李凡祿

（寧夏英力特化工股份有限公司氯堿分公司，寧夏石嘴山753202）

5萬t/a二合一熔鹽法離子膜固堿生產(chǎn)工藝

李凡祿

（寧夏英力特化工股份有限公司氯堿分公司，寧夏石嘴山753202）

介紹了二合一熔鹽法離子膜生產(chǎn)固堿工藝流程、關(guān)鍵設(shè)備選型及性能考核。分析了生產(chǎn)中的存在問題，提出了解決措施。

固堿；重油燃燒工藝；降膜蒸發(fā)器

寧夏英力特化工股份有限公司5萬t/a固堿項(xiàng)目于2007年進(jìn)行論證，通過多方考察，最終確定采用降膜蒸發(fā)工藝。由于寧夏天然氣不足，重油、煤氣供應(yīng)比較困難，該公司擬用煤作為加熱能源。用煤作為熔鹽的加熱介質(zhì)在氧化鋁行業(yè)比較盛行，用在固堿生產(chǎn)的廠家比較少。通過國內(nèi)考察及與提供固堿工藝包的國外廠家的技術(shù)交流，認(rèn)為煤熔鹽法固堿完全可行，但前提是熔鹽溫度必須控制在（435±3）℃才能保證最終濃縮器使用壽命。經(jīng)過論證，熔鹽單元的熱能由2個(gè)不同的系統(tǒng)提供，才能滿足國外固堿工藝包的條件。85%～90%的熱能由以煤為燃料的熔鹽加熱系統(tǒng)提供，將熔鹽從40℃加熱到約430℃，其他10%～15%的熱能由以重油為燃料的加熱系統(tǒng)提供，此系統(tǒng)用來控制到達(dá)最終濃縮器的熔鹽的溫度，以滿足高濃度單元的工藝要求。此項(xiàng)目2008年10月一次開車成功，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 煤·重油二合一熔鹽法離子膜固堿生產(chǎn)工藝

1.1 工藝說明

48%堿液通過進(jìn)料泵一次流過降膜蒸發(fā)器，堿液濃度被提升至61%。61%堿液通過堿泵從蒸發(fā)器的底部泄出，并被送至最終濃縮器。堿液一次流過特殊設(shè)計(jì)的最終濃縮器，濃度被提升至98.7%，產(chǎn)生的蒸汽用于加熱降膜蒸發(fā)器。產(chǎn)品的最終濃度99%是在閃蒸器中達(dá)到的。通過閃蒸，壓力被減至常壓。

將堿液從61%濃縮至98.7%所需的熱量是由熔鹽提供的。（385±3）℃熔鹽通過燃煤熔鹽爐底部打入爐內(nèi)，熔鹽被加熱到（430±3）℃時(shí)，從熔鹽爐上部出來，再從重油熔鹽爐底部進(jìn)入爐內(nèi)，通過重油燃燒加熱熔鹽，將熔鹽溫度穩(wěn)定在435℃，熔鹽從重油熔鹽爐上部出來進(jìn)入最終濃縮器做為61%液堿的加熱介質(zhì)。經(jīng)過換熱后的熔鹽從最終濃縮器上部出來，通過自流進(jìn)入熔鹽儲(chǔ)槽循環(huán)使用。部分熔鹽通過熔鹽泵輸送到閃蒸罐、堿液分配罐和99%熔融堿下堿管道做為其伴熱使用后自流回到熔鹽儲(chǔ)槽。

1.2 控制系統(tǒng)

5萬t/a固堿控制系統(tǒng)有3部分組成：熔鹽爐系統(tǒng)用PLC控制；堿濃縮系統(tǒng)用DCS控制；制片、包裝、庫存系統(tǒng)是現(xiàn)場半自動(dòng)控制。最終將熔鹽爐系統(tǒng)、堿濃縮系統(tǒng)、制片、包裝系統(tǒng)組合到一起，實(shí)現(xiàn)DCS集中控制。

1.3 重油指標(biāo)

低熱值：40.2×103kJ/kg，溫度為 50～70 °C，壓力為 0.3～0.5 MPa，黏度為 500 mm2/s（50 ℃）、50 mm2/s（100℃），硫的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。

