年產百萬噸級聯堿工程新技術應用探析
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摘要：化工生產裝置大型化可以明顯降低產品投資和產品成本，聯堿裝置大型化已經成為我國純堿行業發展的趨勢。隨著裝置大型化，工藝流程中的短板、設備選型的難點也被逐漸放大。本文結合多年聯堿工程設計及建設經驗，介紹了AII泥處理、大型關鍵設備選型、氨味治理等新技術在我國年產百萬噸級聯堿工程中的應用。
關鍵詞：聯堿AII泥管狀皮帶；大型流化床；回轉式包裝機
純堿是一種重要的基本化工原料，應用廣泛，有“化工之母”之稱。目前世界上廣泛采用的化學合成生產純堿的方法主要有索爾維（氨堿）法和聯合制堿（聯堿）法兩種。聯堿法又稱侯氏制堿法,是我國化學工程專家侯德榜于1943年創立的，并于1953年7月1日獲得新中國中央工商行政管理局頒發的發字第一號發明證書。1967年開始先后有一批小的聯堿廠在中國獲批建設，經過幾十年的發展，聯堿單套裝置的能力不斷提高，現在單套裝置能力已達到百萬噸級。
1聯合制堿工藝原理
聯合制堿法生產純堿及氯化銨（簡稱聯堿法），分為二個生產過程。第一過程為純堿生產過程，簡稱制堿過程；第二過程為氯化銨生產過程，簡稱制銨過程，兩個過程構成一個循環過程。向循環系統中連續加入原料氨、鹽、二氧化碳和水，同時不斷地生產出純堿和氯化銨產品。
2聯堿裝置大型化所遇到的技術難點
隨著聯堿單套裝置的能力的提高，設備大型化的選用難度和工藝技術問題也隨之而來。以下幾個方面是聯堿裝置大型化過程中值得關注和亟待解決的問題。1）廢物AII泥的處理：在制堿生產過程中，因使用的鹽中夾帶有鈣、鎂、泥砂等廢物，在生產過程中如處理不好就會影響產品質量。聯堿法通常是將AII泥通過泥漿泵送入壓濾系統，通過板框式壓濾機回收濾液。而排放的AII泥存在NH3-N環保排放超標的問題。2）大規模生產中成品輸送問題：在純堿生產中，皮帶機作為物料輸送設備被廣泛采用，但普通皮帶機也存在著明顯的缺點：①輸送方式為敞開方式,輸送純堿、氯化銨等粉末狀產品時，在生產運輸過程中會產生大量的粉塵造成環境污染；②輸送物料的角度較小、只能走直線，對地形的適應性差；轉彎處需設立中轉站。3）大型干燥和成品包裝設備的選用：干燥和包裝工序是聯堿裝置生產的重要環節，在保證生產運行可靠性的前提下，兼顧能耗、維護成本、占地面積等因素，合理地選擇設備，是大型裝置設計的關鍵。4）聯堿系統氨味治理：氨主要出現在制冷、結晶、碳化工序，若設備未密封，則很容易有氨味，產品濕銨和重堿在皮帶機的傳送過程中直接暴露在空氣中，未完全反應的氨揮發出來造成氨味較重。氨味治理不僅是保護環境的需要，也是減少原料消耗、降低成本的需要。
3百萬噸級聯堿生產中的技術難點的攻克
針對以上技術難點，我公司結合在60萬t/a、80萬t/a聯堿工程中成功的實踐經驗，在100萬t/a聯堿項目中進行了深入的討論，提出了應對的解決方案。
3.1從源頭解決
AII泥問題一方面，研發了一種提高原料鹽質量的生產技術。在用鹵水生產聯堿用原料鹽工藝中，硝系統產生的母液經分離，部分返回硝系統繼續制硝的硝回溶技術。該技術使SO42-充分轉化成芒硝產品，減少其在進入末效鹽蒸發器鹵水中的含量，從而減少原料鹽產品的SO42-含量，提高了原料鹽產品質量，也從根源上減少了AII泥的產生。另一方面，采用澄清桶底流返回鹽析結晶器的方式，將其隨濃銨產品帶出，既不會影響濃銨產品質量，又可避免排放AII泥對周圍環境的影響，此工藝在百萬噸級聯堿工藝中首次使用，并取得了良好的效果。
3.2使用管狀皮帶機代替傳統平皮帶
