5万t/a二合一熔盐法离子膜固碱生产工艺

李凡禄

（宁夏英力特化工股份有限公司氯碱分公司，宁夏石嘴山753202）

5万t/a二合一熔盐法离子膜固碱生产工艺

李凡禄

（宁夏英力特化工股份有限公司氯碱分公司，宁夏石嘴山753202）

介绍了二合一熔盐法离子膜生产固碱工艺流程、关键设备选型及性能考核。分析了生产中的存在问题，提出了解决措施。

固碱；重油燃烧工艺；降膜蒸发器

宁夏英力特化工股份有限公司5万t/a固碱项目于2007年进行论证，通过多方考察，最终确定采用降膜蒸发工艺。由于宁夏天然气不足，重油、煤气供应比较困难，该公司拟用煤作为加热能源。用煤作为熔盐的加热介质在氧化铝行业比较盛行，用在固碱生产的厂家比较少。通过国内考察及与提供固碱工艺包的国外厂家的技术交流，认为煤熔盐法固碱完全可行，但前提是熔盐温度必须控制在（435±3）℃才能保证最终浓缩器使用寿命。经过论证，熔盐单元的热能由2个不同的系统提供，才能满足国外固碱工艺包的条件。85%～90%的热能由以煤为燃料的熔盐加热系统提供，将熔盐从40℃加热到约430℃，其他10%～15%的热能由以重油为燃料的加热系统提供，此系统用来控制到达最终浓缩器的熔盐的温度，以满足高浓度单元的工艺要求。此项目2008年10月一次开车成功，各项指标均达到设计要求。

1 煤·重油二合一熔盐法离子膜固碱生产工艺

1.1 工艺说明

48%碱液通过进料泵一次流过降膜蒸发器，碱液浓度被提升至61%。61%碱液通过碱泵从蒸发器的底部泄出，并被送至最终浓缩器。碱液一次流过特殊设计的最终浓缩器，浓度被提升至98.7%，产生的蒸汽用于加热降膜蒸发器。产品的最终浓度99%是在闪蒸器中达到的。通过闪蒸，压力被减至常压。

将碱液从61%浓缩至98.7%所需的热量是由熔盐提供的。（385±3）℃熔盐通过燃煤熔盐炉底部打入炉内，熔盐被加热到（430±3）℃时，从熔盐炉上部出来，再从重油熔盐炉底部进入炉内，通过重油燃烧加热熔盐，将熔盐温度稳定在435℃，熔盐从重油熔盐炉上部出来进入最终浓缩器做为61%液碱的加热介质。经过换热后的熔盐从最终浓缩器上部出来，通过自流进入熔盐储槽循环使用。部分熔盐通过熔盐泵输送到闪蒸罐、碱液分配罐和99%熔融碱下碱管道做为其伴热使用后自流回到熔盐储槽。

1.2 控制系统

5万t/a固碱控制系统有3部分组成：熔盐炉系统用PLC控制；碱浓缩系统用DCS控制；制片、包装、库存系统是现场半自动控制。最终将熔盐炉系统、碱浓缩系统、制片、包装系统组合到一起，实现DCS集中控制。

1.3 重油指标

低热值：40.2×103kJ/kg，温度为 50～70 °C，压力为 0.3～0.5 MPa，黏度为 500 mm2/s（50 ℃）、50 mm2/s（100℃），硫的最高质量分数为3%。

1.4 设备简介

（1）降膜蒸发器

降膜蒸发器设计成管束型。在降膜蒸发器顶部，碱液的分布方式如下：上管板的上方，即每个蒸发器顶部都安装有立式插槽，碱液通过该插槽均匀地流入管内并向下进入管的内表面，沿内部管壁形成不间断的膜。碱液离开管束进入安装在降膜蒸发器下管板下方的蒸汽分离器。

（2）最终浓缩器

降膜浓缩器由10个单独的降膜组件和1个气液分离器构成。烧碱溶液在0.04 MPa的微小压力下，在降膜浓缩组件的内部脱水。浓缩需要的热由熔盐通过在每个浓缩组件双层内壁进行对流来提供。

用泵将烧碱溶液加入烧碱收集器的2个入口。在降膜浓缩组件的顶部，烧碱向下均匀地分布在内壁表面，从顶部到底部形成不间断的膜。在每个浓缩器组件的中心插装分流器，防止烧碱膜由于快速蒸发而吹掉。蒸发产生的蒸汽以及每个浓缩器组件底部的烧碱，在分流器的作用下使烧碱膜粘结到浓缩器组件的内表面。离开浓缩器组件的烧碱浓度约98.3%，并向下汇入分离器。

在分离器中，蒸汽的流速降低，使蒸汽夹带的碱雾因重力与蒸汽分离落到分离器的底部。然后蒸汽经过细密镍网制成的床垫型除雾器过滤后离开分离器。烧碱液滴因重力落回到分离器底部。除去碱雾的蒸汽用于加热降膜蒸发器。

