熔鹽爐尾氣制碳酸鈉在一次鹽水中的應用

郭 棟，孫棟梁

（天偉化工有限公司，新疆 石河子832000）

氯堿工藝生產過程中，無論采用海鹽、湖鹽、巖鹽或鹵水中的哪一種原料，都含有等無機雜質，以及細菌、藻類殘體、腐殖酸等天然有機物和機械雜質。這些雜質在化鹽時會被帶入鹽水系統中，如不去除將會造成離子膜的損傷，從而使其效率下降，影響電解槽的正常生產，并使離子膜的壽命大幅度縮短。鹽水中一些雜質會在電解槽中產生副反應，降低陽極電流效率，槽電壓升高、膜壽命縮短，嚴重時會造成停車。

因此，精鹽水的質量直接關系后序工段的安全、穩定、高效運行，并對陽極壽命產生影響。鹽水必須進行精制操作除去鹽水中的大量雜質，生產滿足離子膜電解槽運行要求的精制鹽水。

目前氯堿行業中一次鹽水工序在鹽水精制過程中需加入的精制劑有氫氧化鈉溶液、鹽酸、亞硫酸鈉溶液、次氯酸鈉溶液、三氯化鐵溶液和碳酸鈉溶液。

一次鹽水工序中主要發生的反應：

除鎂離子：Mg2++2OH-=Mg（OH）2

除濾膜上的CaCO3沉淀：

天偉化工有限公司熔鹽爐采用天然氣或電石爐運行產生的尾氣—電石爐氣作為固堿裝置熔鹽系統的熱源燃料。兩種燃料燃燒后的尾氣中均含有大量的二氧化碳氣體，從環保和碳源利用的角度考慮，開發經濟實用的二氧化碳回收技術十分必要。

利用燃爐尾氣與液堿直接反應制取碳酸鈉溶液，用于一次鹽水精制，降低了氯堿系統的運行成本，對燃爐尾氣的處置與環境保護具有積極的社會環境效益。

1 熔鹽爐兩種燃料介紹

1.1 天然氣

天然氣為外購產品，其成分見表1。

表1 天然氣組成成分

天然氣主要成分烷烴，其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮、水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體，如氦和氬等。天然氣在送到最終用戶之前，為助于泄漏檢測，還要用硫醇、四氫噻吩等來給天然氣添加氣味。

天然氣不溶于水，密度為0.717 4 kg/m3，相對密度（水）為0.45（液化），燃點為650℃，爆炸極限（V%）為5%～15%。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態存在，戊烷以上為液體。天然氣每立方燃燒熱值為8 000～8 500 kcal。

甲烷燃燒方程式：

完全燃燒：CH4+2O2=CO2+2H2O（反應條件為點燃）

不完全燃燒：2CH4+3O2=2CO+4H2O

1.2 電石爐氣

來自該公司電石廠副產的電石爐氣成分見表2。

表2 電石爐氣組成成分

爐氣是生石灰與炭材在高溫下生成電石的同時產生的氣體，是電石生產中的副產品，由于密閉電石爐爐蓋密封的作用，并且操作時始終保持正壓狀態，因此生成的爐氣成分主要是一氧化碳。按照理論計算，每噸電石在冶煉過程中產生的爐氣量約為400 m3。

從全密閉式電石爐出來的爐氣，溫度為500～800℃，爐壓為0～0.665 kPa，爐氣先進入一、二級旋風分離器除去粒徑≥0.7μm的顆粒，然后經過一、二、三級冷卻器，溫度下降至250～260℃，再進入高溫布袋除塵器，從高溫布袋除塵器出來的凈氣（粉塵含量在50 mg/m3以下）被凈氣風機送往濕法凈化裝置。

經干法除塵和濕法凈化技術處理后的爐氣主要為一氧化碳和少量氫氣的混合物，通過管道輸送至其他需要部門用作燃料氣。

1.3 燃爐燃燒模式介紹

兩種燃料在熔鹽爐內燃燒時可分為3種方式：第一種純天然氣燃燒；第二種純電石爐氣燃燒；第三種混合燃燒。混合燃燒指天然氣和電石爐氣按照一定的配比進入熔鹽爐內進行燃燒，合適的配比有以下幾種：70%爐氣+30%天然氣、60%爐氣+40%天然氣、50%爐氣+50%天然氣、40%爐氣+60%天然氣、30%爐氣+70%天然氣。從經濟角度考慮，盡量減少天然氣的使用，最大化的利用電石爐氣。

不論是采用純天然氣、純電石爐氣或混合燃燒，應根據不同的燃料通入相對應的稍過量空氣助燃，使甲烷、一氧化碳或甲烷和一氧化碳混合物能充分燃燒。產物中前三位的物質分別為氮氣、二氧化碳氣體和水蒸氣，另外還含有少量氧氣、微量的硫化物、氮氧化物和粉塵。

2 工藝技術原理

2.1 工藝流程

將片堿回收的廢堿、廢水配制成12%～15%濃度的堿液，利用噴射器泵將片堿燃爐尾氣抽入碳酸鈉噴射器混合后進入碳酸鈉循環罐，堿液在碳酸鈉循環罐中循環吸收尾氣中的二氧化碳氣體，經化學反應生成碳酸鈉溶液，經檢測合格后，用泵打入一次鹽水成品碳酸鈉儲槽用于粗鹽水精制，在碳酸鈉循環罐中繼續配制。工藝流程見圖1。

圖1 燃爐尾氣制碳酸鈉流程框圖

2.2 技術原理

利用尾氣中的二氧化碳與氫氧化鈉溶液進行如下反應。

從化學方程式（1）和（2）中可以看出，必須保證反應（1）進行，抑制反應（2）。在生產控制中，必須使氫氧化鈉溶液過量，才能得到所需的碳酸鈉溶液。同時，由于以上反應為放熱反應，必須控制反應溫度。通過碳酸鈉冷卻器循環降溫，將反應溫度控制在≤35℃；反應液中最終游離堿質量分數為0.1%～0.7%[1]，碳酸氫鈉質量分數控制在≤0.1%。

3 應用效果

碳酸鈉裝置投入使用至今已穩定運行6年，自產的碳酸鈉溶液完全可以滿足一次鹽水精制的需要，反應后產品組成為w（NaOH）=0.1%～0.7%；w（Na2CO3）=15%～20%；w（NaHCO3）≤0.1%，產品溫度為≤35℃。產品中含有少量的碳酸氫鈉是因為電石爐氣作為燃料時其中的一氧化碳含量在一定的范圍內變動，導致燃爐尾氣中二氧化碳含量出現波動局部過量。

4 結語

面對愈來愈激烈的市場競爭，企業如何生存并保持發展，是企業面臨的一個艱巨任務。在保證產品質量的同時更需要加強成本控制，通過持續創新，不斷開發新的工藝、產品，降低生產成本同時增加產品附加值。