干法加灰蒸餾節能技術推廣論證

2015-12-03 07:44:08丁爽

純堿工業 2015年3期

丁爽

（青島海灣化工設計研究院有限公司，山東青島 266043）

1 干法加灰技術基本情況

1.1 基本情況

純堿學名碳酸鈉（Na2CO3），又稱蘇打，是重要的基礎化學原料。純堿工業在促進國民經濟發展、提高人民生活水平方面發揮了重要作用，被廣泛應用于玻璃工業、化工制品、洗滌劑、氧化鋁等行業。近年來，房地產業、平板玻璃等相關行業的快速發展，極大的拉動了純堿需求，推動國內純堿產能、產量迅速增長。自2003年起，我國純堿產能和產量便穩居世界首位，出口量僅次于美國，位居第二。截止2013年底，我國純堿產能31.0Mt／a，比2012年增加2.3Mt／a，同比增長8.0%，其中，聯堿法純堿產能為15.7Mt／a，占總產能的50.6%；氨堿法純堿產能為13.5Mt／a，占總產能的43.6%；天然堿法純堿產能為1.8Mt／a，占總產能的5.8%。

國內純堿生產工藝有氨堿法、聯堿法和天然堿法三種。其中，氨堿法（索爾維法）是傳統生產工藝，產品質量好、單位產能投資少，但是廢液廢渣產生量大且難以處理，只能長期堆存。

氨堿法純堿的生產工藝是以地下鹵水或原鹽及石灰石為原料，如用原鹽須先溶化成飽和鹽水，除去鹽鹵中的鈣鎂雜質，再吸收氨制成氨鹽水，然后進行碳化得到溶解度小的碳酸氫鈉（又稱重堿），重堿過濾后煅燒而成純堿，過濾母液加入石灰乳反應并蒸餾回收反應物氨再循環。蒸餾后產生蒸餾廢液和廢渣。氨堿法每生產1t純堿，就會產生約10m3的廢液和300kg的廢渣。目前，國際上大多數純堿企業處理氨堿廢液主要依靠排海，處理氨堿廢渣主要依靠堆存。隨著生產、生活環境的改善，東部沿海地區留給氨堿企業的生存空間將越來越小，若不能轉變發展方式、減少污染排放和堆存，氨堿企業的生存必將面臨環境保護的嚴重制約。

干法加灰蒸餾技術，是上世紀90年代，由青島堿業股份有限公司從荷蘭引進，全國同行業首家采用。干法加灰蒸餾技術是在氨堿法純堿制造蒸餾回收氨的工藝操作中，直接向母液加入生石灰粉來分解結合銨，即利用生石灰粉替代傳統的石灰乳進行反應。這一技術現已成為青島堿業的專有技術，也擁有當今全球運行情況較好的一套裝置。

1.2 技術優勢

采用干法加灰蒸餾技術，相比傳統灰乳蒸餾技術，具有如下四大優勢：第一，節約資源與能源：可節省蒸汽消耗約0.3t／t堿；第二，可回收利用約70 MJ／t堿的反應熱，減少約130MJ／t堿的廢液熱損失；同時蒸餾廢液氯化鈣濃度比濕法蒸餾提高2.5%以上，可節約回收制造氯化鈣的蒸汽消耗；第三，節約化灰水約2m3／t堿；第四，減少污染排放：廢液的排放量減少，每生產1t純堿可減排約2m3的廢液。這也是目前世界上氨堿法減排的最好水平。

2 項目技術方案

2.1 項目技術規模

產品規模：純堿產量200kt／a（按8 000h／a），25t／h。

即單套（200kt／a）干灰蒸餾單元（包括磨粉系統和蒸吸系統），單套設計能力25t／h。

干法加灰操作周期4個月，單套每年累計清掃、維修時間按30天計。

2.2 工藝技術流程

2.2.1 磨粉系統

石灰石煅燒分解生成生石灰塊，生石灰塊自石灰倉經振動給料器進入破碎機進行初級破碎，破碎達到一定粒度后經中間料倉進入磨機給料器計量進入磨機。生石灰細粒在磨機中不斷研磨，研磨后經靜態分級器分級，合適粒度的生石灰粉進入旋風分離器，分離器底部分離出的合格粒度的生石灰粉進入集合絞龍再通過輸送設備送至下道工序蒸吸系統。

