固碱装置改造总结

固碱装置新旧工艺对比及新工艺技术改造作者：武磊郝双梅（内蒙古君正化工有限责任公司氯碱分厂）摘 要 介绍了大锅熬碱法制片碱与降膜浓缩法制片碱的生产工艺及降膜浓缩法的技术改造。关键词固碱，固碱锅，大锅熬碱法，降膜浓缩法君正化工有限责任公司原由化工一部和化工二部组成，化工二部现已停产，君正化工有限责任公司年产20万吨烧碱32万吨PVC， 2010年12月建成年产20万吨的固碱（片碱）装置。经过一段时间的运行，固碱（片碱）装置进行了多项的技术改造。1水煤气发生炉制水煤气大锅熬制固碱1.1 水煤气发生炉制水煤气工艺1.1.1 制水煤气的原理由空气和水蒸气混合的气化剂从上、下两个方向进入煤气发生炉，与煤发生不完全燃烧，反应后产生粗煤气（主要成分为CO），粗煤气从发生炉中部的煤气出口输出，经净化设备处理后进入煤气主管。1.1.2工艺流程君正化工二部原有12台固碱炉开10台，备2台）,72口大锅，生产的煤气进入固碱炉中进行燃烧，其工艺流程简述如下：将煤送至煤气发生炉顶部的贮煤仓，经加煤振动给料机从煤气发生炉上部加入，与上、下两个方向进入的气化剂接触发生不完全燃烧反应，生成粗煤气，经除尘后进入熬碱锅的煤气总管。在风机送来的空气作用下发生燃烧反应，放出的热量供熬碱锅熬制固碱。燃烧后的废气由引风机抽至烟囱。1.2 大锅熬碱法1.2.1 原理大锅熬碱是直接用火加热脱水的，在熬制过程中，加入氧化还原剂去除杂质，制的熔融烧碱。一般采用特制的铸铁锅熬制固碱。碱液在碱锅内受到锅下直接火的加热，达到沸点，碱液中的水分被蒸发，碱液浓度升高，碱液温度也不断升高，碱液中所含的氯酸盐也随温度的升高而不断分解，对熬制的铸铁锅产生了腐蚀。由于在不同温度下氧化、还原离子的价位及种类不同，碱液颜色发生变化。为去除杂质离子，得到纯净白色的氢氧化钠结晶，在熬制后期，要向锅中加入硫黄和硝酸钠，使其与杂质铁、锰离子等反应，再经降温、沉降，上部熔融碱经制片包装即得到成品固碱。1.2.2 工艺流程隔膜法产生的45%碱送入后锅，通过炉膛内烟道气预热，之后进入中锅再次进行预热，当碱的温度达到一定程度时，送入清洗干净的熬碱锅，在锅内被火加热至沸腾，随着水分不断被蒸发，碱液浓度升高，温度也不断升高，升温至止火温度后，停火，加入硫黄静置沉降，当温度降至出料温度时，用临时液下泵抽出上部清夜，送入片碱机弧形锅内，经片碱机制成片状固碱。一般单台锅的生产能力为5-8t，平均熬制时间为16h/锅。2燃煤熔盐炉降膜浓缩制固碱化工一部采用的是燃煤熔盐炉降膜浓缩法制固碱，现简述几个比较重要的工艺原理及工艺流程。2.1 工艺原理简述2.1.1 碱液浓缩原理48%液碱制片碱采用逆流降膜工艺。从蒸发来的48%碱液利用最终浓缩器产生的二次蒸汽作为热源，通过预浓缩器浓缩为60%碱，最终浓缩器以熔盐为热载体，成膜碱液通过熔盐逆流换热进行浓缩，后经闪蒸罐、分配器进入片碱机内，高温熔融碱附着在转鼓表面，经冷却水冷却，由刮刀刮下成为片碱，然后进行包装、码垛、入库。2.1.2 加糖原理及反应机理在片碱生产中，高温的浓碱对镍设备有一定的腐蚀性。腐蚀的原因主要是碱液中所含的氯酸盐在250以上会逐步分解，释放出氧气和镍材发生反应，生成氧化镍层，氧化镍易溶于浓碱中而被碱液带走。在碱液蒸发中反复进行这样的过程而导致镍设备的腐蚀损坏。离子膜碱虽然含氯酸盐仅有20-30mg/l，但为了保持设备的长期寿命，仍需要除去氯酸盐。常用的处理方法是在原料液中加入糖液。这种方法比其他方法比如离子交换法、亚硫酸钠法优越的多，其主要原因是操作简单，无须加许多设备，另外糖资源易得，而且价格低廉。其反应机理为：C12H22O11+8NaClO3=8NaCl+12CO2+11H2O生成的CO2即与NaOH反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O由于在反应过程中产生CO2，因此在碱产品中Na2CO3的含量会增加一些，当然同时也增加了产品中NaCl的含量。