5萬t/a微粒堿生產(chǎn)裝置運(yùn)行改進(jìn)研究

薛衛(wèi)東，王 偉，路松角

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 米脂 718100）

5萬t/a微粒堿生產(chǎn)裝置運(yùn)行改進(jìn)研究

薛衛(wèi)東，王 偉，路松角

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 米脂 718100）

介紹了微粒堿生產(chǎn)裝置工藝流程以及影響因素，提出了優(yōu)化方案。

微粒堿；蒸發(fā)；優(yōu)化

陜西金泰氯堿化工有限公司 5萬t/a微粒堿（NaOH）生產(chǎn)裝置是2006年引進(jìn)瑞士博特公司整體工藝采用逆流降膜蒸發(fā)濃縮，噴霧造粒技術(shù)。由于是大陸首家引進(jìn)，生產(chǎn)能力不足，裝置運(yùn)行后，穩(wěn)定性連續(xù)性較差，經(jīng)過在工藝參數(shù)、工藝流程、包裝輸送、燃料來源及材料國產(chǎn)化等方面進(jìn)行了一系列吸收改造，最終使該裝置達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 原生產(chǎn)工藝概述

1.1 蒸發(fā)單元

蒸發(fā)單元采用兩效逆流降膜蒸發(fā)工藝。來自電解工序的32%液堿原料依次進(jìn)入一效、二效蒸發(fā)器，和二效、一效蒸發(fā)器內(nèi)的中壓蒸汽及二次汽逆流換熱蒸發(fā)。一效采用真空操作，最終原料堿在二效蒸發(fā)器被濃縮至50%濃度，送入下一工序濃縮單元，工藝流程示意圖見圖1。

1.2 濃縮、造粒單元

來自蒸發(fā)單元的50%液堿進(jìn)入預(yù)濃縮器和來自濃縮器的二次汽換熱蒸發(fā)，預(yù)濃縮器采用真空操作，堿液被濃縮到56%，產(chǎn)生的二次汽送入蒸發(fā)單元的一效蒸發(fā)器，56%堿液送入濃縮器和420℃的HTS熔鹽換熱，被濃縮到98%以上，用泵送入造粒塔噴灑籃內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)噴霧，形成的霧滴和造粒塔內(nèi)抽入的空氣換熱冷卻，形成0.7～1.3 mm的均勻粒堿。

1.3 冷卻、輸送包裝單元

造粒塔內(nèi)形成的粒堿溫度150℃左右，進(jìn)入滾筒冷卻器和循環(huán)水換熱，冷卻至40℃后，通過斗式提升機(jī)、篩分機(jī)、料倉、全自動包裝機(jī)、碼垛機(jī)，最后入庫。在粒堿沒有入袋包裝前的所有輸送包裝工序全部通入干燥空氣，避免粒堿吸潮結(jié)塊。

1.4 熔鹽、燃燒單元

熔鹽系統(tǒng)由熔鹽槽、熔鹽泵、燃燒爐、助燃風(fēng)機(jī)、助燃空氣冷卻器組成。HTS熔鹽在熔鹽槽內(nèi)由蒸汽加熱至160℃熔化，由熔鹽泵打至燃燒爐，由液化石油氣燃燒加熱至420℃，送入濃縮器和堿液換熱，冷卻后的熔鹽回到熔鹽槽循環(huán)使用，工藝流程簡圖見圖2。

2 裝置運(yùn)行情況及影響因素分析

（1）裝置生產(chǎn)能力產(chǎn)能不足。裝置引進(jìn)時設(shè)計能力5萬t/a粒堿，而實際產(chǎn)能只有4萬t/a，分析原因是由于預(yù)濃縮器蒸發(fā)能力達(dá)不到設(shè)計要求。

圖1 蒸發(fā)單元工藝流程示意圖

圖2 熔鹽燃燒單元工藝流程簡圖

預(yù)濃縮器是在真空條件下，采用降膜蒸發(fā)原理將50%液堿濃縮至56%后送入最終濃縮器。預(yù)濃縮器設(shè)計能力50%堿進(jìn)料量達(dá)到8.33 m3/h，出料濃度56%，而實際生產(chǎn)中在保持熔鹽爐滿負(fù)荷條件下，進(jìn)料量只能達(dá)到6.9 m3/h，生產(chǎn)負(fù)荷只能達(dá)到設(shè)計的80%。

