熔鹽在片堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

楊霞 ，張鵬飛

(內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300)

內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司10萬t/a片堿裝置采用的是SET公司的雙效逆流降膜濃縮工藝，最終濃縮器的熱載體采用熱介質(zhì)熔鹽，它是目前片堿生產(chǎn)中最為理想的熱載體。

1 熔鹽的性質(zhì)[1]

片堿生產(chǎn)中所用的熔鹽是由硝酸鹽混合物組成,其化學(xué)組成為40% NaNO2、7% NaNO3、53% KNO3, 這種熔融堿金屬硝酸鹽混合物具有均熱性好、導(dǎo)熱性高、流動性及化學(xué)穩(wěn)定性強的特點。工業(yè)上普遍采用該配方，這一配方又稱為“HTS”。

HTS熔鹽的熔融熱為74.986 kJ/(kg·℃),平均相對分子質(zhì)量89.2，熔點為142.2 ℃，溫度升高會加速熔鹽的分解。

熔鹽的分解主要是NaNO2的分解：

HTS的熱分解與表面材料互有影響，它在碳鋼和低合金鋼設(shè)備中的分解比不銹鋼設(shè)備中的分解更為明顯，鐵能奪取硝酸鹽中的氧。溫度過高時，硝酸鹽分解放出氧氣，腐蝕管道和設(shè)備。當(dāng)KNO3過熱時，它與鐵或鑄鐵會產(chǎn)生激烈的放熱反應(yīng)，有引起爆炸的危險。

熔鹽是一種強氧化劑，使用中不得混入易燃可燃物，否則會引起燃燒，甚至發(fā)生爆炸。

不同組成熔鹽的熔點如表1所示。

表1 不同組成的混合熔鹽的熔點

續(xù)表

2 熔鹽工藝流程

熔鹽由熔鹽泵從熔鹽槽內(nèi)抽出，經(jīng)熔鹽管道送至熔鹽爐內(nèi)進行加熱，出熔鹽爐的熔鹽一部分經(jīng)熔鹽回流閥回到熔鹽槽(稱為“小循環(huán)”)，大部分熔鹽進入Ⅰ效降膜濃縮器與堿液進行換熱，出Ⅰ效降膜濃縮器的熔鹽回到熔鹽槽內(nèi)(稱為“大循環(huán)”)，如此往復(fù)循環(huán)。熔鹽工藝流程如圖1所示。

圖1 熔鹽工藝流程示意圖

3 熔鹽的配制

按照規(guī)定的比例即40% NaNO2、7% NaNO3、53% KNO3，計算所需的質(zhì)量后，按比例分批將其倒入熔鹽槽內(nèi)，并開啟熔鹽槽底部和內(nèi)部盤管的中壓蒸汽伴熱以及內(nèi)部的電加熱器，對固態(tài)混合鹽進行加熱熔化，直到液態(tài)熔鹽達到規(guī)定液位。在配制過程中，操作人員必須佩戴好防塵口罩和防護手套，并嚴格核對3種硝酸鹽的數(shù)量，確保配比正確。配比不同易造成熔鹽熔點升高，影響正常使用。其中的NaNO2具有毒性，食用1 g以上就會致人死亡，因此，配制完成后，操作人員必須用大量清水洗漱。

4 熔鹽的升溫

片堿生產(chǎn)中，熔鹽溫度要求控制在420～425 ℃。因此，投料前必須進行熔鹽升溫。熔鹽升溫所需的熱量是由天然氣提供的。升溫前，先要對熔鹽爐盤管進行預(yù)熱，待盤管溫度達到280 ℃時，啟動熔鹽泵，進行熔鹽大循環(huán)。升溫速率控制在30 ℃/h，直到升溫至生產(chǎn)所需溫度。這一過程需要6～8 h。升溫過程中，要加強現(xiàn)場巡檢，發(fā)現(xiàn)熔鹽漏點要及時處理，否則容易引起火災(zāi)。

