燒堿裝置蒸發(fā)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(shù)有限公司，天津 300000）

l 概述

燒堿作為重要的基本無機(jī)化工原料，被廣泛應(yīng)用于輕工、紡織、石油化工、有色冶金和公用事業(yè)等領(lǐng)域。2001 年，我國正式加入世界貿(mào)易組織(WTO)，中國經(jīng)濟(jì)開始迎接前所未有的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。2003 年受世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇拉動，中國經(jīng)濟(jì)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(guān)產(chǎn)品產(chǎn)量均有所增加，中國邁上了飛速發(fā)展的快車道。此外，受益于國家西部大開發(fā)政策，一批具有資源優(yōu)勢的氯堿企業(yè)迅速崛起，中國氯堿行業(yè)躍居世界氯堿大國行列。再加上2007年國家頒布的《氯堿行業(yè)準(zhǔn)入條件》，提高了氯堿行業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中度，進(jìn)一步優(yōu)化了資源配置，使氯堿行業(yè)更加趨向于大型化、集團(tuán)化、規(guī)?；l(fā)展。

但在2008 年下半年，受美國次貸危機(jī)所引發(fā)的全球性金融危機(jī)的影響，國內(nèi)下游需求持續(xù)低迷，產(chǎn)能相對過剩，企業(yè)開工負(fù)荷普遍降低，盈利能力大幅下降，行業(yè)競爭愈加激烈，這也使得拓展開發(fā)海外市場顯得尤為重要。固堿，是燒堿市場中的暢銷產(chǎn)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(mào)易。

2 蒸發(fā)固堿單元總述

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

3 工藝簡述

3.1 堿系統(tǒng)

堿液泵將來自二次鹽水電解或成品罐區(qū)中32%的堿液加入到一效降膜蒸發(fā)器中，通過二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽加熱蒸發(fā)為36%的堿液，再經(jīng)堿液泵及板式換熱器流入到二效降膜蒸發(fā)器中，通過三效降膜蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽加熱蒸發(fā)為42%的堿液，再經(jīng)堿液泵及板式換熱器流入到三效降膜蒸發(fā)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(yù)濃縮器中，預(yù)濃縮器以最終濃縮器中產(chǎn)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(jìn)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(fā)器將濃度提高至99.3%，通過熔融堿泵送至造粒塔頂部，經(jīng)噴淋制成粒狀燒堿送至粒堿冷卻器冷卻，再由斗提機(jī)送至篩分裝置，篩分裝置將產(chǎn)品區(qū)分為合格產(chǎn)品與不合格產(chǎn)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(chǎn)品送至料倉后，最后通過螺旋輸送器送至全自動包裝機(jī)或半自動包裝機(jī)包裝入庫。

3.2 蔗糖系統(tǒng)

使用在整個蒸發(fā)濃縮過程中產(chǎn)生的工藝?yán)淠簩⒄崽侨芙鈹嚢瑁谔且褐苽涔拗腥芙獬?%～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(tǒng)

熔鹽是整個固堿系統(tǒng)的主要熱源，熔鹽經(jīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xiàn)循環(huán)利用。

3.4 蒸汽系統(tǒng)

來自界區(qū)10 Bar 的飽和蒸汽，主要作用是作為加熱介質(zhì)送至降膜蒸發(fā)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(yù)熱，由于在開車運行初期，整個系統(tǒng)的運行溫度低，熔鹽作為一種熔融狀態(tài)的介質(zhì)，容易凝固結(jié)晶，故此在系統(tǒng)運行溫度穩(wěn)定以前，需要依靠蒸汽伴熱保證初期運行；另一部分經(jīng)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(chǎn)環(huán)境溫度降低的時候結(jié)晶，并被設(shè)置為軟管站，以備生產(chǎn)停車過程設(shè)備及管道的清理使用。

3.5 蒸汽冷凝液系統(tǒng)

在蒸發(fā)器生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(huán)真空泵作用下，一方面滿足了蒸發(fā)器在真空或負(fù)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(chǎn)生的惰性氣體排出裝置廠房外，而產(chǎn)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(tǒng)的生產(chǎn)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(jié)省化鹽用水量的同時，也實現(xiàn)了蒸汽冷凝液的回收再利用。

3.6 公用工程系統(tǒng)

整個生產(chǎn)過程中，使用了包括循環(huán)水、冷凍水、生產(chǎn)水、純水、儀表空氣、壓縮空氣、氮氣、干燥空氣等公用系統(tǒng)管道。其中循環(huán)水、冷凍水作為表面冷凝器、板式換熱器、粒堿冷卻器在生產(chǎn)過程中充當(dāng)冷卻介質(zhì)；生產(chǎn)水作為洗眼器使用水，為生產(chǎn)過程中的人員安全提供保證；純水作為泵機(jī)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(shè)置為軟管站，以備停車檢查使用；壓縮空氣被設(shè)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(hù)氣，在生產(chǎn)過程中保護(hù)鎳設(shè)備及防止熔鹽變質(zhì)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(fā)生潮解。

3.7 廢氣系統(tǒng)

廢氣系統(tǒng)主要包含了三個部分，一部分為熔鹽爐加熱過程產(chǎn)生的燃料氣，經(jīng)循環(huán)冷卻后直接排入大氣；一部分是造粒過程中產(chǎn)生的大量廢氣，由于廢氣中含堿，所以使用廢氣風(fēng)機(jī)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(chǎn)生的堿塵，考慮了堿的強腐蝕性，所以要保證整個包裝區(qū)無堿塵，在裝袋處兩側(cè)設(shè)置抽吸軟管，通過抽氣風(fēng)機(jī)將堿塵抽至溶解槽中溶解，消除堿塵。

4 工藝評價

整個系統(tǒng)通過儀表及DCS 實現(xiàn)自動化控制，便于操作管理，從而節(jié)約了勞動力，迎合了工廠向自動化生產(chǎn)管理模式發(fā)展的要求。在生產(chǎn)過程中，最大程度上利用了蒸汽的熱能，使之產(chǎn)生的二次蒸汽循環(huán)利用，從而節(jié)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(xiàn)了純水作為機(jī)封水的循環(huán)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(tǒng)產(chǎn)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(chǎn)工藝也存在不足，一方面，在粒堿包裝過程中會產(chǎn)生大量堿塵，尤其是在半自動包裝過程中，單純依靠抽氣風(fēng)機(jī)不能完全消除堿塵，從而威脅到生產(chǎn)操作人員的身體健康；另一方面，由于粒堿對環(huán)境濕度要求嚴(yán)格，雖然在生產(chǎn)過程中，通過連續(xù)通入干燥空氣及增加空調(diào)來控制環(huán)境濕度，但在包裝儲存環(huán)節(jié)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(shè)計中亟待解決的重要課題。

5 結(jié)語

綜上所述，整個粒堿裝置系統(tǒng)以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為理念，其擁有工藝流程短、便于操作管理、自動化程度高、節(jié)約能源、有效減少“三廢”排放、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，得到了用戶對粒堿產(chǎn)品的認(rèn)可，滿足了市場的需求。使粒堿在今后的市場上有更好的發(fā)展趨勢。