旋風分離器頂部流出的含塵風經循環風機再送入布袋除塵器除塵，分離出的生石灰粉也同時進入集合絞龍，布袋除塵后的凈化風排大氣。

2.2.2 蒸吸系統

來自磨粉系統磨制的石灰粉，送至石灰粉倉上的分配絞龍，經絞龍分配后入灰粉倉，進入粉倉底部的灰粉經振動格柵，均勻地落在皮帶上，經計量后，通過加灰絞龍進入預灰桶同預熱母液反應。

溫母液進游離氨塔，經溢流堰均勻分布在整個篩板表面上，與上升蒸汽逆流接觸換熱，蒸出大部分游離氨和二氧化碳。預熱母液自塔底流出后送至預灰桶頂部進入，在預灰桶內與石灰粉進行充分反應（反應液即調和液），大部分的NH4Cl分解為游離氨，并有部分游離氨從液相中解析出來，由氨出氣管進入游離氨蒸餾塔。從預灰桶分解后的調和液進入沉砂器分離出較大砂粒后再進入固定銨蒸餾塔，自上而下經笠帽塔板與蒸汽逆流接觸換熱，將幾乎全部氨蒸出，廢液自塔底排出進入閃發罐回收蒸汽，閃發后的廢液大部分經廢液泵排出，小部分廢液經廢液泵返回洗砂器，洗滌回收砂子中的少量氨。

從沉砂器分離下的灰砂，通過捕砂器間斷地放入洗砂器中，經廢液串聯洗滌回收其中的CaO和NH3，洗滌后的廢砂放至混合罐中，與廢液一并經廢液泵送至凈化壓濾工序處理后排放。

低壓蒸汽噴射器匯同廢液閃發汽一并進入固定銨蒸餾塔底圈，經分汽帽自下而上，經塔板同調和液逆流接觸，進行熱質交換，被蒸出的氨氣匯同預灰桶出氣一并進入游離氨塔底部，經游離氨塔篩板同溫母液換熱后，氨氣自塔頂出來，進入波紋管換熱器，冷卻冷凝后的氨氣經分離器分離進入吸氨塔，冷凝液自壓回流至精餾段。

自海水總管來的一次海水，經海水過濾器，進加壓泵加壓后送至波紋管換熱器，與氨氣間接換熱，換熱后的溫海水一部分循環，一部分外送石灰，剩余外排。

精制二次鹽水進入吸氨塔頂部，在洗滌段與氨氣逆流接觸，從吸氨塔底出來的氨鹽水，過濾后進入鈦板換熱器換熱，冷卻后，大部分氨鹽水作為循環氨鹽水回吸氨塔吸氨，另一部分氨鹽水作為成品氨鹽水送至氨鹽水澄清桶，澄清后至氨鹽水貯桶。

自游離氨蒸餾塔頂氣液分離器之氨氣進入吸收塔，經吸收后，尾氣由吸收塔頂排出進入吸收尾氣凈氨洗滌塔，回收尾氣中少量氨，凈氨后尾氣由濾過真空泵抽取排放大氣中。

軟水經軟水泵提壓后進入吸收凈氨塔頂在塔內經填料分布逆流與吸收尾氣接觸，洗滌其中的少量氨，匯集于塔底稱之為凈氨洗水，經管線自流入煅燒車間爐氣洗滌塔洗滌爐氣。

圖1 干法加灰工藝流程

2.3 干法加灰蒸餾的工藝特點

1）預灰桶容積大：石灰粉直接加入預灰桶，以回收氧化鈣的水合熱，由于省卻了化灰工序，生石灰的水合消化也要在預灰桶內進行。為此采用大容積預灰桶，并加大攪拌強度，使石灰粉反應消化充分。