1.4 設(shè)備簡介

（1）降膜蒸發(fā)器

降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)成管束型。在降膜蒸發(fā)器頂部，堿液的分布方式如下：上管板的上方，即每個(gè)蒸發(fā)器頂部都安裝有立式插槽，堿液通過該插槽均勻地流入管內(nèi)并向下進(jìn)入管的內(nèi)表面，沿內(nèi)部管壁形成不間斷的膜。堿液離開管束進(jìn)入安裝在降膜蒸發(fā)器下管板下方的蒸汽分離器。

（2）最終濃縮器

降膜濃縮器由10個(gè)單獨(dú)的降膜組件和1個(gè)氣液分離器構(gòu)成。燒堿溶液在0.04 MPa的微小壓力下，在降膜濃縮組件的內(nèi)部脫水。濃縮需要的熱由熔鹽通過在每個(gè)濃縮組件雙層內(nèi)壁進(jìn)行對(duì)流來提供。

用泵將燒堿溶液加入燒堿收集器的2個(gè)入口。在降膜濃縮組件的頂部，燒堿向下均勻地分布在內(nèi)壁表面，從頂部到底部形成不間斷的膜。在每個(gè)濃縮器組件的中心插裝分流器，防止燒堿膜由于快速蒸發(fā)而吹掉。蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽以及每個(gè)濃縮器組件底部的燒堿，在分流器的作用下使燒堿膜粘結(jié)到濃縮器組件的內(nèi)表面。離開濃縮器組件的燒堿濃度約98.3%，并向下匯入分離器。

在分離器中，蒸汽的流速降低，使蒸汽夾帶的堿霧因重力與蒸汽分離落到分離器的底部。然后蒸汽經(jīng)過細(xì)密鎳網(wǎng)制成的床墊型除霧器過濾后離開分離器。燒堿液滴因重力落回到分離器底部。除去堿霧的蒸汽用于加熱降膜蒸發(fā)器。

每個(gè)濃縮器組件都配備有單獨(dú)的加熱夾套，在夾套中，熔鹽與燒堿逆向流動(dòng)。熔鹽進(jìn)入夾套并通過鹽收集器帶走。在每個(gè)加熱夾套的出口端配有的節(jié)流閥可以使熔鹽均勻地分布到所有的濃縮器組件中。每個(gè)組件都配備了預(yù)熱用的蒸汽伴熱。

在停車期間，為了防止氧氣進(jìn)入最終濃縮器系統(tǒng)，將低壓蒸汽經(jīng)燒堿進(jìn)料管線進(jìn)入降膜蒸發(fā)器。

（3）閃蒸蒸發(fā)器

高濃縮的燒堿熔融物以微小的壓力和質(zhì)量分?jǐn)?shù)約98.3%離開最終濃縮器。憑借安裝在最終濃縮器和閃蒸蒸發(fā)器管線之間的孔板在管線上產(chǎn)生壓力降，它帶來的閃蒸效果使燒堿熔融物質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99%。

（4）重油加熱系統(tǒng)

重油加熱系統(tǒng)主要包括PLC控制系統(tǒng)，熔鹽循環(huán)加熱器，安裝在加熱器頂部的重油燃燒爐、重油預(yù)熱系統(tǒng)、重油加壓泵、助燃空氣和廢氣管道、助燃空氣風(fēng)機(jī)及廢氣煙道。重油燃燒功率為860 kW。

1.5 熔鹽

熔鹽由53%的硝酸鉀，40%的亞硝酸鈉，7%的硝酸鈉組成。這種熔鹽介質(zhì)具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性質(zhì)，較低壓力下可達(dá)到400℃，不易燃，不腐蝕，可以使用多年。另一方面，這種熔鹽介質(zhì)存在結(jié)晶點(diǎn)高的缺點(diǎn)，是這一缺點(diǎn)可通過確保有效伴熱來解決。在氧氣存在下，NaNO2氧化成NaNO3，使結(jié)晶點(diǎn)連續(xù)上升，可以用氮?dú)獗Ｗo(hù)鹽罐來避免氧化。盡管采取了上述預(yù)防措施，熔鹽運(yùn)轉(zhuǎn)使用幾年之后必須更換，用新的組分來更換部分熔鹽。

