我國純堿工業(yè)技術(shù)進(jìn)展

我國純堿工業(yè)技術(shù)進(jìn)展

隨著我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的快速發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，中國的純堿工業(yè)也得到了快速發(fā)展。自2003年起我國純堿的產(chǎn)量已居世界第一,生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量位居全球首位,生產(chǎn)工藝方法最全:我國的純堿生產(chǎn)工藝不僅包括傳統(tǒng)的氨堿工藝、天然堿工藝,也有我國自行開發(fā)的聯(lián)堿工藝。近年來,我國的純堿工業(yè)無論是在產(chǎn)品產(chǎn)量、品種、質(zhì)量,還是在生產(chǎn)技術(shù)水平和裝備水平方面,均取得了長足的進(jìn)步,部分工序已躋身世界先進(jìn)行列。筆者將從以下幾方面簡述我國純堿行業(yè)近幾年的技術(shù)進(jìn)展。1氣、液、固三元體系碳化塔內(nèi)兼有化學(xué)反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)、結(jié)晶等多種過程,又是具有氣、液、固三相的復(fù)雜體系。傳統(tǒng)的索爾維碳化塔已有100多年的歷史,隨著科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化及新材料、新技術(shù)的出現(xiàn),我國的制堿工作者也向傳統(tǒng)的碳化塔提出了挑戰(zhàn)。1.1工藝優(yōu)點(diǎn)及簡介塔體上段及冷卻段為φ3000,中部結(jié)晶生成段為φ3400,以利于結(jié)晶生長。該塔具有以下優(yōu)點(diǎn):生產(chǎn)能力大,單塔能力氨堿法為230t/d,聯(lián)堿法為175t/d;制堿周期長,氨堿法72h,聯(lián)堿法48h;冷卻效率高;轉(zhuǎn)化率高,氨堿法轉(zhuǎn)化率75%;結(jié)晶質(zhì)量好,沉降時(shí)間一般為130～200s。目前許多大中型氨堿廠及聯(lián)堿廠已采用這種碳化塔。1.2中部溫度較高、清洗篩板塔的特點(diǎn)是:生產(chǎn)能力大,單塔最大能力可達(dá)310t/d;塔中溫高、結(jié)晶質(zhì)量好,中部溫度比索爾維塔高3～5℃;容易清洗;操作彈性好。氨堿法是連續(xù)生產(chǎn)、設(shè)備多、流程長,生產(chǎn)中易出現(xiàn)波動(dòng)。篩板塔抗波動(dòng)性強(qiáng),現(xiàn)已在山東?；?、青島堿廠使用,自貢鴻化集團(tuán)的聯(lián)堿廠已成功開發(fā)設(shè)計(jì)了聯(lián)堿行業(yè)的第一臺篩板塔(2003年7月投入運(yùn)行)。1.3氨堿外冷活性炭塔上世紀(jì)70年代,國外曾開發(fā)過外冷碳化塔,但未見工業(yè)化報(bào)導(dǎo)。1979年,原化工部第八設(shè)計(jì)院(現(xiàn)中國成達(dá)工程公司)與自貢鴻鶴化工總廠決定聯(lián)合開發(fā)在聯(lián)堿生產(chǎn)中使用的外冷式碳化塔,并經(jīng)化工部批準(zhǔn)立項(xiàng),歷經(jīng)10年,解決了多項(xiàng)技術(shù)課題,取得了中國發(fā)明專利證書。該塔具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,投資省,可連續(xù)長周期運(yùn)轉(zhuǎn),生產(chǎn)能力大,結(jié)晶質(zhì)量好,吸收率高等優(yōu)點(diǎn),適用于聯(lián)堿廠。針對變換氣制堿節(jié)能效果顯著,但因長期受碳化塔結(jié)構(gòu)的制約影響其發(fā)展,1997年中國成達(dá)化學(xué)工程公司與石家莊聯(lián)堿廠共同開發(fā)變換氣制堿外冷塔。在1999年3月試車成功,于2000年獲得專利證書。外冷碳化塔現(xiàn)已在10多家聯(lián)堿廠應(yīng)用。在上述工作基礎(chǔ)上,2002年成達(dá)工程公司與唐山三友化工公司共同開發(fā)氨堿外冷碳化塔。