李瑞峰 胡顯存 中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

技術(shù)開發(fā)

聯(lián)堿工程清潔生產(chǎn)新技術(shù)概述

李瑞峰*胡顯存 中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，提升聯(lián)堿裝置裝備水平，減少氨耗和原材料消耗，降低聯(lián)堿生產(chǎn)“三廢”排放量，使工廠整體清潔生產(chǎn)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

聯(lián)堿法制堿節(jié)能減排清潔生產(chǎn)

石油和化工行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，也是能源消耗大戶，約占全國能源消費(fèi)總量的10%，主要污染物COD、二氧化硫、氮氧化物等排放量占全國排放量的相當(dāng)比重。加快能源的綜合利用，全面完成“十二五”規(guī)劃制定的節(jié)能減排目標(biāo)，已成為石油、化工行業(yè)最重要和最緊迫的任務(wù)。

本文以某600kt/a純堿和氯化銨項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)要介紹中國成達(dá)工程有限公司(以下簡(jiǎn)稱“成達(dá)”)采用先進(jìn)的專利技術(shù)和專有技術(shù)，利用自身工程經(jīng)驗(yàn)，通過聯(lián)堿法工藝技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備大型化技術(shù)解決聯(lián)堿裝置大型化過程中的制約因素，減少氨和主要原材料消耗，綜合能耗優(yōu)于清潔生產(chǎn)一級(jí)水平，使大型聯(lián)堿裝置主要控制指標(biāo)達(dá)到或超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)工藝廢液零排放。

1 工藝流程

該項(xiàng)目采用濃氣制堿工藝，以真空固體原鹽為原料，與之配套的合成氨裝置為聯(lián)堿裝置提供所需的氨和二氧化碳。

(1)一過程采用一次常壓碳化，濃氣制堿，碳化塔為新式的大型外冷碳化塔，回轉(zhuǎn)真空濾堿機(jī)和重堿離心機(jī)濾過重堿，二次吸氨，用噴射吸氨器吸氨。自身返堿蒸汽煅燒爐煅燒重堿。

(2)二過程氯化銨生產(chǎn)采用逆料流程。采用液氨直接蒸發(fā)冷卻的冷析和鹽析結(jié)晶技術(shù);干燥采用流化床干燥技術(shù)。

2 工藝技術(shù)創(chuàng)新

2.1 節(jié)能型工藝流程

(1)采用新型外冷碳化塔，改進(jìn)操作工藝流程，提高重堿結(jié)晶度，為優(yōu)化濾過操作、降低重堿含水量、節(jié)省煅燒汽耗創(chuàng)造條件。

(2)開發(fā)出國內(nèi)制堿單塔生產(chǎn)能力最大的外冷碳化塔及配套設(shè)備，并采用國家發(fā)明專利—制堿外冷碳化塔清洗新工藝，在大幅降低建設(shè)投資、加快建設(shè)進(jìn)度的同時(shí)，可在不停產(chǎn)條件下煮塔清洗，既節(jié)省洗塔用水和污水處理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)工藝介質(zhì)零排放，同時(shí)又避免了定期煮塔的停產(chǎn)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程和操作程序，延長(zhǎng)碳化塔的生產(chǎn)周期。

(3)為降低重堿含鹽量和含水量，采用真空轉(zhuǎn)鼓涼堿機(jī)和重堿離心機(jī)二次過濾技術(shù)，既提高產(chǎn)品質(zhì)量，又節(jié)約煅燒蒸汽消耗。

(4)采用成達(dá)公司開發(fā)設(shè)計(jì)的大型冷析、鹽析結(jié)晶器及性能優(yōu)異的冷析、鹽析結(jié)晶單元技術(shù)。

(5)氯化銨冷析結(jié)晶采用運(yùn)行低能耗、低位滿液位液氨蒸發(fā)制冷工藝。

(6)液氨蒸發(fā)外冷器配軸流清洗泵新技術(shù)，可降低設(shè)備投資，減少能耗，縮短清洗時(shí)間，提高清洗效果。

(7)優(yōu)化設(shè)計(jì)母液換熱器，可使系統(tǒng)阻力降低，提高換熱效果，節(jié)省動(dòng)力消耗，減少設(shè)備配置數(shù)量和投資。

(8)采用先進(jìn)的沸騰流化床干銨技術(shù)，并開發(fā)設(shè)計(jì)了單系列750t/d大型干銨爐，干銨尾氣采用兩級(jí)干法除塵，流化介質(zhì)加熱采用翅片式加熱器，加熱蒸汽冷凝液閃發(fā)回收低位熱能，能耗低，設(shè)備運(yùn)行周期長(zhǎng)，維護(hù)便捷。

(9)開發(fā)和優(yōu)化組合式泡罩塔綜合處理聯(lián)堿生產(chǎn)尾氣，經(jīng)處理后的碳化尾氣和濾過尾氣含NH3低，不僅有利于環(huán)境保護(hù)，也可降低氨耗，而且設(shè)備高度綜合，減少占地，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管道布置。

