遷建年產60萬噸純堿項目總體技術設計思考

包友興，江雄旺，張 翼，杜 鳴，夏文菊，倪祥林，蔣民興

（中鹽昆山有限公司，江蘇 昆山 215335）

中鹽昆山有限公司是中國鹽業總公司整體收購江蘇省昆山錦港化工有限責任公司國有股權后成立的國有全資企業。昆山市政府要求中國鹽業總公司“必須在三年內完成昆山錦港化工公司整體搬離現有廠址”。“整體搬離現有廠址”其實質上是新建一個聯堿廠。

新廠要達到“國內一流、國際先進”水平，遷建項目總體技術設計是整個工程項目的靈魂，業主對工程項目的頂層設計起關鍵作用。我們對遷建年產60萬噸純堿項目從指導思想、環保、信息化、合成氨、聯堿等方面進行深入思考。

1 項目建設指導思想

企業整體搬遷是調整原料路線、優化產品結構、提升技術裝備水平的千載難逢的機遇。我們對合成氨原料路線及動力結構進行改造；力爭優化聯堿產品品種結構，提髙產品質量，使得生產工藝先進、環境優美、經濟效益更上一層樓，實現“搬活、搬優、搬強、搬大”。

我們找準目前行業“排頭兵”的“國內一流、國際先進”的企業，以它們為參照系，努力學習這些企業的先進技術和管理思想。

2 遷建項目要有較強的環保意識

江蘇昆山市政府把中鹽昆山有限公司搬遷新址定為張浦鎮。地理位置特點是：一是化工園區外的一個化工點，工廠附近雖然有污水處理廠，但我們公司經處理后的含鹽廢水不能送入本地區污水處理廠處理；二是江蘇省與上海市交界水質考核要求。我們工廠水源是吳淞江，它的水系是流入上海蘇州河，再入黃浦江。為此，環保工作的重心放在全廠廢水零排放。

2.1 聯堿

一是要做到廢水（液）零排放，聯堿生產系統母液要趨于收縮狀態；二是循環水系統加強管理，沒有泄漏也不得外排循環水。外冷碳化塔組的清洗塔采用氮氣為清洗氣，做到較好的清洗效果，達到碳化塔長周期作業，盡可能不停車洗塔，有利用環保。

2.2 合成氨

一是煤氣化黑水：1.5m3／t NH3送污水處理工序；二是循環水系統加強管理，沒有泄漏也不得外排循環水。

2.3 水處理裝置

污水處理中設置中水回用和濃縮后的廢鹽廢水低溫蒸發裝置。

2.4 企業鍋爐煙氣

氨法脫硫，煙氣SO2≤50mg／Nm3

脫硝NOx，爐內SNCR，預留爐外SCR。

3 建成信息化企業

3.1 生產裝置運行過程自動化、信息化

①生產過程控制采用單機PLC操作系統，如聯堿裝置就有重堿水平帶式真空過濾機PLC單機成套控制系統等共32套；②大機組采用ITCC控制操作，有合成氨合成氣壓縮機ITCC控制操作系統、合成氨冷凍系統離心式氨壓縮機ITCC控制操作系統、；空分制氧空壓機ITCC控制操作系統；③整個生產過程控制采用DCS集散控制系統（電力變配電系統采用綜合自動化SCADA系統）；④安全系統采用ESD（SIS安全儀表系統）控制技術。

3.2 企業信息化管理

建設企業信息化管理系統。主要內容有ERP、MES、PCS、OA、仿真培訓系統等。其中MES信息化管理內容有：計劃排產、生產調度管理、操作管理、物料平衡、物料管理、能源管理、生產統計、成本（動態）管理、設備運行（監控、巡檢）管理、績效管理、檢化驗管理、質量管理、計量管理、QHSE管理、工藝數據挖掘等共15個單項。

OA主要功能模塊有：電子公告、電子郵件、日程安排、會議管理、流程審批管理、電子私章管理、部門新聞管理、法律法規、人事檔案管理、車輛管理、辦公用品管理等。

3.3 通信系統（弱電）網絡化

建設以企業局域網為架構的通信系統（弱電）網絡。

①生產調度（電話系統）和應急管理指揮系統：包括建立實時過程監視、應急指揮、HSE、應急預案庫、應急資源及信息管理、GIS（地理信息系統）、視頻監視、安全巡檢、專家庫、MSDS（化學品安全信息）數據庫、短信平臺等，調度中心及應急中心大屏幕一體化監控系統；②仿真培訓系統；③行政管理電話系統；④計算機局域網；⑤火災自動報警系統；⑥電視監控系統；⑦無線對講系統；⑧廠區電信線路；⑨保衛安全防范系統（周界入侵報警、視頻安防監控、電子巡更、無線對講）；⑩多媒體信息發布系統：?廠前區機房工程（核心設備、設備連接、UPS供電、滅火系統防雷接地系統等）；?一卡通及車輛出入管理系統；?移動終端系統（手機平臺：手機屏幕看實時操作畫面）；?0A辦公自動化系統等。

