烧碱装置蒸发固碱单元工艺介绍及评价

吴岷峰，张为

（天津市成晟石化技术有限公司，天津 300000）

l 概述

烧碱作为重要的基本无机化工原料，被广泛应用于轻工、纺织、石油化工、有色冶金和公用事业等领域。2001 年，我国正式加入世界贸易组织(WTO)，中国经济开始迎接前所未有的发展机遇与挑战。2003 年受世界经济复苏拉动，中国经济逐步提速，GDP 保持在年均10%以上的增长速度。在需求提升的带动下，各相关产品产量均有所增加，中国迈上了飞速发展的快车道。此外，受益于国家西部大开发政策，一批具有资源优势的氯碱企业迅速崛起，中国氯碱行业跃居世界氯碱大国行列。再加上2007年国家颁布的《氯碱行业准入条件》，提高了氯碱行业的产业集中度，进一步优化了资源配置，使氯碱行业更加趋向于大型化、集团化、规模化发展。

但在2008 年下半年，受美国次贷危机所引发的全球性金融危机的影响，国内下游需求持续低迷，产能相对过剩，企业开工负荷普遍降低，盈利能力大幅下降，行业竞争愈加激烈，这也使得拓展开发海外市场显得尤为重要。固碱，是烧碱市场中的畅销产品，其具有碱含量高、包装简单、运输方便、易于储存、使用方便等特点，因此非常适合出口贸易。

2 蒸发固碱单元总述

此单元是为离子膜碱浓缩而设计的，其核心设备是由三效逆流降膜蒸发器、预浓缩器及最终浓缩器组成，其中每个效体又是由降膜蒸发器、气液分离器、泵以及板式换热器组成。此系统通过生蒸汽、生蒸汽产生的二次蒸汽以及熔盐系统的加热，将32%碱液浓缩至98%～99%，再经过结片机或造粒塔，产生片状或粒状的固碱。接下来就以粒碱为例，对整个单元进行工艺系统描述。

3 工艺简述

3.1 碱系统

碱液泵将来自二次盐水电解或成品罐区中32%的碱液加入到一效降膜蒸发器中，通过二效蒸发器产生的二次蒸汽加热蒸发为36%的碱液，再经碱液泵及板式换热器流入到二效降膜蒸发器中，通过三效降膜蒸发器产生的二次蒸汽加热蒸发为42%的碱液，再经碱液泵及板式换热器流入到三效降膜蒸发器，三效是由1.0MPa 的饱和生蒸汽加热，将42%的碱液浓缩至50%，再将50%碱液送至预浓缩器中，预浓缩器以最终浓缩器中产生的二次蒸汽为热源，将碱液浓缩至62%，最后送至最终浓缩器，最终浓缩器由一组单管降膜管组成，每根单管依靠通过熔盐炉加热至额定温度的熔盐为热源，将碱液浓缩至97%，通过闪蒸罐进行第一次闪蒸，将浓度提高至98.3%后送至熔融碱储罐，再通过闪蒸蒸发器将浓度提高至99.3%，通过熔融碱泵送至造粒塔顶部，经喷淋制成粒状烧碱送至粒碱冷却器冷却，再由斗提机送至筛分装置，筛分装置将产品区分为合格产品与不合格产品，其中不合格的粒碱通过粒碱溜管回收到碱溶解槽重新溶解回收，合格产品送至料仓后，最后通过螺旋输送器送至全自动包装机或半自动包装机包装入库。

3.2 蔗糖系统

使用在整个蒸发浓缩过程中产生的工艺冷凝液将蔗糖溶解搅拌，在糖液制备罐中溶解成5%～10%的蔗糖溶液，再通过糖液计量泵加入到50%碱液管中，防止碱液对镍管的腐蚀，降低碱液中的镍含量。

3.3 熔盐系统

熔盐是整个固碱系统的主要热源，熔盐经过熔盐泵从熔盐贮罐中送入到熔盐炉，熔盐炉以天然气或重油为燃料，将熔盐加热至430℃后，作为热源送至最终浓缩器、固碱分配器、闪蒸罐以及一些含有较高浓度碱液的碱管(碱液质量分数高于62%)。熔盐在完成加热后通过重力自流到熔盐贮罐中，以此实现循环利用。