管狀輸送機除有普通帶式輸送機的性能特點外，還有自己更為突出的特點[1]：①密閉輸送物料；②輸送線可沿空間曲線布置；③輸送線可沿地形曲線布置；④大傾角輸送；⑤分別利用膠帶的上、下分支往返封閉輸送物料；⑥占用空間高度，水平占地面積小。管狀運輸機可沿空間曲線布置的特性，可以優化項目的整體布置方案，提高土地利用率；由于管狀運輸機采用封閉輸送，輸送過程幾乎不產生污染，符合國家的環保政策，管狀皮帶運輸機在百萬噸級聯堿裝置中進行了實際應用，收到了很好的效果。
3.3大型設備的選型
3.3.1大型流化床的應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達46t/h。設備大型化優勢如下：1）占地、安裝投資成本：大型流化床設備緊湊，空間利用率高；模塊化結構，現場安裝就位方便[2]。2）運行及維護費用：大型化流化床每年的設備維護和儀表維護可大大降低。3）運行特性：流化床的側立門可以打開，這樣很方便進行內部傳熱管的內部清理工作；通過溫度反饋來實現進料速率的調整，運行平穩，與上下游的生產容易實現自動化連續操作；充分利用流化風，改善了物料對于埋管的粘結性，使系統能穩定運行仍可以保持良好的傳熱效能。4）成品品質：物料通過流化床時的流動，使其磨損降至最低，輸送設計確保物料顆粒磨損均勻，同時物料顆粒均勻受熱，使最終成品純堿的品質得以改善。3.3.2回轉式小袋包裝機目前國內純堿小袋包裝常用的包裝機是雙螺旋給料式包裝機[3]。回轉式小袋包裝機是具有國際先進水平的全自動包裝機，是采用氣動振動器喂料的特殊旋轉喂料裝置，采用的包裝袋為閥口袋，該種機型具有特殊旋轉喂料裝置，可實現多個下料口同時下料包裝，設備封口采用超聲波封口。年產百萬噸級聯堿裝置使用了回轉式小袋包裝機，實踐證明其具有高產量、高精度、操作簡單、易于維護、運營成本低、環保、高度自動化運轉周期長等特點，且不需要備機。
3.4多點集中實現氨味治理
氨味治理的原則是將聯堿系統產生氨味的位置密封，采用引風機將含氨尾氣引至水洗塔循環洗滌[4]。3.4.1結晶工序氨味治理。結晶工序濾銨機、離心機下料濕銨皮帶、結晶廠房內儲桶、AI/AII分配罐、濾液桶、母液回收罐等含氨氣體通過配有風管，由濕法除氨系統引風機送往洗氣塔洗滌放空；洗氣塔采用循環洗滌方式，洗滌塔的洗水由含氨雜水泵補入，塔內洗水達一定氨含量后排入母液回收罐。離心機下料濕銨皮帶機上方的封閉箱體使用玻璃鋼材質，配有吸風管，通過洗滌塔風機送往洗滌塔除氨味后放空。濕銨皮帶上配有玻璃鋼箱體罩，氨味送往干銨水洗塔洗滌回收排放。3.4.2煅燒氨味治理。在煅燒重堿皮帶每臺煅燒爐下料入口配有吸氨味的風管，送往除氨味循環洗滌塔，用碳化送來凈氨水循環洗滌吸收，氣體放空，洗滌水回碳化過濾帶機做洗水用或去結晶工序氨水制備裝置。3.4.3碳化氨味治理。重堿皮帶機加玻璃鋼罩，用引風機將皮帶罩內的含氨廢氣送到水洗塔，用水循環洗滌后放空；MI桶內含氨廢氣、帶式濾堿機、出堿槽、緩沖槽含氨廢氣經引風機到水洗塔洗滌后排放至大氣。洗滌水可去結晶工序。含氨廢氣經水洗后均符合氨的排放標準，可直接排空，洗水均回聯堿系統，無廢水排放。
4總結
實聯化工（江蘇）100萬t/a聯堿生產裝置為國內首套百萬噸規模的生產裝置，其中包含多項聯堿流程改進技術、主要設備放大技術,其中多項設備形式創新、工程設計放大等技術在聯堿行業均為首次成功使用，填補了聯堿生產設計專有技術的空白，為我國純堿工業的不斷發展起到了積極的推動作用。
參考文獻：
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［2］王明秀,馬效軍,劉洪文,遲慶峰.純堿廠液相重灰流化床能力提升[J].純堿工業,2018(6):24-26.
［3］孫濤,尹琳琳.小袋全自動包裝機在輕堿生產中的應用[J].化工自動化及儀表,2018,45(10):794-797+811.
［4］劉天順.金化集團聯堿系統工業尾氣污染治理總結[J].純堿工業,2014(2):15-17.
作者:張春起 單位:天津渤化工程有限公司