2.1.3 真空蒸发原理液体表面的压力越低，它的沸点也越低。所以，在无法增大供热能力和设备生产能力的情况下，采用真空装置（在预浓缩器后设置水环式真空泵和表面冷凝器）降低效体内碱液表面的压力，达到增大传热温差，加快蒸发速度的目的。因此，在生产过程中，为了降低碱液的沸点、提高温差、加速二次蒸汽的逸出，预浓缩器常常在负压下工作。2.2 工艺流程简述2.2.1 熔盐炉工艺流程将原煤经铲车放入煤仓内，由炉排调速机匀速传动通过分层布煤器将原煤均匀分布到链条炉排上，燃烧量由炉排速度调节，在炉排速度不能完成调节任务时，通过调节煤层厚度实现。燃料在炉膛火床上燃烧，产生的热量以辐射和对流的方式通过炉管传递给熔盐。燃烧后的煤渣进入到炉膛尾部的煤渣斗，在刮板除渣机的作用下输送到炉体外，再由皮带输送机输送到室外。燃料燃烧产生约480的烟气通过余热锅炉，利用高温烟气的热量使余热锅炉内的纯水加热产生蒸汽，蒸汽并入外网系统（余热锅炉耗用纯水由纯水泵从纯水储罐打入）。经过初步降温后的烟气温度为260进入空气预热器，在鼓风机的作用下将20冷空气送入空气预热器对高温烟气进行再次利用，20冷空气通过空气预热器吸收烟气热量升温后进入到燃烧室作为燃料燃烧的助燃空气，温度为120。烟气在引风机的作用下，保证炉膛为微负压，通过空气预热器烟气温度降至180后，进入到水膜脱硫除尘器，使烟气中含有的二氧化硫气体与来自沉淀池弱碱水进行反应。从而实现脱硫、除尘，经过脱硫后的合格烟气通过烟囱排入到大气中，产生的废液流入沉淀池，经多级沉淀后，清夜调节pH值1011 后再次回用。2.2.2 浓缩工艺流程48%碱液由碱泵从48%碱液储槽送入预浓缩器浓缩至60%碱后，由60%碱泵送入最终浓缩器，用高温熔盐浓缩至98.2%。最终浓缩器产出的熔融碱经过闪蒸罐浓缩至98.6%熔融碱，碱液通过自重进入分配器送入片碱机，经片碱机转鼓转动挂碱后，用循环水冷却转鼓上的碱，经刮刀制片后进入料仓落入半自动包装机内，包装后经人工码垛，用叉车送往成品仓库，码垛贮存。从包装系统产生的碱粉尘等经除尘系统除去。2.2.3 蒸汽及冷凝液流程最终浓缩器产生的二次蒸汽直接进入预浓缩器，用于将碱液从48%碱浓缩至60%，最终浓缩器产生的二次蒸汽作为预浓缩器的热源，预浓缩器产生的二次蒸汽经表面冷凝器冷凝后和预浓缩器产生的工艺冷凝液一同进入蒸汽冷凝液罐，预浓缩器热源二次蒸汽经换热后剩余蒸汽经表面冷凝器冷凝后同样进入蒸汽冷凝液罐。然后由蒸汽冷凝液泵将冷凝液送至界区外，其中一部分用于配置5%的糖液使用。蒸汽冷凝液罐必须保证一定的液位，以保证预浓缩器碱液液面保持真空。3两种工艺的比较表8表1两种工艺的对比投入资金量人员配备自动化水平燃煤量出成品时间大锅熬碱法一次性投入较小20人/班全为人工操作0.45 T/T18T / 3天降膜浓缩法一次性投入较大11人/班自动下料0.3T/T300T/天表2 两种工艺碱性能对比对设备的腐蚀操作危险性碱中杂质含量片碱浓度对环境的污染大锅熬碱法出碱160170锅，就更换锅人工直接接触Fe2O3:：0.01%NaCl：2.6%Na2CO3：1.2%96%97%煤气发生炉为热源，污染严重降膜浓缩法运行至今，2.5年未更换过设备设备密闭式出料Fe2O3:：无NaCl：0.02%Na2CO3：0.1%99%熔盐为热源，污染小2013年6月第3期君正科技 工艺技术由上表可见，降膜浓缩法具有一次性投资高，生产成本较高，对环境污染小，有利于环境保护；在操作过程中，对产品质量的影响因素较小，固碱质量稳定；自动化水平高，易于操作，大大减轻了劳动强度。