分析裝置特點和現(xiàn)狀，在工藝、設(shè)備、供熱能都已確定情況下，預(yù)濃縮器蒸發(fā)能力的提高，一是要提高帶入堿液的熱能，即提高堿液進(jìn)口溫度；二是提高熱能利用效率。

對于提高堿液進(jìn)口溫度，從分析預(yù)濃縮器進(jìn)料工藝條件看，原料堿是從一效蒸發(fā)器出來的溫度為142℃，濃度為50%的堿液。導(dǎo)致溫度降低的原因，是由于142℃的堿液經(jīng)過和進(jìn)入一效蒸發(fā)器的38%的堿液進(jìn)行了熱交換，溫度降至90℃后，再進(jìn)入預(yù)

濃縮器濃縮。這種運(yùn)行對蒸發(fā)是合理的，但對預(yù)濃縮不利。 該公司采取將溫度142℃，濃度50%堿液走旁路直接加入預(yù)濃縮器，堿液由90℃升高到142℃，對應(yīng)的提高了帶入濃縮器的熱能。

預(yù)濃縮50%堿進(jìn)料溫度由90℃升至142℃，帶入系統(tǒng)熱量約80 000 kcal/t，以粒堿生產(chǎn)需消耗熱量890 000 kcal/t計，相當(dāng)于增補(bǔ)預(yù)濃縮熱量約8.9%。

提高熱能利用效率的問題。依據(jù)傳熱速率方程式：Q=KAΔt，在傳熱面積一定的情況下主要與傳熱溫差有關(guān)，而傳熱溫差與真空度有關(guān)。生產(chǎn)運(yùn)行中真空度是80 kPa，對應(yīng)液相溫度為98℃。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?4 kPa，所以對真空泵進(jìn)行改型，選用了一臺抽氣量20 kg/h的雙級液環(huán)式真空泵，運(yùn)行后預(yù)濃縮器真空度達(dá)到85.5 kPa，對應(yīng)液相溫度下降到92℃。

通過以上改造，加熱殼程的二次蒸汽，進(jìn)出口溫度未變化，實測進(jìn)口T1=342℃，出口溫度T2=188℃。

液相進(jìn)出口溫度變化顯著，管程堿液進(jìn)口溫度t1=142℃，保持不變，出口溫度由98℃降低到92℃。

根據(jù)△t=△t1-△t2/ln△t1/△t2，計算得：

真空度達(dá)到85.5 kPa后：△t=121℃

原有真空度80 kPa條件下：△t=118℃

以上看出真空度提高后，△t由118℃提高到121℃，傳熱效能得到提升。

通過以上2項改造，使預(yù)濃縮器流量達(dá)到8.5m3/h，出料濃度提高到58%，裝置能力達(dá)到5萬t/a。

（2）天然氣燃燒不完全。天然氣完全燃燒放出熱量8 400 kcal/m3，每噸濃度56%的液堿濃縮至99%，需消耗熱量890 000 kcal，即噸粒堿需消耗天然氣105 m3。

每立方天然氣完全燃燒需要9.5 m3空氣，按滿負(fù)荷每小時產(chǎn)粒堿6.25 t，理論上需助燃空氣為6 531 m3/h。裝置配置的助燃風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量為7 300 m3/h，而生產(chǎn)中實際天然氣消耗達(dá)165 m3/t，分析燃燒后的尾氣中CO嚴(yán)重超標(biāo)。

說明燃燒不充分，天然氣不能完全燃燒，導(dǎo)致系統(tǒng)天然氣單耗升高。

通過對燃燒爐分析，根據(jù)進(jìn)爐風(fēng)壓，天然氣配比要求，通過分析尾氣組分含量變化，反復(fù)對燃燒爐配比羅盤、風(fēng)門設(shè)置進(jìn)行調(diào)整和調(diào)試；對風(fēng)機(jī)和天然氣的控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯調(diào)整；更換了部分配件。最終檢測燃燒尾氣組分含量：CO2含量大于10%（V），O2含量3%~5%，CO含量小于0.5%（V）的條件下，天然氣消耗由165 m3/t降至112 m3/t，同時利用CO2制碳酸納的效果也顯著提高。