開發(fā)的目的是:進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)碳化設(shè)備大型化,縮短碳化塔制造周期,減輕設(shè)備重量,實(shí)現(xiàn)用不銹鋼制作碳化塔而造價(jià)不高,降低產(chǎn)品鐵分,提高CO2利用率等。1.4項(xiàng)目的結(jié)論環(huán)流式碳化塔又稱不冷碳化塔,是大連化工研究設(shè)計(jì)院的專利技術(shù)。通過在赤峰化工總廠的生產(chǎn)試驗(yàn)中得出如下結(jié)論:生產(chǎn)的重堿結(jié)晶粒度大,塔的生產(chǎn)能力大,設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低,作業(yè)周期長,操作簡單。該塔適合于聯(lián)堿工藝。2過濾完成過程濾過工序的操作質(zhì)量、工藝指標(biāo)的優(yōu)劣,影響著純堿工藝的多項(xiàng)消耗指標(biāo)的水平,影響著制造成本的高低;影響著產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。2.1采用多種品種生產(chǎn)適應(yīng)不同純堿生產(chǎn)工況的系列產(chǎn)品由大連化工研究設(shè)計(jì)院研制開發(fā)的系列ZL助濾劑,專用于純堿制造過程的重堿濾過,已在10多家純堿廠應(yīng)用,現(xiàn)已由單一品種發(fā)展為適合不同純堿生產(chǎn)廠操作工況的系列產(chǎn)品。經(jīng)不斷改進(jìn),該產(chǎn)品及其應(yīng)用技術(shù)已實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代,可實(shí)現(xiàn)降低水分3%,提高燒成率2%,節(jié)省洗水量大于100kg/t堿。對純堿成品無不良影響,得到用戶好評。2.2重堿二次分離、過濾為了降低重堿水分和鹽分,提高產(chǎn)品質(zhì)量,節(jié)約能源,提高煅燒爐能力,青島堿廠、山東?；謩e引進(jìn)P-100/3型推料式離心機(jī),將真空過濾機(jī)過濾洗滌后的濕重堿直接用離心機(jī)進(jìn)行二次分離。在不加洗水條件下,產(chǎn)量為25～28t/h(干重堿)時(shí)分離后水分降到13.5%左右,鹽分比分離前降低0.03%～0.04%(山東?；F(xiàn)已停用)。唐山堿廠引進(jìn)SHS1002/1090ZK型雙級柱錐式離心機(jī),對真空過濾后重堿進(jìn)行二次分離。在不加洗水的條件下,分離后重堿水分降到12.3%,鹽分比分離前降低0.11%。2004年連云港堿廠引進(jìn)德國KRAUSS-MAFFEI的SZ1000/2型推料式離心機(jī)用于重堿二次過濾。純堿含鹽分從原來的低于0.5%達(dá)到低于0.3%。出料濾餅含水量低于13%。2.3凈化濾堿減少洗水,提高分離效率青島堿廠根據(jù)本廠洗水消耗當(dāng)量及濾過設(shè)備的特點(diǎn),經(jīng)過多次、多品種的噴嘴試驗(yàn)和改進(jìn),確定噴嘴的流體結(jié)構(gòu),使洗水得到了很好的霧化;改變了純堿行業(yè)濾堿機(jī)的傳統(tǒng)洗水淋灑方法,解決了由于洗水分布不均勻,引起局部鹽分變化大,對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性造成的影響及洗水利用率低的問題。經(jīng)查定,濾堿機(jī)上重堿鹽分的合格率由改造前的68%提高到81.5%,每年可節(jié)約自來水54.7kt。降低了母液處理量,減少了生產(chǎn)成本,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2.4第二代真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)產(chǎn)品多年來,我國一直采用真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)過濾重堿,由成都天寶公司生產(chǎn)的真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)已推出了高性能的第三代產(chǎn)品。