(10)開發(fā)了不銹鋼復(fù)合板材質(zhì)的帶波紋管式蒸餾尾氣冷凝器的高效篩板塔，使處理后的塔底廢淡液NH3＜5mg/L，不僅回收了氨，也為廢淡液的進(jìn)一步循環(huán)利用創(chuàng)造了有利條件。

(11)開發(fā)出增強(qiáng)尼龍材質(zhì)的大型噴射吸氨器，既可減少裝置的設(shè)備配置量，又減少建設(shè)投資。

(12)輕灰爐氣凈化系統(tǒng)增設(shè)電除塵器，有效回收了堿塵，大幅減少了冷凝液的堿含量，為蒸餾系統(tǒng)的操作及節(jié)約蒸汽創(chuàng)造了有利條件。

2.2 優(yōu)化工藝參數(shù)

(1)重堿過濾采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)的真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)，濾堿機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，可在不增加濾堿機(jī)洗水的條件下，達(dá)到更好的洗滌效果。

(2)控制適宜的淡液蒸餾塔頂溫度及壓力，合理分配蒸餾蒸汽用量及塔頂蒸餾尾氣冷凝器冷卻水用量，使能量在總體上達(dá)到最省。

(3)優(yōu)化工藝流程及設(shè)備布置，控制適宜的液氨蒸發(fā)外冷器的蒸發(fā)壓力，使冰機(jī)負(fù)荷顯著降低。

2.3 提高能量回收率

(1)淡液蒸餾系統(tǒng)中，利用高溫廢淡液預(yù)熱進(jìn)塔淡液，既節(jié)省淡液蒸餾塔的蒸汽耗量，又減少廢淡液冷卻時(shí)所需的冷卻水用量，具有雙重節(jié)能的功效。

(2)輕灰煅燒爐蒸汽冷凝水經(jīng)一級(jí)閃發(fā)，其閃發(fā)汽首先供鹽硝蒸發(fā)或干銨使用，然后干銨用蒸汽的冷凝水經(jīng)二級(jí)閃發(fā)的閃發(fā)汽供淡液蒸餾，閃發(fā)后的冷凝水返回鍋爐房，使能量多次利用。

(3)熱氨母液I冷卻采用兩級(jí)冷卻:一級(jí)冷卻采用循環(huán)冷卻水;二級(jí)冷卻采用與冷的母液II換熱冷卻，可減少冷卻水和冷凍水的消耗。

(4)開發(fā)出全密封式結(jié)構(gòu)出堿槽，減少氨曝空損失，改善操作環(huán)境，提高氨利用率。

2.4 提高能量轉(zhuǎn)換設(shè)備效率

(1)采用自身返堿蒸汽煅燒爐，煅燒汽耗低，且因無外返堿系統(tǒng)，省去了返堿運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行能耗。

(2)采用具有高傳熱效率的波紋管換熱器，有利于減少冷卻水用量。

(3)CO2氣壓縮采用大型無油螺桿式壓縮機(jī)組，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，維護(hù)成本低。

(4)排出的氨Ⅱ泥采用板框壓濾機(jī)過濾，可回收部分母液，減少消耗，泥量小，便于處理。(5)采用成熟可靠的雙級(jí)推料式離心濾銨機(jī)。(6)純堿產(chǎn)品采用全自動(dòng)包裝。

(7)氨冷凝器采用蒸發(fā)式，節(jié)能顯著。

(8)選用高效率的板式換熱器和波紋管換熱器。

2.5 裝置熱能聯(lián)合

分析全廠的蒸汽用戶及用汽等級(jí)，對(duì)全廠(包括配套建設(shè)的合成氨裝置和真空制鹽裝置)總蒸汽用能進(jìn)行綜合研究，實(shí)現(xiàn)蒸汽的產(chǎn)、用多級(jí)利用，達(dá)到合理用能目的。

2.6 其它措施

(1)淡液蒸餾塔采用篩板塔結(jié)構(gòu)，可提高蒸餾效率，降低廢液含氨濃度。

(2)采用母液I洗滌淡液蒸餾尾氣，在回收尾氣含氨的同時(shí)，節(jié)省洗水用量。

(3)輕灰爐氣除塵系統(tǒng)增設(shè)電除塵器，不僅可直接回收產(chǎn)品純堿，提高有效生產(chǎn)率，還可降低爐氣冷凝液的含堿濃度，減輕淡液蒸餾塔結(jié)垢，從而改善蒸餾塔的操作條件。

(4)采用成達(dá)公司開發(fā)設(shè)計(jì)的具有單系列、能力大、設(shè)備少、整體技術(shù)先進(jìn)和系統(tǒng)能耗低的大型氯化銨冷析結(jié)晶器和鹽析結(jié)晶器。

(5)設(shè)計(jì)了貯槽等設(shè)備曝空氨回收系統(tǒng)，減少了氨損失，降低工廠氨耗，同時(shí)凈化了操作環(huán)境。

(6)設(shè)計(jì)了淡含氨淡液蒸餾塔，系統(tǒng)收集的含氨沖洗水和回收尾氣洗水經(jīng)蒸餾回收氨，蒸餾淡液送至全廠綜合再利用，減少了污水外排量。