2 性能考核

72 h共生產(chǎn)片堿497.7 t，平均每天165.9 t，達(dá)到了5萬t/a固堿的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.1%（設(shè)計(jì)為99.0%），含NaOH≥98.7%，片堿溫度低于60℃，片堿產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

消耗指標(biāo)為煙煤0.4 t/t，每天消耗為66 t；消耗重油0.015 t/t，平均每天消耗2.475 t；原料48%液堿單耗1.015 t/t；保護(hù)設(shè)備用氮?dú)?0瓶；糖單耗為0.3 kg/t。

3 固堿生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題及解決方法

（1）降膜濃縮器液位在DCS系統(tǒng)上顯示不穩(wěn)定，有時(shí)存在假液位現(xiàn)象，給操作人員帶來控制上的不方便，只能采取手動(dòng)控制，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。解決辦法是由儀表校對(duì)液位變送器，適當(dāng)做零點(diǎn)遷移，使輸送數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，信息反饋靈敏。

（2）連接閃蒸罐與堿分配器的管道焊接孔板的孔徑為17 mm，滿足不了閃蒸罐液體的順利輸送，造成閃蒸罐液位過高，易使閃蒸罐吹掃蒸汽管道和密封墊損壞及結(jié)晶。解決辦法是將孔板的孔直徑擴(kuò)大到23 mm。

（3）目前無法保證氮?dú)膺B續(xù)供給鎳制設(shè)備使用，瓶裝氮?dú)庠谳^高流量使用時(shí)， 氮?dú)馄繒?huì)迅速結(jié)霜，甚至堵塞氮?dú)獬隹?。公用工程車間提高氮?dú)饧兌燃茉O(shè)管道輸送到固堿，可保證固堿工序氮?dú)獾恼Ｊ褂谩?/p>

片堿機(jī)結(jié)片面積大，堵塞片堿機(jī)下料溜槽。處理措施為調(diào)節(jié)片堿機(jī)冷卻水量，控制好冷卻水回水溫度在50℃，在4m3/h進(jìn)料量的時(shí)候調(diào)節(jié)片堿機(jī)轉(zhuǎn)速為3.0 r/min。

（4）熔鹽管道閥門設(shè)計(jì)選型有誤，密封墊時(shí)常泄漏。處理措施為密封墊選型嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行，安裝時(shí)嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行，打壓試漏合格后投入使用，投入后，嚴(yán)格按高溫管道規(guī)范進(jìn)行升溫控制；大修時(shí)更換閥門。

4 環(huán)保情況

來自重油爐燃燒器煙道氣中的成分為：CO214.006%，H2O 11.654%，N272.364%，O21.975%。密度為1.6 kg/m3。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的固堿生產(chǎn)大都采用大鍋熬制生產(chǎn)工藝，缺點(diǎn)是間斷生產(chǎn)、工藝落后、生產(chǎn)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高、裝置占地面積大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、堿損耗高、污染環(huán)境、生產(chǎn)成本高。煤重油二合一熔鹽法離子膜固堿生產(chǎn)技術(shù)克服了鍋法生產(chǎn)中的所有缺點(diǎn)，也滿足了進(jìn)口熔鹽降膜法生產(chǎn)工藝對(duì)燃料的嚴(yán)格要求，同時(shí)利用了該地區(qū)豐富的煤炭資源，能耗比鍋法低一半以上。

Method on 50 kt/a two-in-one solid ionic membrane caustic soda production with molten salt

LI Fan-lu
(Chlor-alkali Branch of Ningxia Younglight Chemical Co.,Ltd.,Shizuishan 753202,China)

The process flow path,type selection of main equipments and property test of two-in-one solid ionic membrane caustic soda production were introduced.The existing problems in production were analysed,and the solutions were put forward.

solid caustic soda;burning method of process;falling-film evaporator

TQ114.26+8

B

1009－1785(2010)03－0010-02

2009-06-22