該產(chǎn)品已在全國40多家企業(yè)使用,并遠(yuǎn)銷國外。該產(chǎn)品主體材料堅(jiān)持采用超低碳不銹鋼,在噴淋裝置、壓輥結(jié)構(gòu)、攪拌裝置、分配頭、錯(cuò)氣盤等部位進(jìn)行了改進(jìn)。2.5采用dlj帶帶濾堿機(jī)過濾重堿于2004年建成投產(chǎn)的河南新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司,選用了核工業(yè)煙臺同興實(shí)業(yè)有限公司的DLJ帶式濾堿機(jī)過濾重堿,打破了我國純堿行業(yè)真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)濾過重堿的一統(tǒng)天下。3煅燒爐運(yùn)行工況對技術(shù)的影響在純堿生產(chǎn)中,重堿的煅燒技術(shù)一直是制堿行業(yè)的主要研究課題,因?yàn)殪褵隣t的運(yùn)行工況直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量,其能耗的高低又影響著經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外堿廠的重堿煅燒工序均采用蒸汽煅燒技術(shù),蒸汽煅燒技術(shù)又分為外返堿煅燒爐和自身返堿爐。3.1堿廠生產(chǎn)用酒技術(shù)領(lǐng)先的φ3m×30m外返堿煅燒爐,是大化集團(tuán)在吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上研制出來的,適用于大中型堿廠。該爐設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)合理,其進(jìn)氣軸、爐內(nèi)加熱管、大齒輪與爐體的連接以及大滾圈的設(shè)計(jì),均有創(chuàng)新,特別是其密封裝置,結(jié)構(gòu)巧妙,效果良好,國內(nèi)大中型堿廠多數(shù)采用外返堿蒸汽煅燒爐(連云港堿廠、湖北雙環(huán)、青海堿業(yè)等廠家),同時(shí)遠(yuǎn)銷國外。3.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)小型聯(lián)堿廠大多采用自身返堿蒸汽煅燒爐。近年來自身返堿蒸汽煅燒爐在技術(shù)上有了較大的改進(jìn):使用返堿連續(xù)進(jìn)爐結(jié)構(gòu);爐頭設(shè)預(yù)混段;改進(jìn)了爐體密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)汽裝置、排水裝置等等,使技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了顯著的提高。經(jīng)過長期運(yùn)行表明:自身返堿蒸汽煅燒爐將煅燒、運(yùn)堿、預(yù)混三者合為一體,具有流程短、設(shè)備少、動(dòng)力省的優(yōu)點(diǎn),可以節(jié)省投資,簡化操作;運(yùn)行平穩(wěn),運(yùn)轉(zhuǎn)周期在半年多,為取消備用設(shè)備創(chuàng)造了條件;技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好,爐氣CO2濃度高于90%,純堿燒失量平均為0.247%,蒸汽消耗1363kg/t堿;工作環(huán)境好。近幾年,該爐除在杭州龍山等小堿廠應(yīng)用外,也在新疆哈密堿廠、吉蘭泰堿廠、南方堿廠等中型氨堿廠中使用,并取得了較好的效果。4重堿純度生產(chǎn)技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和各工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展,基本化工產(chǎn)品純堿也相應(yīng)發(fā)生了較大的變化,加快發(fā)展低鹽重質(zhì)純堿已成為純堿行業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。4.1雙層螺釘復(fù)合高速水系統(tǒng)由天津堿廠開發(fā)設(shè)計(jì)的液相水合法生產(chǎn)重質(zhì)純堿的生產(chǎn)過程中,中間產(chǎn)品一水碳酸鈉的質(zhì)量直接影響重質(zhì)純堿的質(zhì)量。