靠余壓送至冷卻塔，經閉式冷卻塔冷卻后由設置在泵房內的循環給水泵加壓，分別送至各用戶。冷卻塔利用集水盤中水噴淋冷卻。采用全自動過濾器對循環水進行旁濾處理。采用全自動水質穩定加藥裝置為閉式系統和噴淋系統投加緩蝕阻垢藥劑。為防止噴淋系統中菌藻的滋生，采用沖擊式投加次氯酸鈉的方式加以控制。循環水補充水由生產水直接供給，排污水送至原有廠區中水回用工段處理。

2.2 設計數據

2.2.1 主要原料供應及來源

主要原料供應及來源如下:50%堿液，年用量45萬t，來自現有裝置;固體蔗糖，年使用量56.25 t，外購;98%尿素(固態)，年使用量144 t，外購;15%電石漿液，年使用量11 456 t，來自現有裝置;熔鹽(KNO3+NaNO3+NaNO2)，年使用量252 t，一次性填充，外購;塊煤，年使用量4.92萬t，外購。

2.2.2 產品品種及規模

產品品種及規模:片堿，22.5萬t/a，外售;煤灰，3 586 t/a，制水泥;石膏，4 800 t/a，制水泥。

2.2.3 工程綜合技術經濟指標

生產水:正常用水量，58 m3/h;最大用水量，65 m3/h。生活水:正常用水量，0 m3/h;最大用水量，2 m3/h。純水:正常用水量，8 m3/h;最大用水量，13 m3/h。供電:動力電，4 118.4 kW。

2.2.3 煙氣排放指標控制

煙囪出口污染物排放濃度滿足SO2質量濃度＜68 mg/m3(標態、干基、9%O2)、NOx質量濃度＜138 mg/m3(標態、干基、9%O2)、顆粒物質量濃度＜20 mg/m3(標態、干基、9%O2)。

3 優化設計

3.1 堿系統

本項目設計增加了廢堿回收系統，該系統由廢堿罐、廢堿泵、廢堿冷卻器、管道閥門等組成，用于收集裝置停車排放的廢堿，主要來自U形彎排堿、清洗片堿機廢堿水、分配器溢流堿、50%和62%燒堿管道停車排放堿等。用純水或二次蒸汽冷凝液對收集的廢堿進行溶解，質量分數達到30%～50%的堿液由廢堿泵送至蒸發工序32%堿緩沖罐進行回收。減少了人工收集搬運廢堿工作，提高了生產效率，降低了員工勞動強度，改善了現場作業環境。

3.2 熔鹽系統

采用電加熱裝置將熔鹽槽內的熔鹽加熱熔融，使其處于能流動的熔融狀態。以往蒸汽化鹽往往需要很長的時間，且產生極大的噪聲，使用電加熱方式不僅縮短了化鹽時間，滿足不同的生產狀態，也能改善作業環境。

因燃煤熔鹽爐的特殊性，本項目熔鹽爐設計兩條熔鹽回流主管線，當濃縮裝置停車時，熔鹽循環系統持續運行，使生產工況更加靈活。

煙氣系統設計兩級余熱鍋爐，即每小時產生10 t 1.0 MPa(表壓)的蒸汽，回用至蒸發裝置代替生蒸汽加熱濃縮32%堿液，以降低50%堿的生產成本。

3.3 煙氣處理系統

3.3.1 脫硝系統

脫硝系統采用目前最先進和可靠的SCR脫硝技術，工藝系統成熟可靠并有較高的脫硝效率，脫硝催化劑采用目前最可靠的高溫催化劑，選擇合適的流速，保證脫硝效率的同時，延長催化劑的使用壽命。在選擇性催化劑還原脫硝工藝技術中，目前行業根據還原劑的來源分為:液氨脫硝、氨水脫硝、尿素脫硝3類。

受到一些液氨泄漏災難事故的影響，液氨在脫硝中的應用越來越受到限制，不被采用。

在新疆地區，因氣候、環境、安全的要求，氨水儲罐需要放置在通暖的封閉廠棚內。根據GB 12268《危險化學物品名錄》規定，氨水也是一種危險品。氨水在封閉空間內存儲的安全要求也相對較高，且氨水在運輸過程中的危險性遠高于液氨，運輸和存儲成本較高。

尿素是農用肥料，在運輸和存儲中無需考慮安全及危險性，尿素的供氨系統也不需要特殊的安全防護。尿素沒有溢出危險，對周圍環境要求低。在催化劑效率相同的情況下，用尿素要比氨水好，因為即便是尿素噴多了，對設備的腐蝕性也可以控制;如果直接噴氨水，噴多了會污染設備(氨有一定的吸附性和腐蝕性，附著在煙道上很難消除)。

