純堿生產過程碳化工段工藝流程及控制影響因素分析探討

摘 要：純堿（Na2C03）是重要的基礎化工原料，也是一種有著多年生產和使用歷史的傳統化工產品。每年需求量很大，在國民經濟建設中占有重要的基礎地位，純堿工業的發展直接關系到國民經濟的發展和人民生活水平的提高。

關鍵詞：純堿生產;碳化;影響因素

1 碳化工序工藝流程

在生產加工純堿產品過程中，碳化是非常關鍵的一道工序，受其影響的工藝流程最多。在碳化塔中，涵蓋了固相、液相、氣相等各種生成物與反應物，而且還伴隨著傳熱、傳質過程。碳化塔在生產過程中會形成堿疤，所以需要對碳化塔進行編組，每組包括4～6座碳化塔，各組碳化塔中包括一座清洗塔，其作用是清洗制堿環節形成的各種堿疤，并且對氨鹽水進行預碳化。在碳化塔使用過程中，真正用來制堿時間持續3～4d，清洗時間持續16～24h。

“三氣”（中段氣、清洗氣以及下段氣）是碳化塔中二氧化碳的主要來源。下段氣來自于煅燒重堿產生的爐氣。中段氣以及清洗氣均是窯氣，其二氧化碳含量通常維持在40%左右，第七圈加入中段氣，清洗塔第一圈加入清洗氣。在清洗過程中，當氨鹽水輸送到清洗塔28圈時，加入清洗氣，可以在塔內逆流接觸反應，進行清洗和預碳化操作。尾氣從碳化塔頂部逸出，通過尾氣總管進入碳化尾氣凈氨塔下部，與鹽水車間輸送的精鹽水進行逆流接觸，吸收二氧化碳和氨，然后將吸收的溶液稱為淡氨鹽水，再由“U”管壓入淡水氨鹽水桶中。對于碳化尾氣中攜帶的部分液體，在通過尾氣總管時，借助“U”管進行氣液分離操作。分離出的液體為碳化回鹵，可通過“U”管進入中和水泵的入口。

碳化冷卻水包括兩部分：一是冷凍水，碳化冷凍水通過給排水冷凍水泵輸送，從碳化塔冷卻水箱第一段流入，從水箱第三段流出，再回到冷凍水涼水塔;其次，循環水，從給排水車間的循環水站通過循環水泵，從水箱的第四段，經過水箱的第六段或第八段，最后回到循環水站。

2 純堿生產過程控制影響因素

2.1 過飽和度及NaHC03結晶

過飽和度對結晶過程起著重要作用，是晶核生長和長大的推動力，而碳化液在制堿塔中部極易形成NaHC03的過飽和溶液，這里需要指出的是，過飽和溶液是不穩定的，當溫度降低時極易析出結晶，特別是過飽和溶液冷卻過快時，極易產生大量的細晶體，在碳化過程必須極力避免。如果結晶不好，往往難以過濾，導致物料損失大，能源消耗高，設備效率利用低，從而影響生產過程的順利進行。

2.2 二氧化碳的分壓

為滿足生產工藝和反應工藝的需要，碳化進氣為兩段進氣，即質量分數為80%左右CO2的下段氣由塔底進氣，質量分數為40%左右CO2的中段氣由塔中冷卻段進氣。這種進氣排布更符合逆流原理，可以強化和提高吸收CO2的能力，提高碳化反應轉化率。實踐證明，下段氣應適當配以40%左右CO2的窯氣。因為進氣中，CO2質量分數略微降低，但使進氣量增大，塔板效率反而增加，碳化周期增長，轉化率高而穩定。但下段進氣量過大亦會使反應區下移，冷卻水管結疤增多，反而縮短了碳化周期。因此維持進氣中CO2質量分數在80%左右可以提高轉化率，保證產量穩定。

2.3 氨鹽比

氨鹽水中含NaCl及游離氨濃度越高，則化學反應進行越完全，生成的NaHCO3越多，但NH3與Cl-應有一定比例，出堿液中NH3與Cl-理論比例為1：1。在碳化反應過程中，氨鹽水中約有10%～13.5%的氨被塔頂排出的尾氣所帶出（塔頂排氣溫度低，被帶出的NH3較少;反之則被帶出的NH3較多）。故氨鹽水中含NH3與Cl-之比應保持較高，正常在1.13～1.19，同時要保持氨鹽水溫度在38～42℃，才能達到較高的轉化率。氨鹽水中含游離氨104～106tt，含Cl-為87～90tt，含游離氨過低則NaCl轉化率低，如果含游離氨過高則會生成碳銨結晶，影響下一步的固液分離過程。

2.4 碳化塔液面高度

碳酸化塔上部液位保持高位，距塔頂0.8≤1.5m，出口溫度控制在52℃以下，尾氣CO2濃度控制在2%≤8%。如果液位過高，則會出現出口區帶液現象嚴重，氨鹽水損失增加，氣液分離器液位過滿，氨鹽水進入尾氣總管，導致尾氣管形成NaHC03結晶，堵塞尾氣總管。液面過低則出氣CO2濃度高，使CO2損失加大，并使碳化塔容積利用系數降低，降低了碳酸化塔的生產能力。出氣溫度過高，則出氣含NH3高，塔頂氨損失大，造成NaCl轉化率低。塔頂出氣含CO2濃度應低于8%，否則CO2損失大，浪費了壓縮機的生產能力;出氣含CO2濃度過低，則碳化塔的生產能力不能充分發揮，并可使制堿塔的中部溫度降低，不但降低了產量，而且使NaCl轉化率降低。

3 結語

在進行純堿生產環節，碳化起著至關重要的作用，是一個重要工藝，要有良好的操作和工藝，既可以確保技術和管理水平，也促使保證純堿工藝具有很高的生產產量、優質量、低消耗以及穩定的運行。本文對堿生產過程的工藝流程及控制因素進行了分析，一是氨鹽水碳化過程的分析，二是產量、效率、產品質量等相關因素的分析，希望對相關人員有所幫助。

參考文獻：

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[2]姚剛，常思聰.純堿生產過程碳化工段工藝流程及控制影響因素分析探討[J].中國石油和化工標準與質量，2019 （02）.

作者簡介：

馬海雷（1986- ），男，漢族，陜西省西安市周至縣，本科，中級工程師，研究方向：化學工程與工藝、純堿行業、氨堿法。