2）系統壓力小：由于要將石灰粉加入預灰桶內，所以要求預灰桶內的壓力必須保持在微負壓狀態，同時還要保證吸收系統的負壓不致過大。

3）系統溫度低：由于系統壓力低，所以能在較低溫度下將氨和二氧化碳蒸出。干法加灰蒸餾的預熱母液溫度、廢液排出溫度、塔頂出氣溫度等都比濕法蒸餾低。

4）游離氨蒸餾塔與固定銨蒸餾塔分置：石灰粉加入預灰桶時，預熱母液必須具有一定的壓力來噴灑捕捉石灰粉，以防止石灰粉隨預灰桶出氣進入管道內而造成堵塞。如果僅利用預熱段與蒸餾段的位差是無法做到的，所以干法加灰蒸餾工藝把預熱段與蒸餾段分離成兩個獨立塔，分別稱為游離氨蒸餾塔和固定銨蒸餾塔，并增加預熱母液泵將預熱母液打入預灰桶，使傳熱傳質更充分。

5）分砂與洗砂：為防止石灰粉中的較大顆粒砂子進入固定銨蒸餾塔而造成沉砂淤積，設置了分砂裝置，調和液在沉砂器內將大顆粒砂粒沉下并定期放入洗砂器中用廢液洗滌以回收沉砂中的氨和氧化鈣，洗液返回固定銨蒸餾塔。

3 評價指標

3.1 節能減碳能力

3.1.1 單套干法加灰蒸餾裝置投入和產出增量

計算依據為單套干法加灰蒸餾裝置青島堿業實際運行測定數據，產品規模為年產200kt純堿。

1）節約蒸汽量

按干法加灰蒸餾裝置每噸堿比濕法蒸餾節約低壓蒸汽0.3t，單套裝置一年可節約蒸汽量：200kt×0.3＝60kt，折年節約標準煤5 614t。

節約蒸汽費用：60 000×175元／t＝1 050萬元

2）減排廢液量

每生產1t純堿可減排約2m3的廢液，單套裝置一年可減排廢液量：200×2＝400km3，減少化灰海水使用量400km3。

節約海水費用：40km3×0.25元／m3＝10萬元

3）增加用電量（一年的投入量）

干法蒸餾比濕法蒸餾增加電耗14.69kWh／t堿，單套裝置一年增加的用電量：200 000×14.69 kWh／t＝2.938×106kWh，折年耗標準煤361t。

用電增加的費用：2.938×106kWh×0.25元／kWh＝734 500元（即73.45萬元，電價為自發電價格）

4）單套干法加灰蒸餾裝置一年節約費用：1 050＋10－73.45＝986.55萬元

節能量折算為標準煤為：5 614－361＝5 253t

年CO2的減排量為：5 253×2.64＝13 868t

3.1.2 預計推廣后的節能量和減碳量

目前國內純堿產能已達到31.0Mt／a，氨堿法產能為13.50Mt／a。干法加灰技術推廣范圍適用于全部的氨堿法企業，該技術在氨堿法行業中的推廣潛力是100%。一套干法加灰裝置（200kt／a）的年節能量為5 253t標準煤，在氨堿法行業中100%推廣：

預計節能能力為：（13 500÷200）×5 253tce／a＝354 577.5tce／a；

預計二氧化碳的減排能力為：354 577.5×2.64＝936 084.6tCO2／a

（標準煤的減碳排放系數為2.64tCO2／tce）

3.2 經濟效益

以一套純堿產量200kt／a產品規模的干法加灰技術，增加的投資主要有兩部分：一為生石灰塊磨粉系統，增加了磨粉設備框架和工藝設備如破碎機、磨機以及循環風機和除塵風機等；另一部分增加的投資為原有濕法灰乳蒸餾改造為干法加灰蒸餾需要增加設備框架以及增加的工藝設備如增加一個蒸餾塔、改造預灰桶、增加輸送設備等。

一套干法加灰裝置的總投資為3 964.82萬元，比同等能力的濕法蒸餾投資（2 320.74萬元）凈增加1 644.08萬元，主要包括設備購置費增加：1 144.24萬元；安裝工程費增加：199.84萬元；建筑工程費增加：300.00萬元。