（3）包裝機(jī)刀片壽命短。粒堿包裝采用兩層包裝，外袋采用復(fù)合膜編織袋，內(nèi)袋采用FFS袋用吹塑薄膜。而切割FFS袋用吹塑薄膜的切割刀主要從國外進(jìn)口，材料成分為CrNi18Ti9，每把刀具的缺點是：使用壽命短而且成本高。每把刀具只能切割包裝袋10萬次，基本上10天就要更換1個刀片，昂貴的價格和壽命短導(dǎo)致了生產(chǎn)成本高，維修保養(yǎng)頻繁。

針對這一問題，公司組織技術(shù)力量和國內(nèi)某刀具廠研制出一種實用新型吹塑薄膜切割刀，主要根據(jù)割刀切割時的力學(xué)性能，研制出一種新型刀刃，這種結(jié)構(gòu)的刀刃具有良好的力學(xué)性能，可以實現(xiàn)良好的切割效果同時避免刀刃磨損嚴(yán)重。使用新型的吹塑薄膜切割刀的成本小于1 000元/件，一把吹塑薄膜切割刀經(jīng)實際使用，切割97萬次仍能符合生產(chǎn)需要，生產(chǎn)4個月才更換一次刀片。相比進(jìn)口刀片使用周期延長，成本顯著降低。

（4）粒堿包裝不符合鐵路運(yùn)輸要求。粒堿包裝是引進(jìn)德國的全自動包裝機(jī)，每小時可包裝400袋，每袋25 kg，合計10 t，包裝材料是單層袋用吹塑薄膜。按照國內(nèi)危險化學(xué)品鐵路運(yùn)輸規(guī)定，粒堿包裝必須采用雙層包裝，才能進(jìn)行火車運(yùn)輸。

鑒于以上原因，公司和國內(nèi)某包裝機(jī)械公司合作，開發(fā)了一套全自動二次套袋包裝裝置，該裝置在粒堿包裝線上首次采用，克服了粒堿腐蝕、流動性好的因素。整機(jī)采用PLC控制，包括自動稱重、超差剔除、自動上袋、折邊縫紉、整形輸送功能。使粒堿包裝從一次包裝到二次套袋、折邊、縫紉、輸送碼垛，全線達(dá)到無人操作，實現(xiàn)全自動化，提高了效率，滿足了粒堿鐵路運(yùn)輸規(guī)定。

（5）水洗塔結(jié)垢頻繁，影響運(yùn)行。水洗塔是對造粒塔出來的含堿熱空氣進(jìn)行洗滌冷卻作用，由于工藝設(shè)計上水洗塔的補(bǔ)充用水采用的是一次水，硬度大，而塔內(nèi)水溫在45℃左右，又偏堿性，在此條件下，極易造成塔內(nèi)填料結(jié)垢，堵塞通道，造成造粒塔內(nèi)空氣流量小，粒堿溫度高，冷卻不均勻，導(dǎo)致粒堿結(jié)塊，堵塞下料口，造成停車。

將水洗塔補(bǔ)充用水由一次水改為蒸發(fā)二次冷凝液，二次凝液是液堿內(nèi)的水分蒸發(fā)作為二次汽經(jīng)換熱冷凝后形成的，硬度與軟水相當(dāng)。增加1臺板式換熱器，將二次凝液與循環(huán)水換熱后，冷卻至35℃送入水洗塔。這樣不但充分利用了二次凝液，節(jié)約了一次水，而且徹底解決了塔結(jié)垢問題，保證了水洗塔、造粒塔的良好運(yùn)行。