從目前使用情況分析，采用國產化產品能滿足企業信息化裝置需要。

4 合成氨裝置

《可行性研究報告》中合成氨能耗為39.97GJ／t NH3；《初步設計》中合成氨能耗為40.71GJ／t NH3，折算為標準煤耗為1 389kg／t NH3，比國家“十二五”規劃中以煤為原料的合成氨先進水平能耗下降111kg／t NH3，降低7.4%，為此我們定義為“國內一流”水平。

圖1 合成氨裝置工藝流程圖

4.1 專利技術和引進設備

采用四項專利：

①華東理工大學四噴嘴水煤漿6.5MPa氣化技術。

②丹麥托普索公司氨合成（中壓法）工藝和氨合成塔內件及觸媒。

③丹麥托普索公司硫制酸WSA工藝和設備。

④大連理工大學低溫甲醇洗和液氮洗（雙洗）工藝。其中低溫甲醇洗采用半貧液流程，目的是進一步降低甲醇消耗。

引進三類先進設備：

①丹麥托普索公司合成氨氨合成塔內件及觸媒。

②丹麥托普索公司合成氨硫制酸WSA設備及催化劑。

③德國西門子（蘆葫島）公司合成氨合成氣壓縮機。

4.2 與靈谷化工公司合成氨工藝比較

1）水煤漿氣化壓力不同：

靈谷化工公司合成氨生產水煤漿氣化壓力4 MPa，我們提高到6.5MPa，水煤漿氣化效率與壓力成正相關，在同樣煤種（如神府優II煙煤）條件下，煤氣化主要指標：有效氣成分（CO＋H2）%提高；有效氣（CO＋H2）耗氧氣量、耗煤量下降；冷煤氣熱效率提高。

2）能耗（電耗）下降，主要是合成氣壓縮功降低：

靈谷化工公司合成氨生產合成氣壓縮機進口壓力為3.5MPa→15MPa出口壓力送氨合成崗位。我們合成氨生產合成氣壓縮機進口壓力為5.8MPa→15MPa出口壓力送氨合成崗位。

經測算能耗下降折算為電耗下降約60kWh／t氨（年節電約1 800萬kWh）。

3）合成氣中微量毒物氣體的凈化方法不同：

合成氨生產低溫甲醇洗出口合成氣含有少量雜質組成氣體CO、CO2、CH4等，靈谷化工公司采用甲烷化工藝凈化方法，凈化過程要消耗有效原料氣H2，并且CO、CO2要轉化成惰性氣CH4，進入氨合成工序后，降低氨合成塔進出氨凈值，增加氨合成系統循環量和放空量。在采用液氮洗工藝，則不存在上述工藝問題。

4）濕氣制酸WSA工藝：

硫回收采用濕氣制濃硫酸WSA工藝。它是丹麥托普索公司開發的一種含硫濕氣經燃燒、轉化直接制硫酸工藝。它完全不同于其他硫回收工藝和裝置。該工藝特點：①硫回收率髙；②回收產物是商品級98%H2SO4；③不產生廢料，對環境無二次污染；④該工藝除消耗催化劑外，不需要其他化工原料；⑤SO2轉化SO3時，產生大量熱量，可副產5.5MPa蒸汽。