2.7 節(jié)水技術(shù)措施

2.7.1 一次用水

(1)新型外冷碳化操作工藝流程使外冷碳化塔輪換清洗，克服周期性的清水洗塔帶來的環(huán)保問題，同時(shí)節(jié)約大量洗水。

(2)重堿過濾采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)的真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)，濾堿機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以便在不增加濾堿機(jī)洗水的條件下，達(dá)到更好的洗滌效果。

(3)淡液蒸餾系統(tǒng)中，利用高溫廢淡液預(yù)熱進(jìn)塔淡液，既節(jié)省淡液蒸餾塔的蒸汽耗量，又減少廢淡液冷卻時(shí)所需的冷卻水用量，具有雙重節(jié)能的功效。

(4)采用母液I洗滌淡液蒸餾尾氣的方式，在回收尾氣含氨的同時(shí)，節(jié)省洗水用量。

(5)干銨爐尾氣采用干法除塵，既可避免濕法除塵造成的設(shè)備腐蝕，又免去用水，并排除了洗水對(duì)聯(lián)堿裝置母液平衡造成的難題。

(6)氨冷凝器采用蒸發(fā)式，節(jié)約冷卻水用量。

(7)選用高效率的板式換熱器和波紋管換熱器，有利于減少冷卻水用量。

(8)采用DCS，提高自動(dòng)化水平，嚴(yán)控操作指標(biāo)，避免用水浪費(fèi)。

2.7.2 回用水系統(tǒng)

(1)為貫徹一水多用和重復(fù)利用的原則，減少廢水排放量，該項(xiàng)目盡可能回收多種廢水(液)。

(2)蒸餾淡液經(jīng)預(yù)熱冷淡液和冷卻后送至濾堿機(jī)作為洗水使用。

(3)裝置回收的含氨淡液和曝空氨回收洗水經(jīng)環(huán)保淡液蒸餾塔后的洗水，根據(jù)需要送至石灰窯洗滌塔作為洗水使用和其它設(shè)備的洗水。

2.7.3 水消耗

該項(xiàng)目嚴(yán)格按照國家有關(guān)節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用國內(nèi)先進(jìn)節(jié)能設(shè)備，水的回用率達(dá)到99%，水消耗指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)同類工廠的先進(jìn)水平。

3 應(yīng)用效果

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)裝置72h生產(chǎn)性能考核，其主要技術(shù)指標(biāo)如下。

產(chǎn)品質(zhì)量:純堿和氯化銨均達(dá)到優(yōu)等品。

生產(chǎn)用原鹽消耗(以100%NaCl計(jì)):1100～1150 kg/雙噸產(chǎn)品。

生產(chǎn)用氨消耗(以100%NH3計(jì)):330～340 kg/雙噸產(chǎn)品。

蒸汽消耗:輕灰煅燒在壓力為3.2MPa(G)、溫度為239℃時(shí)，蒸汽消耗為1330 kg/t。

綜合能耗:雙噸產(chǎn)品綜合能耗≤200kg標(biāo)煤，遠(yuǎn)低于《純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》HGJ 474－2009規(guī)定的聯(lián)堿法清潔生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)一級(jí)要求。

3.2 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

國家環(huán)境保護(hù)部頒布的《純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》HGJ 474－2009。

國家發(fā)展與改革委員會(huì)頒布的《純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》。

純行業(yè)(聯(lián)堿法)清潔生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)及其評(píng)價(jià)要求。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

該裝置的經(jīng)濟(jì)效益見表1。

表1 裝置的經(jīng)濟(jì)效益

3.4綜合比較

聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿技術(shù)的應(yīng)用主要集中在中國，本技術(shù)亦主要與國內(nèi)先進(jìn)水平進(jìn)行比較，側(cè)重在應(yīng)用本技術(shù)后達(dá)到的整體裝置技術(shù)水平情況。根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部頒布的《純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》HGJ474－2009和國家發(fā)展與改革委員會(huì)頒布的《純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》，聯(lián)堿裝置綜合比較見表2。

4 結(jié)語

通過技術(shù)創(chuàng)新和裝置規(guī)模大型化，中國成達(dá)工程有限公司開發(fā)和掌握了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型聯(lián)堿關(guān)鍵工藝技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，為聯(lián)堿裝置的節(jié)能降耗，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和設(shè)備保障。

表2 聯(lián)堿裝置綜合比較

The state-of-the-art process technologies are used to improve the equipment in ammonia chloride＆soda ash co-production plants and reduce ammonia consumption，raw material consumption and wastes discharge so as to make the entire plant in clean production to the international level．

Brief Description of New Clean Production Technologies for
Ammonia Chloride＆Soda Ash Co-production Projects

Li Ruifeng，et al
(China Chengda Engineering Co.，Ltd．Chengdu 610041)

ammonia chloride＆soda ash co-productionenergysaving and waste discharge reductionclean production

*李瑞峰:高級(jí)工程師，國家注冊(cè)化工工程師。1999年畢業(yè)于四川大學(xué)化工工藝專業(yè)，從事純堿，燒堿工藝開發(fā)設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(028)65531882。

(修改回稿2012－01－04)