其關(guān)鍵設(shè)備是水合結(jié)晶器,在多年生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)上,將攪拌機(jī)改為帶導(dǎo)流筒的雙層螺旋槳式。改造后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,生產(chǎn)能力提高,操作彈性大。該技術(shù)的特點(diǎn)是:產(chǎn)品粒度均勻、粗大;產(chǎn)品中NaCl含量低,并可以控制。但工藝流程較長,在生產(chǎn)過程中需排出一定量的含NaCl母液,同時(shí)帶走部分Na2CO3,增加了堿耗。因此該技術(shù)適用于有處理含堿母液出路、對產(chǎn)品質(zhì)量有特殊要求的企業(yè)。當(dāng)前進(jìn)一步開發(fā)液相水合法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低鹽重質(zhì)純堿的重點(diǎn)是:完善液相水合法制低鹽優(yōu)質(zhì)純堿的工業(yè)化研究,液相水合結(jié)晶器結(jié)構(gòu)的研制及高鹽母液綜合利用的探索。4.2固相水回收利用技術(shù)以大連化工研究院為主、聯(lián)合開發(fā)的固相及改良的固相水合法重質(zhì)純堿生產(chǎn)技術(shù),已在多家企業(yè)應(yīng)用。目前我國純堿行業(yè)的固相水合法生產(chǎn)重質(zhì)純堿的企業(yè),根據(jù)自身的特點(diǎn)采用了各種干燥設(shè)備:青島的流化床,山東?；?、湖北雙環(huán)的沸騰床,唐山三友、湖北雙環(huán)的回轉(zhuǎn)爐等。在固相水合法生產(chǎn)重質(zhì)純堿的過程中,增設(shè)分離性能較好的離心機(jī)分離掉一水堿中的部分游離水,同時(shí)帶走部分溶解于游離水中的NaCl,使成品重質(zhì)堿的含鹽量降低。必要時(shí)還可在離心分離的過程中加少量洗水或在分離前增設(shè)一個(gè)洗滌罐以進(jìn)一步降低產(chǎn)品中的鹽分。這就是改良固相水合法,該方法過程簡單,產(chǎn)品鹽分可降到0.3%～0.4%。4.3擠壓法和低鹽重質(zhì)堿擠壓法生產(chǎn)重質(zhì)純堿與前面講述的液相水合法及固相水合法均不相同,它是純物理的方法,生產(chǎn)過程中無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生?，F(xiàn)在自貢鴻鶴及唐山三友都有該方法的重質(zhì)純堿生產(chǎn)。擠壓法是機(jī)械制取重質(zhì)純堿,利用輕質(zhì)純堿較高空隙率,在外力的作用下顆粒發(fā)生位移并重新排列,空隙減小,使堆積密度增加,而顆粒也具有更大的抗碎耐磨特性,但并不改變輕質(zhì)純堿本身的化學(xué)組成。該法過程簡單,設(shè)備小型,布置緊湊,操作簡單,管理方便,制得的成品顆粒均勻、強(qiáng)度高、耐磨損,可根據(jù)用戶要求調(diào)整粒度,具有投資、能耗低的優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是無法改變輕灰的成分,只能用低鹽輕灰制低鹽重質(zhì)堿。只適用在重質(zhì)純堿生產(chǎn)過程中不需要脫鹽的場合。5我國純堿工業(yè)發(fā)展的總體思路環(huán)保、節(jié)能、新設(shè)備、新材料的引進(jìn)應(yīng)用等,是純堿行業(yè)繼續(xù)發(fā)展必須解決的問題。近年來各企業(yè)為環(huán)保治理、節(jié)能降耗紛紛引進(jìn)壓濾機(jī)、鈦換熱器、新型管材等,在設(shè)備、建筑、廠房防腐過程中引進(jìn)了非金屬材料、陶瓷涂層等功能材料,因篇幅所限無法在此一一贅述?？傊?中國作為天然堿資源匱乏的合成堿大國,如何成為世界純堿強(qiáng)國,是擺在我國純堿行業(yè)面前的一大課題,純堿工業(yè)科技發(fā)展的任務(wù)十分艱巨。無論從滿足國內(nèi)市場的要求出發(fā),還是從參與國際競爭的角度考慮,都必須把我國純堿工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。這就要求我國純