4降膜浓缩工艺的技术改造4.1 熔盐阀组的改造原熔盐阀组为气动阀法兰连接，在运行过程中频繁发生熔盐泄漏问题，且大量高温剧毒熔盐外泄易造成人员伤害，存在安全隐患，并且由于大量泄漏，不得不频繁添加熔盐，仅仅开车不足6个月就添加熔盐约80吨。且严重制约着固碱装置的安全连续运行，固针对熔盐阀组存在的问题，将熔盐阀组更换为手动焊接阀。通过近一段时间的运行，再无泄漏、无结堵事故发生，运行状态良好，至今天无一次因阀组故障而停车。通过改造减少因高温熔盐泄漏而导致的安全隐患，避免了因熔盐泄露再次添加熔盐，降低了消耗，减少经济损失约5500元/吨80吨 = 元。4.2 沉淀池的改造原水膜除尘器沉淀池，两条线在正常运行过程中，沉淀池约15天就全部被灰渣积满，必须停车清理。改造方法为在原水膜除尘器西侧空地，新建沉淀池与原沉淀池可互相切换。通过改造，彻底解决了因清理除尘循环池而导致的停车次数（20次/年）。减少了开、停车时二氧化硫排放不达标排放造成的环境污染，以及废碱的产生。在开车过程中产生的废碱约10吨/线2条线20次/年=400吨，按照成品碱与废碱的差价为200元计算，可降低损失80000元；清理沉淀池耗时1天，每年清理20次，耽误生产20天，每天按600吨片碱计算，可少产片碱12000吨/年，折合产值为360万元。4.3 U型弯电伴热的改造固碱每当开停车时，固碱U型弯电伴热都会有不同程度的损坏，截止2011年6月共计更换电伴热10根.损失约30万元，大量消耗材料，同时也消耗较多的人力，而且影响固碱的正常生产。针对只要固碱开停车电伴热就烧坏这一情况，对烧坏的电伴热进行分析后，改进安装方式及操作方法，在固碱停车时电伴热不断电，保持温度在80左右。4.4 粉尘溶解罐改造原碱尘溶解罐内部花板孔径为4毫米，洗涤罐用生产水进行碱尘洗涤，生产水中含有大量钙、镁离子，与碱发生反应，导致碱尘洗涤罐孔板结垢堵塞，碱尘无法吸收，造成包装环境异常恶劣，严重制约固碱装置正常运行。碱尘溶解罐检修人孔公称直径仅为DN250,给洗涤罐正常的检修、维护造成极大不便。改进措施：将碱尘溶解罐花板孔径由4毫米扩至8毫米，改用本装置自产的蒸汽冷凝液对碱尘进行洗涤，将检修人孔公称直径由DN250改为DN500。改造后有效减缓了碱尘溶解罐的孔板结垢堵塞问题，保证了碱尘吸收效果，人孔改造后方便了正常的检修及维护，大大的减少了劳动强度，同时也提高了生产效益，不再因孔板或管道堵塞而造成生产不能连续进行。4.5 片碱下料仓改造由于在生产过程中，包装设备出现故障无法正常包装时，就会导致料仓堵料，严重时将导致降量甚至停车处理。不利于系统的连续稳定生产。改造措施:在料仓一侧加装侧下料口管线。在包装系统出现故障时，即可利用侧下料口临时包装，为排除故障赢得时间，避免因料仓堵料导致降量或停车。4.6 蒸汽冷凝液管道改造原固碱装置蒸汽冷凝液管道设计安装不合理，部分高压蒸汽尾气直接外排，致使整个管廊下部冬季结冰、夏季积水，造成蒸汽浪费及管廊下部的设备、管道、墙体、地面腐蚀严重，且由于水雾大、结冰路滑、蒸汽直排伤人等，存在较大的安全隐患。改造措施：将蒸汽冷凝液管道全部汇集与一根总管内，将直排的排放形式改为用胶管连接经过改造后将蒸汽冷凝液及直排蒸汽尾气统一回收，避免直排对设备、管路、墙体、地面的腐蚀，同时也消除了安全隐患。4.7 余热锅炉蒸汽并网管道改造固碱装置余热锅炉蒸汽回收利用，但因出口管道与系统蒸汽直接连接，中间无任何阀门调控。造成余热锅炉产生的蒸汽与系统蒸汽相互影响相互干扰，无法对余热锅炉的蒸汽压力进行调控。这样不但无法实现余热锅炉蒸汽与系统蒸汽的自由并网，而且影响余热锅炉的安全稳定运行，造成较大的安全隐患。改造措施：在余热锅炉蒸汽出口安装一组阀门，加旁通及导淋。改造后，可实现对余热锅炉蒸汽压力的合理调控，轻松实现与系统蒸汽的自由并网，不仅避免了蒸汽的浪费，而且消除了安全隐患。5结