淺析中泰化學固堿裝置的運行與發展

新疆中泰化學有限公司（以下簡稱“中泰化學”）在1995年的大規模改造中，將薄膜法電腦分析技術轉變為離子膜法堿性技術，經過幾次大規模的改造和擴建。目前，生產裝置已滿65萬噸/a，離心分離劑90萬噸/a，其中固體裝置的生產能力在40萬噸以上。固堿生產工藝包括發生爐煤氣熬制法和熔鹽加熱法降膜濃縮工藝。中泰化學于2007年引進的降膜蒸發、濃縮固堿工藝極大地減少了濃縮固堿的占地面積,提高了生產能力,操作環境有了很大的改善。1在東正教火氣源的條件下，水和壞氣在前者的爐中制備固堿1.1無論如何，用煤氣法產生的水和氣的氣1.1.1生產原則(1)煤氣進入煤氣主管由空氣和水蒸氣混合的氣化劑從上、下2個方向進入煤氣發生爐,與煤發生不完全燃燒反應后產出粗煤氣,粗煤氣從發生爐中部的煤氣出口輸出,經凈化設備處理后進入煤氣主管。(2)煤氣爐內的氧與煤反應按照煤氣發生爐氣化過程進行的程序,可將發生爐內部自上而下分成6層:空層、煤貯備層、上氧化層、氣化層、下氧化層、灰渣層。①空層:一般800～1000mm(以探火孔面為基準)。②煤貯備層:一般200～300mm,位于煤氣爐的最上層,為上氧化層貯備足夠的反應煤。③上氧化層:也叫燃燒層,處于貯備層之下,由上而下的氣化劑中的氧與煤反應生成CO2等,并放出大量的熱量,使該層保持較高的溫度,干餾產物中的焦油、酚類有害物質在該層充分裂解燃燒轉化為無害的可燃氣體。此階段的溫度要控制在灰熔點以下,一般在1200℃左右。④氣化層:處于上氧化層與下氧化層之間,厚度1500～2000mm。來自上、下2個氧化層的高溫CO2、部分水蒸氣在氣化層與赤熱的碳相互作用,發生還原反應,生成煤氣中的主要可燃成分。⑤下氧化層:該層在還原層之下,由發生爐下部進入的氣化劑中的氧與煤進行燃燒反應,形成高溫燃燒層,生成的CO2上升進入還原層生成粗煤氣,其目的是降低灰渣中的碳含量,以提高煤氣爐的氣化率。⑥灰渣層:這是煤氣爐的最下層,一般厚度為200～300mm,主要是保護爐篦和風帽不被燒壞,并利用灰渣余熱加熱從下部進入的氣化劑。1.1.2煤氣爐的燃燒過程中泰化學煤氣站是以煙煤為氣化原料的混合發生爐熱煤氣站,生產的煤氣可同時供6組固堿窯爐進行燃燒,其工藝流程簡述如下。篩選合格的煤塊由雙軌爬斗運至煤氣爐頂部的貯煤倉,經加煤振動給料機從煤氣爐上部加入,與發生煤上、下2個方向進入的氣化劑接觸發生不完全燃燒反應,生成粗煤氣,粗煤氣經斜管除塵器、隔離水封旋風除塵器除塵后,進入熬堿爐的煤氣總管。來自蒸發工序的冷凝軟化水從汽包加入,與煤氣爐夾套的軟水連通,夾套里的軟水受熱產生的蒸汽由浮力作用進入汽包,由蒸汽閥門控制與一次風機供風混合后形成氣化劑,供煤氣爐運行使用。由制氣崗位輸送來的煤氣經過鐘罩閥控制后,進入熬堿窯爐燃燒器,在二次風機送來的空氣作用下發生燃燒發應,放出的熱量供熬堿窯爐熬制固堿。燃燒后的廢氣經列管換熱器降溫后由引風機抽至煙囪。1.1.3工氣管壓與空氣溫度工藝技術指標如下:煤氣出口壓力,300～1200Pa;煤氣出口溫度<600℃;上供風與下供風壓力差>500Pa;汽包壓力<0.1MPa;飽和空氣溫度,40～65℃(參考數據);煤氣中CO2體積分數<10%;煤氣中O2體積分數≤0.6%;煤氣中CO體積分數>20%;灰渣含碳質量分數<10%。1.2大加工制備1.2.1堿液的蒸發及分離過程大鍋熬制固堿是直接用火加熱脫水的,在熬制過程中,加入氧化還原劑去除雜質,制得熔融固體燒堿。一般采用特制的鑄鐵鍋熬制固堿。堿液在堿鍋內受到鍋下直接火的加熱,達到沸點,堿液中的水分被蒸發,堿液濃度升高,堿液溫度也不斷升高,堿液中所含氯酸鹽也隨著溫度升高而不斷分解。在氯酸鹽隨著溫度不斷升高及分解的過程中,對熬制的鑄鐵鍋產生了腐蝕。由于在不同溫度下氧化、還原離子的價位及種類不同,堿液顏色發生變化。為去除雜質離子,得到純凈白色的氫氧化鈉結晶,在熬制后期,要向堿鍋中加入硫黃,使其與雜質鐵、錳離子等反應,生成沉淀。再經降溫、沉降,上部熔融堿經包裝即得成品固堿。