5 熔鹽的保護

(1)熔鹽管道要有一定的傾斜度，最高點設(shè)置放空閥。便于停車時熔鹽迅速回流至熔鹽槽，防止熔鹽在熔鹽管道內(nèi)積存。

(2)熔鹽在427 ℃以下非常穩(wěn)定，可使用多年而不變質(zhì)；427 ℃以上熔鹽會發(fā)生分解，同時熔點升高。超過550 ℃，熔鹽分解速度加快。超過600 ℃，分解明顯，由透明的琥珀色變?yōu)樽睾谏Ｒ虼耍谄瑝A生產(chǎn)中，熔鹽溫度不能超過427 ℃。

圖2 熔鹽氮氣保護方法示意圖

(4)熔鹽的正常使用壽命一般為3～5年，如保護不當(dāng)，最快使用半年就要全部更換。

6 熔鹽的更換

熔鹽的更換分為全部更換和部分更換，全部更換就是將熔鹽槽內(nèi)熔鹽全部清空，然后按照配比重新裝填熔鹽。部分更換就是根據(jù)現(xiàn)有分析出的熔鹽組分比例，添加一定量熔鹽，使其組分達到規(guī)定的比例。

7 廢熔鹽的處置

熔鹽中的NaNO2對人體有致癌作用，廢棄的熔鹽不能用水稀釋后直接排入下水道。先加入硫酸溶液酸化(使pH值為3左右)后，加入NaClO水溶液,將NaNO2氧化成NaNO3，然后再加入堿進行中和，當(dāng)溶液的pH值達到7后稀釋排放。

8 熔鹽系統(tǒng)常見問題

8.1 熔鹽閥門內(nèi)漏

因熔鹽閥門為金屬密封面，長期開關(guān)會造成密封面磨損，從而造成閥門內(nèi)漏。閥門內(nèi)漏后，熔鹽回流量大，參與換熱的熔鹽量減少；另外，停車后，由于熔鹽內(nèi)漏，造成管道堵塞，影響正常生產(chǎn)。因此，熔鹽采用雙閥門控制，其中一個為常開狀態(tài)。如果控制閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，則采用常開閥門進行控制，同時更換內(nèi)漏閥門。

8.2 熔鹽管道法蘭連接處泄漏

在生產(chǎn)過程中，熔鹽密閉循環(huán)，高溫高壓。為防止泄漏，熔鹽管道大部分采用焊接，但部分連接必須采用法蘭，法蘭連接處容易泄漏。為減少漏點，一般要對法蘭螺栓進行熱緊，就是在熔鹽溫度升高后，對法蘭螺栓進行二次緊固，這樣可以最大限度地減少熔鹽的泄漏。

8.3 熔鹽槽內(nèi)熔鹽結(jié)晶

熔鹽的熔點較高，容易結(jié)晶,一旦結(jié)晶，熔化比較困難。因此，若要停車，則待熔鹽全部倒流回熔鹽槽后，將熔鹽槽的蒸汽伴熱打開，進行保溫 ，確保下次開車順利。

8.4 熔鹽回流自控閥閥芯脫落

因每次停車后閥門和閥體內(nèi)有少量殘留熔鹽，這些熔鹽結(jié)晶后，造成閥門開關(guān)困難。隨著開停車次數(shù)的增加，在閥桿的薄弱處易產(chǎn)生裂紋，最終造成閥芯脫落，導(dǎo)致閥門無法打開，熔鹽積聚在管道內(nèi)，無法倒流回熔鹽槽。因此，在熔鹽循環(huán)時，應(yīng)在熔鹽流過閥門后，再對回流閥進行動作，目的是用高溫熔鹽將閥門內(nèi)殘留熔鹽熔化，使閥門動作自如。

8.5 熔鹽泄漏引起著火

因熔鹽具有強氧化性，一旦泄漏到可燃物上，會引起著火，如發(fā)現(xiàn)不及時，會造成嚴重后果。因此，要經(jīng)常巡查，如發(fā)現(xiàn)熔鹽泄漏引起著火，要立即用干粉滅火器進行滅火，并進行系統(tǒng)緊急停車。

9 結(jié)語

熔鹽作為片堿生產(chǎn)較為理想的熱載體，在片堿生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。只有科學(xué)合理地使用熔鹽，才能確保片堿生產(chǎn)系統(tǒng)的安全，同時生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)片堿。