（6）粒堿顏色發(fā)黑問題。粒堿正常顏色為雪白

色，在生產(chǎn)過程中，偶爾會出現(xiàn)顏色發(fā)黑的粒堿，通過對裝置分段排查，發(fā)現(xiàn)從造粒塔出來的粒堿顏色正常，進(jìn)入粒堿冷卻器出來后顏色就發(fā)黑，進(jìn)一步分析排查發(fā)現(xiàn)，粒堿顏色發(fā)黑有兩種現(xiàn)象：一是和粒堿一同進(jìn)入粒堿冷卻器的干燥空氣含油超標(biāo)，粘附在粒堿表面造成顏色發(fā)黑，是粒堿顏色發(fā)黑的主要原因。二是少量情況下是原料32%堿或蒸發(fā)設(shè)備產(chǎn)生的鎳粉帶入堿液系統(tǒng)中造成的。

通過在進(jìn)入粒堿冷卻器的干燥空氣入口處再安裝1臺干燥空氣精油過濾器，同時加強(qiáng)干燥空氣系統(tǒng)排污，解決了干燥空氣含油超標(biāo)問題；嚴(yán)格控制原料中雜質(zhì)，定期對32%堿罐和50%堿罐進(jìn)行清理，定期對造粒噴頭（噴灑裝置）進(jìn)行更換和清理，有效地解決了顏色發(fā)黑問題。

3 系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行

（1）利用煙道氣自產(chǎn)碳酸鈉。為了進(jìn)一步降低綜合生產(chǎn)成本，減少天然氣燃燒后的尾氣外排放，利用粒堿生產(chǎn)中融鹽爐燃燒產(chǎn)生的煙道氣，將煙道氣尾氣中的二氧化碳，用燒堿吸收生成的碳酸鈉，再將碳酸鈉用于鹽水精制。

公司現(xiàn)有20萬t/a的燒堿生產(chǎn)能力，現(xiàn)噸堿耗碳酸鈉22 kg/t，裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)每年需耗碳酸鈉4 400 t。

裝置煙道氣中二氧化碳含量大于10%（VOL），滿負(fù)荷下煙道氣總量大于7500Nm3/h。要滿足20萬t/a的燒堿生產(chǎn)能力，只需要碳酸鈉0.55 t/h，折二氧化碳為0.228 3 t/h，相當(dāng)于二氧化碳流量116.225 Nm3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。根據(jù)碳酸鈉裝置實際運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過調(diào)整天然氣與助燃空氣配比，燃燒充分后，尾氣中二氧化碳保持大于10%，不但系統(tǒng)天然氣消耗減少，而且完全能滿足生產(chǎn)碳酸鈉的要求。

利用粒堿生產(chǎn)的尾氣，生產(chǎn)自身需求的碳酸鈉，使整套裝置的系統(tǒng)得到進(jìn)一步優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

（2）預(yù)濃縮器蒸發(fā)二次汽利用。預(yù)濃縮器蒸發(fā)的二次汽工藝上是送入粒堿一效蒸發(fā)器全部利用，由于設(shè)計上一效換熱面積和所需熱能的不匹配，使該二次汽不能被全部利用，造成一效排氣口有大量蒸汽排出，熱能浪費。

針對此問題，將預(yù)濃縮器蒸發(fā)的二次汽分一部分送入片堿裝置蒸發(fā)一效，對這部分二次汽充分利用，使片堿裝置50%汽耗降低120 kg/t。

通過對引進(jìn)微粒堿裝置的一系列改造、消化吸收，保證了粒堿質(zhì)量，粒堿裝置能穩(wěn)定、滿負(fù)荷、連續(xù)生產(chǎn)，滿足了粒堿鐵路運(yùn)輸要求，主要消耗指標(biāo)天然氣由165 m3/t降至112 m3/t，產(chǎn)能由4萬t/a提至5.3萬t/a。

Operation improvement of 50 kt/a particle alkali production plant

XUE Wei-dong，WANG Wei，LU Song-jiao
（Shanxi Jintai Chlor-alkali Chemical Co.，Ltd.，Mizhi 718100，China）

The technological process and influence factor of particle alkali production plant were introduced，the optimization scheme was put forward.

particle alkali;evaporation;optimization

TQ114.26+8

B

1009－1785（2015）05-0021-04

2015-04-20