堿液在熬制過程中既有物理過程又有化學反應過程。堿液中的水蒸發、堿液濃縮是物理過程,去除微量雜質,使其形成沉淀是化學反應過程。1.2.2堿流槽地面發揮出液體燒堿(質量分數為32%、45%、50%均可)送入預熱鍋,被爐膛內煙道氣預熱,堿的溫度升至130～170℃;堿液用臨時液下泵送入清洗干凈的熬堿鍋,在鍋內被直接火加熱至沸騰;水分蒸發,水蒸氣由煙囪排出,隨著水分不斷被蒸發,堿液濃度升高,溫度也不斷升高,水溫也不斷升高;升溫至止火溫度后,停火靜置沉降,降溫;至出料溫度時,用移動出鍋泵抽出上部清液,經出堿流槽裝入桶內,或送入片堿機制成片狀后裝入袋內。鍋底堿及洗鍋液送至貯槽。2固堿的蒸發壓蒸發膜式法生產固堿是使堿液與加熱源的傳熱蒸發過程在薄膜狀態下進行。該過程可在升膜或降膜情況下進行,一般采用熔鹽進行加熱。膜式法生產固堿一般分為2個階段:①堿液由45%～50%(質量分數,下同)濃縮至60%,可在升膜蒸發器(也可在降膜蒸發器)中進行,加熱源采用蒸汽或雙效的二次蒸汽,并在真空下進行蒸發;②60%的堿液以熔融鹽為載熱體,在常壓下升膜或降膜加熱濃縮成熔融堿,再經片堿機制成片狀固堿。2.1效降膜蒸發器的汽化將來自離子膜工序的32%的燒堿經堿貯槽送至Ⅰ效降膜蒸發器,在管束式蒸發器蒸發過程中,物料側在真空下運行,32%燒堿被濃縮到38.6%。Ⅰ效降膜蒸發器由Ⅱ效降膜蒸發器產生的二次蒸汽加熱。Ⅰ效降膜蒸發器的分離罐產生的二次蒸汽由表面冷凝器冷凝,不凝氣用水環真空泵吸出。來自Ⅰ效降膜蒸發器38.6%的堿液由泵經換熱器后(堿液經過換熱后,溫度由約71.5℃升高到約135.3℃)送到Ⅱ效降膜蒸發器。在通過Ⅱ效降膜蒸發器過程中,物料側在大氣壓下運行,堿液由38.6%蒸發濃縮到50%(由中壓蒸汽加熱)。在堿液通過Ⅲ效降膜蒸發器的過程中,物料側在真空下運行,50%燒堿蒸發濃縮到62.2%。Ⅲ效降膜蒸發器所用加熱源為最終濃縮器產生的二次蒸汽。Ⅲ效降膜蒸發器所產生的二次蒸汽在表面冷凝器冷凝,不凝氣用水環真空泵吸出。在堿液通過最終濃縮器的過程中,62.2%燒堿蒸發濃縮到98.3%,降膜濃縮運行壓力為40kPa,所產生的二次蒸汽用來加熱Ⅲ效降膜蒸發器。通過節流孔的限制,最終濃縮器下游熔融堿管壓力驟減,產生閃蒸效應,以達到要求的質量分數99.0%。閃蒸所產生的二次蒸汽在閃蒸器內與堿液分離。最終濃縮器以熔鹽加熱,熔鹽經熔鹽加熱爐進行強制循環,在熔鹽爐內,熔鹽被加熱到約430℃。為了改善加熱系統的效率,將冷的助燃空氣在助燃空氣預熱器中由煙道氣預熱至約320℃。降溫后的煙道氣通過煙囪排至大氣。為防止最終濃縮器受到嚴重的腐蝕,在50%的堿液中加入蔗糖溶液。糖溶解槽中備好的糖液(質量分數為5%)通過人工調節計量泵進行投加。99%的高濃度熔融堿在重力作用下,通過再分配器去2臺經特殊設計的片堿機加工成片堿。2.2控制指標(1)表1顯示了工藝指標(2)質量指數包括以下內容50%堿液NaOH質量分數≥50%;片堿NaOH質量分數≥99%,溫度≤60℃。3工藝路線的選擇(1)煉焦煤煉焦的操作堿液在熬制過程中既有物理過程,又有化學反應過程。堿液中的水蒸發、堿液濃縮是物理過程,去除微量雜質,使其形成沉淀是化學反應過程。方法簡單,容易操作,對設備要求低,成本低,利潤高,對原料的要求嚴格。如果用煤燃燒加熱,對環境污染嚴重;使用煤氣加熱對環境污染較小。大鍋熬制固堿的缺點是不易控制固堿的質量。影響固堿質量的主要因素是固堿中的碳酸鈉和三氧化二鐵。含碳酸鈉和三氧化二鐵的主要原因是:①洗鍋不干凈;②密封操作不夠;③蒸汽冷凝液和蒸汽尾氣排放不暢;④熬堿周期過長。因此,固堿質量的控制,人為因素很重要,固堿質量的提高在一定程度上可以通過改善客觀條件、加強工藝控制來實現。(2)適當降低機械勞動總量,減輕模一次性投資高,對設備要求高,生產成本較高;對環境污染小,有利于環境保護;在操作過程中,對產品質量的影響因素較少,固堿質量平穩;自動化水平高,易于操作,大大減輕了勞動強度;整個工序占地