每个浓缩器组件都配备有单独的加热夹套，在夹套中，熔盐与烧碱逆向流动。熔盐进入夹套并通过盐收集器带走。在每个加热夹套的出口端配有的节流阀可以使熔盐均匀地分布到所有的浓缩器组件中。每个组件都配备了预热用的蒸汽伴热。

在停车期间，为了防止氧气进入最终浓缩器系统，将低压蒸汽经烧碱进料管线进入降膜蒸发器。

（3）闪蒸蒸发器

高浓缩的烧碱熔融物以微小的压力和质量分数约98.3%离开最终浓缩器。凭借安装在最终浓缩器和闪蒸蒸发器管线之间的孔板在管线上产生压力降，它带来的闪蒸效果使烧碱熔融物质量分数达到99%。

（4）重油加热系统

重油加热系统主要包括PLC控制系统，熔盐循环加热器，安装在加热器顶部的重油燃烧炉、重油预热系统、重油加压泵、助燃空气和废气管道、助燃空气风机及废气烟道。重油燃烧功率为860 kW。

1.5 熔盐

熔盐由53%的硝酸钾，40%的亚硝酸钠，7%的硝酸钠组成。这种熔盐介质具有优良的导热性质，较低压力下可达到400℃，不易燃，不腐蚀，可以使用多年。另一方面，这种熔盐介质存在结晶点高的缺点，是这一缺点可通过确保有效伴热来解决。在氧气存在下，NaNO2氧化成NaNO3，使结晶点连续上升，可以用氮气保护盐罐来避免氧化。尽管采取了上述预防措施，熔盐运转使用几年之后必须更换，用新的组分来更换部分熔盐。

2 性能考核

72 h共生产片碱497.7 t，平均每天165.9 t，达到了5万t/a固碱的设计标准。固体质量分数为99.1%（设计为99.0%），含NaOH≥98.7%，片碱温度低于60℃，片碱产品质量达到设计要求。

消耗指标为烟煤0.4 t/t，每天消耗为66 t；消耗重油0.015 t/t，平均每天消耗2.475 t；原料48%液碱单耗1.015 t/t；保护设备用氮气40瓶；糖单耗为0.3 kg/t。

3 固碱生产运行中存在的问题及解决方法

（1）降膜浓缩器液位在DCS系统上显示不稳定，有时存在假液位现象，给操作人员带来控制上的不方便，只能采取手动控制，无法实现自动调节。解决办法是由仪表校对液位变送器，适当做零点迁移，使输送数据准确，信息反馈灵敏。

（2）连接闪蒸罐与碱分配器的管道焊接孔板的孔径为17 mm，满足不了闪蒸罐液体的顺利输送，造成闪蒸罐液位过高，易使闪蒸罐吹扫蒸汽管道和密封垫损坏及结晶。解决办法是将孔板的孔直径扩大到23 mm。

（3）目前无法保证氮气连续供给镍制设备使用，瓶装氮气在较高流量使用时， 氮气瓶会迅速结霜，甚至堵塞氮气出口。公用工程车间提高氮气纯度架设管道输送到固碱，可保证固碱工序氮气的正常使用。

片碱机结片面积大，堵塞片碱机下料溜槽。处理措施为调节片碱机冷却水量，控制好冷却水回水温度在50℃，在4m3/h进料量的时候调节片碱机转速为3.0 r/min。

（4）熔盐管道阀门设计选型有误，密封垫时常泄漏。处理措施为密封垫选型严格按规范进行，安装时严格按规程进行，打压试漏合格后投入使用，投入后，严格按高温管道规范进行升温控制；大修时更换阀门。

4 环保情况

来自重油炉燃烧器烟道气中的成分为：CO214.006%，H2O 11.654%，N272.364%，O21.975%。密度为1.6 kg/m3。

5 结语

传统的固碱生产大都采用大锅熬制生产工艺，缺点是间断生产、工艺落后、生产环境差、劳动强度高、装置占地面积大、产品质量不稳定、碱损耗高、污染环境、生产成本高。煤重油二合一熔盐法离子膜固碱生产技术克服了锅法生产中的所有缺点，也满足了进口熔盐降膜法生产工艺对燃料的严格要求，同时利用了该地区丰富的煤炭资源，能耗比锅法低一半以上。

Method on 50 kt/a two-in-one solid ionic membrane caustic soda production with molten salt

LI Fan-lu
(Chlor-alkali Branch of Ningxia Younglight Chemical Co.,Ltd.,Shizuishan 753202,China)

The process flow path,type selection of main equipments and property test of two-in-one solid ionic membrane caustic soda production were introduced.The existing problems in production were analysed,and the solutions were put forward.

solid caustic soda;burning method of process;falling-film evaporator

TQ114.26+8

B

1009－1785(2010)03－0010-02

2009-06-22