5 聯堿裝置

聯堿生產裝置一流水平主要特征為：產品質量好，能耗和鹽耗達到行業先進水平，設備大型化，環保、清潔生產，勞動生產率髙等。

圖2 聯堿工藝流程示意圖

5.1 專利技術和引進設備

采用三個專利：

①中國成達工程有限公司外冷碳化工藝。

②中國成達工程有限公司鹽析軸流泵。

③中國成達工程有限公司淡液蒸餾塔。

引進先進設備：

①法國EIMCO公司聯堿重堿水平帶式真空過濾機。

②加拿大Solex公司聯堿重灰（重質純堿）、輕灰（輕質純堿）粉體流涼堿器。

③瑞士福萊姆公司聯堿一水堿離心機。

5.2 聯堿主要生產裝置

5.2.1 碳化

主要設備：外冷碳化塔 φ3500／φ5000／φ3000×31000；碳化外冷器φ1600×8195F＝513m2。

外冷碳化工藝是中國成達工程有限公司專利技術，與傳統索爾維碳化塔，具有優點：

①生產能力大，單塔能力為純堿10萬t／a；

②作業周期長，以氮氣為清洗氣，做到常年連續生產不需要停車清洗碳化塔。減少原索爾維碳化塔定期清洗并要排放清洗廢液的問題；

③由于減少塔數，同時減少操作控制系統，簡化流程，優化集中控制；

④目前采用的無角閥外冷塔和氮氣清洗工藝，更利于外冷碳化塔操作條件，碳化生產穩定性更好；

⑤外冷碳化塔采用內表面襯316L不銹鋼5 mm代替防腐層，利于降低產品鐵含量，提高純堿白度。

髙濃度CO2氣制堿，改進CO2氣配方式；增加碳化塔液位自動調節裝置，一組三臺制堿塔，保持制堿塔液位相同；氨母液Ⅱ澄清設備配置三個φ24×5m高效澄清桶。

5.2.2 過濾

引進重堿水平帶式真空過濾工藝優點：

①洗水用量減少，指標：≤620kg／t純堿，采用三道洗水辦法；

②重堿鹽分控制在0.2%以下，為固相水合法低鹽重灰創造條件；

③重堿水分16%左右；

④單機生產能力大，設備大型化；

⑤PLC控制，工藝數據進入DCS控制操作系統，改變傳統真空轉鼓過濾機依經驗操作的狀態。

主要設備：法國RPA公司81m2水平帶式真空過濾機，生產能力30萬t純堿／a。

5.2.3 結晶

①采用逆料流程；

②大型鹽析、冷析結晶器；

③冷析結晶外冷器熱AI軸流泵循環清洗；④鹽析結晶選用專利軸流泵；

⑤內加熱式干燥氯化銨工藝：降低蒸汽耗，穩定操作，延長生產作業周期。

5.2.4 煅燒

輕灰煅燒爐φ3000×30000F＝4 200m2，生產能力＞700t／d，蒸汽耗（3.1MPa 250℃）＜1.35t／t堿；

重灰煅燒爐φ2800×25000F＝2 200m2，生產能力＞800t／d，蒸汽耗（1.4MPa 220℃）＜0.5t／t堿。

引進加拿大Solex公司重灰、輕灰粉體流涼堿器代替目前使用較多的螺旋漿式涼堿機。其優點：

①主要技術是密相輸送與板式換熱相結合，應用在純堿冷卻過程。

②節能：即把動設備涼堿機改為靜設備涼堿器而節約電能。

③減排：因為是靜設備，相對減少堿粉塵飛揚，達到減排堿粉改善車間環境等好處，做到清潔生產。

④單臺設備大型化，輕灰粉體流涼堿器生產能力30萬t／a。

因目前在世界上還沒輕灰粉體流涼堿器應用先例，我們與加拿大Solex公司在我們公司內完成工廠試驗，并取得成功后，再簽訂引進輕灰粉體流涼堿器合同。

篩分技術：采用平面旋轉振動篩，生產能力大，運行平穩。

重灰采用分級處理流程：重灰經篩分后，粗粒子送去粉碎后再進行篩分；中間級粒子為成品；細粒子返回輕灰系統。達到重灰顆粒均勻的目標要求。

首次把管鏈技術運用應用于純堿輸送，優點是：節電、降低噪聲、占地面積少。

5.2.5 CO2壓縮

采用大型螺桿噴水壓縮機5臺，其容積打氣量為15 000Nm3／h。其中采用能源合同管理方式制造2臺。能源合同管理內容為：以現在生產大型螺桿噴水壓縮機電耗為考核標準（參照物），能源合同管理方式制造2臺大型螺桿噴水壓縮機實際電耗，比考核標準電耗下降部分的節約壓縮機電耗，用來支付壓縮機設備制造費。

5.2.6 氨制冷

采用大型螺桿氨壓縮機6 000kW和蒸發式氨冷凝器8 000kW。

5.2.7 小蘇打

小蘇打5萬t／a項目是聯堿的配套生產裝置。主要是回收輕灰煅燒爐氣夾帶堿粉、次品堿、底腳堿及低鹽重灰一水堿離心機分離出來的過濾母液。工藝為用素瓷過濾器精制蘇打母液，選用單塔制堿，DCS控制。

四川省和邦化工有限公司為我們60萬t／a聯堿項目的樣板廠。該廠由中國成達工程公司設計新建60萬t／a聯堿裝置，以天然氣為合成氨原料，真空制鹽供聯堿生產使用。

6 結 語

遷建年產60萬t純堿項目總體技術設計這篇文章已經“寫”了三年，目前工程進度是：主要設備都已經訂貨并加工完畢，大部分進口設備已經到廠；土建已經完成±0.00，即樁基、地管、基礎土建工程完工，年底前全部廠房封頂。我們的建設工作方針是：安全、質量、進度、節約。我們努力把遷建年產60萬噸純堿項目建成現代化化工精品工程，并為純堿行業的技術進步做出貢獻！

（本文經中國工程院周光耀院士審核，我們表示感謝！）