尿素被認為是安全、環保的脫硝還原劑。因此，在環境和安全要求比較高的地區和企業，以尿素作為還原劑的脫硝工藝是一種適當的選擇。

本項目脫硝利用鍋爐高溫煙氣熱解尿素，為脫硝提供反應所需氨氣，節省了尿素熱解、水解所需的蒸汽和電消耗，極大地降低了脫硝系統的運行成本。

3.3.2 脫硫系統

濕法脫硫技術效率高、操作簡單。常用的電石渣漿液－石膏法的濕法煙氣脫硫技術原理是利用電石渣漿液吸收煙氣中的SO2，生成亞硫酸鈣，經空氣氧化后生成含結晶水的石膏。根據中泰化學循環經濟發展理念，生成的石膏可以送到綠色建材廠制水泥。該方法操作簡單，二次污染少，無結垢和堵塞問題。該反應為氣液反應，反應速度快，脫硫效率高，生產運行安全可靠，是目前世界上技術成熟、運行穩定的脫硫工藝，脫硫效率達到90%以上。濕法脫硫與干法脫硫相比，設備磨損及結垢大大減輕，且能較好地適應系統負荷正常波動，對運行人員水平要求一般，有利于系統的長期安全穩定運行。脫硫系統采用成熟可靠的電石渣－石膏法脫硫工藝，使得難以處理的電石渣得到了合理利用。

脫硫系統采用塔頂煙囪方案，不單獨設煙囪，節約用地的同時節省了項目投資費用。脫硫吸收塔設計采用增效板塔方案，選取合適的液氣比及漿液停留時間，保證脫硫效率的同時節省項目投資費用。

3.4 冷凝液的綜合利用

堿液由50%濃縮至62%生成的二次冷凝液，理論上水質接近于純水水質，設計去上游離子膜裝置以及純水站的蒸汽冷凝液罐回收利用。在裝置內，這部分水也用于化糖水、溶解回收的廢堿。

3.5 吹灰系統

由于使用燒煤熔鹽爐系統，在燃燒過程中系統會積灰，從而影響燃燒效率，因此須定時吹灰。本裝置使用激波吹灰器和聲波吹灰器兩種相結合的設計工藝，熔鹽爐、余熱鍋爐、空氣預熱器分別設置7個激波吹灰點，煙氣處理系統SCR反應器設置1個聲波吹灰點，及時清理系統積灰，保證系統正常有效運行。

3.6 鍋爐補水系統

鍋爐補水來自外網純水和蒸發機封水罐，當外網純水無法供應時，這部分水也能及時給余熱鍋爐補給，以緩解鍋爐故障缺水的情況。由外網供給的純水，經除氧器加熱沸騰除去純水中可能含有的空氣后，經給水泵打入兩級余熱鍋爐。

3.7 上煤系統

本項目燃料煤儲運工段設置燃料煤庫一座，占地約600 m2(40 m×15 m)，最大儲量約600 t。煤庫內設置卸煤地坑，鏟車將燃料煤送至地坑內。地坑下設振動給煤機，最大給料能力15 t/h。之后通過帶式輸送機運送至鍋爐煤倉。煤倉系統內設有電磁除鐵器、電皮帶秤、除塵、水沖洗等輔助設施。

汽車直接進入煤庫卸煤。本系統由封閉式煤庫、振動篦子板、振動給煤機、帶式輸送機、電子皮帶秤組成。經振動篦子板篩選合格的塊煤由振動給煤機輸送至上煤皮帶上，隨著帶式輸送機的轉動，燃料煤經電子皮帶秤稱量后分配到熔鹽爐前煤倉中，再落入爐排上，隨著爐排轉動至爐膛進行燃燒。

本項目改變以往鏟車上煤的作業模式，既滿足環保要求，又最大程度減少作業人員勞動強度，也是本項目最大程度采用自動化設計理念的體現。

3.8 輸灰系統

除塵系統采用成熟可靠的布袋除塵工藝，除塵器輸灰系統采用“灰倉+吸灰車”的方式。本項目共有3臺除塵器配套的輸灰系統，為機械輸灰，采用兩級螺旋輸送的方式，能夠滿足除塵器在正常工作時的輸灰要求，保證不出現因輸灰不及時造成的除塵器故障。螺旋輸送機及灰倉系統主要包括手動隔離插板閥、管式螺旋輸送機、灰倉系統及相應的電氣熱控輔助系統。經過兩級輸灰，將除塵器收集下來的煤灰由吸灰車拉至水泥廠，改變以往人工收集輸送煤灰的作業模式，極大程度改善作業環境并緩解作業人員勞動強度。

4 結語

本項目采用世界上先進的片堿生產工藝技術、燃煤熔鹽爐技術以及煙氣處理技術，在此基礎上，以提升裝置本質化安全設計，提高智能化水平，降低作業人員勞動強度以及改善固堿生產現場環境的設計理念為出發點，對裝置全系統工藝進行深入設計優化，并得以實施。裝置即將投入運行，設計中未考慮到或設計不足的方面將繼續完善改進。

該項目建成投產后將豐富產品結構，有利于公司整體產業鏈的平衡和生產的運行安全，同時降低堿液產品的銷售與存儲壓力，提高氯堿板塊運營效益，進一步提高企業抗市場風險能力。