純堿生產(chǎn)過程碳化工段工藝流程及控制影響因素分析探討

摘 要：純堿（Na2C03）是重要的基礎(chǔ)化工原料，也是一種有著多年生產(chǎn)和使用歷史的傳統(tǒng)化工產(chǎn)品。每年需求量很大，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的基礎(chǔ)地位，純堿工業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。

關(guān)鍵詞：純堿生產(chǎn);碳化;影響因素

1 碳化工序工藝流程

在生產(chǎn)加工純堿產(chǎn)品過程中，碳化是非常關(guān)鍵的一道工序，受其影響的工藝流程最多。在碳化塔中，涵蓋了固相、液相、氣相等各種生成物與反應(yīng)物，而且還伴隨著傳熱、傳質(zhì)過程。碳化塔在生產(chǎn)過程中會形成堿疤，所以需要對碳化塔進(jìn)行編組，每組包括4～6座碳化塔，各組碳化塔中包括一座清洗塔，其作用是清洗制堿環(huán)節(jié)形成的各種堿疤，并且對氨鹽水進(jìn)行預(yù)碳化。在碳化塔使用過程中，真正用來制堿時間持續(xù)3～4d，清洗時間持續(xù)16～24h。

“三氣”（中段氣、清洗氣以及下段氣）是碳化塔中二氧化碳的主要來源。下段氣來自于煅燒重堿產(chǎn)生的爐氣。中段氣以及清洗氣均是窯氣，其二氧化碳含量通常維持在40%左右，第七圈加入中段氣，清洗塔第一圈加入清洗氣。在清洗過程中，當(dāng)氨鹽水輸送到清洗塔28圈時，加入清洗氣，可以在塔內(nèi)逆流接觸反應(yīng)，進(jìn)行清洗和預(yù)碳化操作。尾氣從碳化塔頂部逸出，通過尾氣總管進(jìn)入碳化尾氣凈氨塔下部，與鹽水車間輸送的精鹽水進(jìn)行逆流接觸，吸收二氧化碳和氨，然后將吸收的溶液稱為淡氨鹽水，再由“U”管壓入淡水氨鹽水桶中。對于碳化尾氣中攜帶的部分液體，在通過尾氣總管時，借助“U”管進(jìn)行氣液分離操作。分離出的液體為碳化回鹵，可通過“U”管進(jìn)入中和水泵的入口。

碳化冷卻水包括兩部分：一是冷凍水，碳化冷凍水通過給排水冷凍水泵輸送，從碳化塔冷卻水箱第一段流入，從水箱第三段流出，再回到冷凍水涼水塔;其次，循環(huán)水，從給排水車間的循環(huán)水站通過循環(huán)水泵，從水箱的第四段，經(jīng)過水箱的第六段或第八段，最后回到循環(huán)水站。

2 純堿生產(chǎn)過程控制影響因素

2.1 過飽和度及NaHC03結(jié)晶

過飽和度對結(jié)晶過程起著重要作用，是晶核生長和長大的推動力，而碳化液在制堿塔中部極易形成NaHC03的過飽和溶液，這里需要指出的是，過飽和溶液是不穩(wěn)定的，當(dāng)溫度降低時極易析出結(jié)晶，特別是過飽和溶液冷卻過快時，極易產(chǎn)生大量的細(xì)晶體，在碳化過程必須極力避免。如果結(jié)晶不好，往往難以過濾，導(dǎo)致物料損失大，能源消耗高，設(shè)備效率利用低，從而影響生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。

2.2 二氧化碳的分壓

為滿足生產(chǎn)工藝和反應(yīng)工藝的需要，碳化進(jìn)氣為兩段進(jìn)氣，即質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%左右CO2的下段氣由塔底進(jìn)氣，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%左右CO2的中段氣由塔中冷卻段進(jìn)氣。這種進(jìn)氣排布更符合逆流原理，可以強(qiáng)化和提高吸收CO2的能力，提高碳化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。實踐證明，下段氣應(yīng)適當(dāng)配以40%左右CO2的窯氣。因為進(jìn)氣中，CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)略微降低，但使進(jìn)氣量增大，塔板效率反而增加，碳化周期增長，轉(zhuǎn)化率高而穩(wěn)定。但下段進(jìn)氣量過大亦會使反應(yīng)區(qū)下移，冷卻水管結(jié)疤增多，反而縮短了碳化周期。因此維持進(jìn)氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在80%左右可以提高轉(zhuǎn)化率，保證產(chǎn)量穩(wěn)定。

2.3 氨鹽比

氨鹽水中含NaCl及游離氨濃度越高，則化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行越完全，生成的NaHCO3越多，但NH3與Cl-應(yīng)有一定比例，出堿液中NH3與Cl-理論比例為1：1。在碳化反應(yīng)過程中，氨鹽水中約有10%～13.5%的氨被塔頂排出的尾氣所帶出（塔頂排氣溫度低，被帶出的NH3較少;反之則被帶出的NH3較多）。故氨鹽水中含NH3與Cl-之比應(yīng)保持較高，正常在1.13～1.19，同時要保持氨鹽水溫度在38～42℃，才能達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。氨鹽水中含游離氨104～106tt，含Cl-為87～90tt，含游離氨過低則NaCl轉(zhuǎn)化率低，如果含游離氨過高則會生成碳銨結(jié)晶，影響下一步的固液分離過程。

2.4 碳化塔液面高度

碳酸化塔上部液位保持高位，距塔頂0.8≤1.5m，出口溫度控制在52℃以下，尾氣CO2濃度控制在2%≤8%。如果液位過高，則會出現(xiàn)出口區(qū)帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，氨鹽水損失增加，氣液分離器液位過滿，氨鹽水進(jìn)入尾氣總管，導(dǎo)致尾氣管形成NaHC03結(jié)晶，堵塞尾氣總管。液面過低則出氣CO2濃度高，使CO2損失加大，并使碳化塔容積利用系數(shù)降低，降低了碳酸化塔的生產(chǎn)能力。出氣溫度過高，則出氣含NH3高，塔頂氨損失大，造成NaCl轉(zhuǎn)化率低。塔頂出氣含CO2濃度應(yīng)低于8%，否則CO2損失大，浪費了壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力;出氣含CO2濃度過低，則碳化塔的生產(chǎn)能力不能充分發(fā)揮，并可使制堿塔的中部溫度降低，不但降低了產(chǎn)量，而且使NaCl轉(zhuǎn)化率降低。

3 結(jié)語

在進(jìn)行純堿生產(chǎn)環(huán)節(jié)，碳化起著至關(guān)重要的作用，是一個重要工藝，要有良好的操作和工藝，既可以確保技術(shù)和管理水平，也促使保證純堿工藝具有很高的生產(chǎn)產(chǎn)量、優(yōu)質(zhì)量、低消耗以及穩(wěn)定的運行。本文對堿生產(chǎn)過程的工藝流程及控制因素進(jìn)行了分析，一是氨鹽水碳化過程的分析，二是產(chǎn)量、效率、產(chǎn)品質(zhì)量等相關(guān)因素的分析，希望對相關(guān)人員有所幫助。

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作者簡介：

馬海雷（1986- ），男，漢族，陜西省西安市周至縣，本科，中級工程師，研究方向：化學(xué)工程與工藝、純堿行業(yè)、氨堿法。