5萬t/a微粒堿生產裝置運行改進研究

薛衛東，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微粒堿生產裝置運行改進研究

薛衛東，王 偉，路松角

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 米脂 718100）

介紹了微粒堿生產裝置工藝流程以及影響因素，提出了優化方案。

微粒堿；蒸發；優化

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

1 原生產工藝概述

1.1 蒸發單元

蒸發單元采用兩效逆流降膜蒸發工藝。來自電解工序的32%液堿原料依次進入一效、二效蒸發器，和二效、一效蒸發器內的中壓蒸汽及二次汽逆流換熱蒸發。一效采用真空操作，最終原料堿在二效蒸發器被濃縮至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

來自蒸發單元的50%液堿進入預濃縮器和來自濃縮器的二次汽換熱蒸發，預濃縮器采用真空操作，堿液被濃縮到56%，產生的二次汽送入蒸發單元的一效蒸發器，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高速旋轉噴霧，形成的霧滴和造粒塔內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

造粒塔內形成的粒堿溫度150℃左右，進入滾筒冷卻器和循環水換熱，冷卻至40℃后，通過斗式提升機、篩分機、料倉、全自動包裝機、碼垛機，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，避免粒堿吸潮結塊。

1.4 熔鹽、燃燒單元

熔鹽系統由熔鹽槽、熔鹽泵、燃燒爐、助燃風機、助燃空氣冷卻器組成。HTS熔鹽在熔鹽槽內由蒸汽加熱至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使用，工藝流程簡圖見圖2。

2 裝置運行情況及影響因素分析

（1）裝置生產能力產能不足。裝置引進時設計能力5萬t/a粒堿，而實際產能只有4萬t/a，分析原因是由于預濃縮器蒸發能力達不到設計要求。

圖1 蒸發單元工藝流程示意圖

圖2 熔鹽燃燒單元工藝流程簡圖

預濃縮器是在真空條件下，采用降膜蒸發原理將50%液堿濃縮至56%后送入最終濃縮器。預濃縮器設計能力50%堿進料量達到8.33 m3/h，出料濃度56%，而實際生產中在保持熔鹽爐滿負荷條件下，進料量只能達到6.9 m3/h，生產負荷只能達到設計的80%。

分析裝置特點和現狀，在工藝、設備、供熱能都已確定情況下，預濃縮器蒸發能力的提高，一是要提高帶入堿液的熱能，即提高堿液進口溫度；二是提高熱能利用效率。

對于提高堿液進口溫度，從分析預濃縮器進料工藝條件看，原料堿是從一效蒸發器出來的溫度為142℃，濃度為50%的堿液。導致溫度降低的原因，是由于142℃的堿液經過和進入一效蒸發器的38%的堿液進行了熱交換，溫度降至90℃后，再進入預

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

預濃縮50%堿進料溫度由90℃升至142℃，帶入系統熱量約80 000 kcal/t，以粒堿生產需消耗熱量890 000 kcal/t計，相當于增補預濃縮熱量約8.9%。

提高熱能利用效率的問題。依據傳熱速率方程式：Q=KAΔt，在傳熱面積一定的情況下主要與傳熱溫差有關，而傳熱溫差與真空度有關。生產運行中真空度是80 kPa，對應液相溫度為98℃。當地大氣壓為94 kPa，所以對真空泵進行改型，選用了一臺抽氣量20 kg/h的雙級液環式真空泵，運行后預濃縮器真空度達到85.5 kPa，對應液相溫度下降到92℃。

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

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

根據△t=△t1-△t2/ln△t1/△t2，計算得：

真空度達到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，使預濃縮器流量達到8.5m3/h，出料濃度提高到58%，裝置能力達到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，按滿負荷每小時產粒堿6.25 t，理論上需助燃空氣為6 531 m3/h。裝置配置的助燃風機額定風量為7 300 m3/h，而生產中實際天然氣消耗達165 m3/t，分析燃燒后的尾氣中CO嚴重超標。