投資費用中主要為工藝設備所占比重較大，其中磨粉系統中的磨機主要部件及進料控制器為進口設備。

干法加灰蒸餾技術的顯著特點就是節能，單套干法加灰蒸餾裝置，年節能量折算為標準煤為5 253t，年節約費用為986.55萬元。依據以上數據，可以算出與基準情景相比：

（1）單位節能量投資額為：1 644.08／5 253＝0.313萬元／tce

（2）靜態投資回收期為：1 644.08／986.55＝1.67年

3.3 技術先進性

干法加灰技術，是上世紀90年代，青島堿業從荷蘭引進，成為全國同行業首家采用。這一技術已成為青島堿業的專有技術，也擁有當今全球運行情況較好的一套裝置。技術的先進性為國際先進、國內領先的專有技術。工信部于2010年發文《關于印發聚氯乙烯等17個重點行業清潔生產技術推行方案的通知》，推廣包括青島堿業此項干法加灰蒸餾技術。中國純堿工業協會近幾年也在行業中加緊推廣此項技術。

3.4 技術可靠性

干法加灰技術在青島堿業股份有限公司已投入運行二十余年，從企業應用的反饋來看，效果很好。青島堿業股份有限公司利用此技術，其能耗指標一直在行業中處于先進水平，2011年至2013年被中國石化聯合會評為“能效領跑者標桿企業。

2011年，行業內的兩家企業分別與青島堿業股份有限公司簽訂了技術采購合同，使用青島堿業的干法加灰技術，各投入了一套干法加灰生產裝置，均已運行兩年以上，節能效果明顯，特別是低壓蒸汽的節約量均達到了噸堿節汽300kg以上。

3.5 行業特征指標

氨堿法純堿企業的行業特征指標，主要體現為單位產品綜合能耗。目前行業內單位產品綜合能耗值一般限制在輕質碳酸鈉能耗≤400kgce／t，重質碳酸鈉能耗≤470kgce／t。干法加灰技術的投入，單套裝置一年節能量折標準煤5 253t，可降低單位產品能耗值為：5 253 000／200 000＝263kgce／t。干法加灰技術在節能降耗方面是具有明顯效果的。

4 推廣建議與投資數據

目前純堿行業受產能過剩、市場不景氣的影響面臨生存壓力，氨堿法企業只有通過內部挖潛，節能降耗，降低生產成本，才是企業生存下去的保障。

干法加灰蒸餾技術是針對在氨堿法純堿企業的節能技術。經過技術擁有單位青島堿業多年的實際運行驗證，經過近幾年在其它氨堿企業的推廣應用，證明該技術工藝成熟可靠，節能效果顯著。

一套純堿產量200kt／a產品規模的干法加灰技術，增加的投資主要有兩部分：一為生石灰塊磨粉系統，增加了磨粉設備框架和工藝設備如破碎機、磨機以及循環風機和除塵風機等；另一部分增加的投資為原有濕法灰乳蒸餾改造為干法加灰蒸餾需要增加設備框架以及增加的工藝設備如增加一個蒸餾塔、改造預灰桶、增加輸送設備等。

干法加灰蒸餾技術（按一套年生產能力為200 kt純堿），投資額為3 964.82萬元，比同等能力的濕法蒸餾投資（2 320.74萬元）增加1 644.08萬元，年平均利潤總額804.88萬元，年平均所得稅201.22萬元，年平均稅后利潤603.66萬元。投資利潤率48.96%，投資利稅率58.16%，資本金凈利潤率36.72%，全部投資內部收益率（稅后）56.06%。全部投資投資回收期（稅后）2.76年，盈虧平衡點35.04%。

年操作日 330天

裝置能力（純堿） 200kt／a

成本情況

節約蒸汽量 60kt

節約水量 400km3

增加用電量 2.938×106kWh

增加占地面積 144m2

經濟分析數據

項目增加投資 1 644.08萬元

年平均稅后利潤總額 603.66萬元

投資利潤率 48.96%

全部投資內部收益率（稅后）56.06%