3.4 蒸汽系统

来自界区10 Bar 的饱和蒸汽，主要作用是作为加热介质送至降膜蒸发器将碱液从32%浓缩至50%，其次是分成两个部分，一部分作为伴热管道，为熔盐罐及熔盐管道等预热，由于在开车运行初期，整个系统的运行温度低，熔盐作为一种熔融状态的介质，容易凝固结晶，故此在系统运行温度稳定以前，需要依靠蒸汽伴热保证初期运行；另一部分经过减压阀，将压力降至为3×105pa 的低压蒸汽，低压蒸汽的主要作用是为32%～62%等低浓度的碱液伴热，防止碱液在生产环境温度降低的时候结晶，并被设置为软管站，以备生产停车过程设备及管道的清理使用。

3.5 蒸汽冷凝液系统

在蒸发器生产过程中产生大量的二次蒸汽，将二次蒸汽管道与表面冷凝器相连，在水环真空泵作用下，一方面满足了蒸发器在真空或负压条件下的操作需求，同时也将二次蒸汽通过表面冷凝器过程产生的惰性气体排出装置厂房外，而产生的蒸汽冷凝液通过重力，流入蒸汽冷凝液罐。一部分冷凝液用于整个系统的生产需要，例如将糖液溶解等，另一部分通过泵送至一次盐水，用于化盐，在节省化盐用水量的同时，也实现了蒸汽冷凝液的回收再利用。

3.6 公用工程系统

整个生产过程中，使用了包括循环水、冷冻水、生产水、纯水、仪表空气、压缩空气、氮气、干燥空气等公用系统管道。其中循环水、冷冻水作为表面冷凝器、板式换热器、粒碱冷却器在生产过程中充当冷却介质；生产水作为洗眼器使用水，为生产过程中的人员安全提供保证；纯水作为泵机封水，延长泵的使用寿命；仪表空气为仪表器械提供气源外，还被设置为软管站，以备停车检查使用；压缩空气被设置为软管站，作为吹扫气，同样以备停车检查使用；氮气作为保护气，在生产过程中保护镍设备及防止熔盐变质避免传热源熔点上升；干燥空气主要是为了防止固碱在传输和包装过程中发生潮解。

3.7 废气系统

废气系统主要包含了三个部分，一部分为熔盐炉加热过程产生的燃料气，经循环冷却后直接排入大气；一部分是造粒过程中产生的大量废气，由于废气中含碱，所以使用废气风机将其抽送至废气洗涤塔，将碱溶解分离回收，废气直接排入大气；最后一部分是包装过程中产生的碱尘，考虑了碱的强腐蚀性，所以要保证整个包装区无碱尘，在装袋处两侧设置抽吸软管，通过抽气风机将碱尘抽至溶解槽中溶解，消除碱尘。

4 工艺评价

整个系统通过仪表及DCS 实现自动化控制，便于操作管理，从而节约了劳动力，迎合了工厂向自动化生产管理模式发展的要求。在生产过程中，最大程度上利用了蒸汽的热能，使之产生的二次蒸汽循环利用，从而节约了蒸汽耗用量；同时在纯水的使用上，通过增加纯水罐及板式换热器，实现了纯水作为机封水的循环利用；并且由于钠离子是整个烧碱装置中的主要原料，工艺充分考虑了对其的回收再利用；另外，整个工艺系统产生的废水，通过积水坑收集，并用泵将其送至一次盐水化盐使用，使废水排放量为零。

但是，整个生产工艺也存在不足，一方面，在粒碱包装过程中会产生大量碱尘，尤其是在半自动包装过程中，单纯依靠抽气风机不能完全消除碱尘，从而威胁到生产操作人员的身体健康；另一方面，由于粒碱对环境湿度要求严格，虽然在生产过程中，通过连续通入干燥空气及增加空调来控制环境湿度，但在包装储存环节中仍无法完全避免潮解问题。以上两方面仍然是未来工程设计中亟待解决的重要课题。

5 结语

综上所述，整个粒碱装置系统以循环经济为理念，其拥有工艺流程短、便于操作管理、自动化程度高、节约能源、有效减少“三废”排放、产品质量高等优点，得到了用户对粒碱产品的认可，满足了市场的需求。使粒碱在今后的市场上有更好的发展趋势。