說明燃燒不充分，天然氣不能完全燃燒，導致系統天然氣單耗升高。

通過對燃燒爐分析，根據進爐風壓，天然氣配比要求，通過分析尾氣組分含量變化，反復對燃燒爐配比羅盤、風門設置進行調整和調試；對風機和天然氣的控制系統進行邏輯調整；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）包裝機刀片壽命短。粒堿包裝采用兩層包裝，外袋采用復合膜編織袋，內袋采用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致了生產成本高，維修保養頻繁。

針對這一問題，公司組織技術力量和國內某刀具廠研制出一種實用新型吹塑薄膜切割刀，主要根據割刀切割時的力學性能，研制出一種新型刀刃，這種結構的刀刃具有良好的力學性能，可以實現良好的切割效果同時避免刀刃磨損嚴重。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實際使用，切割97萬次仍能符合生產需要，生產4個月才更換一次刀片。相比進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輸要求。粒堿包裝是引進德國的全自動包裝機，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。按照國內危險化學品鐵路運輸規定，粒堿包裝必須采用雙層包裝，才能進行火車運輸。

鑒于以上原因，公司和國內某包裝機械公司合作，開發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，全線達到無人操作，實現全自動化，提高了效率，滿足了粒堿鐵路運輸規定。

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

將水洗塔補充用水由一次水改為蒸發二次冷凝液，二次凝液是液堿內的水分蒸發作為二次汽經換熱冷凝后形成的，硬度與軟水相當。增加1臺板式換熱器，將二次凝液與循環水換熱后，冷卻至35℃送入水洗塔。這樣不但充分利用了二次凝液，節約了一次水，而且徹底解決了塔結垢問題，保證了水洗塔、造粒塔的良好運行。

（6）粒堿顏色發黑問題。粒堿正常顏色為雪白

色，在生產過程中，偶爾會出現顏色發黑的粒堿，通過對裝置分段排查，發現從造粒塔出來的粒堿顏色正常，進入粒堿冷卻器出來后顏色就發黑，進一步分析排查發現，粒堿顏色發黑有兩種現象：一是和粒堿一同進入粒堿冷卻器的干燥空氣含油超標，粘附在粒堿表面造成顏色發黑，是粒堿顏色發黑的主要原因。二是少量情況下是原料32%堿或蒸發設備產生的鎳粉帶入堿液系統中造成的。

通過在進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，同時加強干燥空氣系統排污，解決了干燥空氣含油超標問題；嚴格控制原料中雜質，定期對32%堿罐和50%堿罐進行清理，定期對造粒噴頭（噴灑裝置）進行更換和清理，有效地解決了顏色發黑問題。

3 系統的優化運行

（1）利用煙道氣自產碳酸鈉。為了進一步降低綜合生產成本，減少天然氣燃燒后的尾氣外排放，利用粒堿生產中融鹽爐燃燒產生的煙道氣，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。

公司現有20萬t/a的燒堿生產能力，現噸堿耗碳酸鈉22 kg/t，裝置滿負荷生產每年需耗碳酸鈉4 400 t。

裝置煙道氣中二氧化碳含量大于10%（VOL），滿負荷下煙道氣總量大于7500Nm3/h。要滿足20萬t/a的燒堿生產能力，只需要碳酸鈉0.55 t/h，折二氧化碳為0.228 3 t/h，相當于二氧化碳流量116.225 Nm3/h（標準狀態）。根據碳酸鈉裝置實際運行數據，通過調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%，不但系統天然氣消耗減少，而且完全能滿足生產碳酸鈉的要求。

利用粒堿生產的尾氣，生產自身需求的碳酸鈉，使整套裝置的系統得到進一步優化，經濟效益可觀。

（2）預濃縮器蒸發二次汽利用。預濃縮器蒸發的二次汽工藝上是送入粒堿一效蒸發器全部利用，由于設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，將預濃縮器蒸發的二次汽分一部分送入片堿裝置蒸發一效，對這部分二次汽充分利用，使片堿裝置50%汽耗降低120 kg/t。

通過對引進微粒堿裝置的一系列改造、消化吸收，保證了粒堿質量，粒堿裝置能穩定、滿負荷、連續生產，滿足了粒堿鐵路運輸要求，主要消耗指標天然氣由165 m3/t降至112 m3/t，產能由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