联碱装置降低氨耗潜力挖掘

张 霞，肖 婕，张 雷，孙晓龙，曹 桐

（1.中海油天津化工研究设计院，天津300131；2.沧州水文水资源勘测局；3.天津渤化永利化工股份有限公司）

联碱装置降低氨耗潜力挖掘

张 霞1，肖 婕1，张 雷2，孙晓龙3，曹 桐3

（1.中海油天津化工研究设计院，天津300131；2.沧州水文水资源勘测局；3.天津渤化永利化工股份有限公司）

联碱法生产纯碱，氨为主要原料，特征污染因子亦为氨，包括含氨废水、含氨废气、氨Ⅱ泥，减少联碱装置含氨污染物的产生和排放是联碱法生产企业解决环境问题的重要途径。以某企业联碱装置为例，采用清洁生产理念，从源头控制污染物，从降低氨耗的角度出发，寻找联碱装置的减排空间，从而达到降耗、减污、增效的目的。

联碱法；降低氨耗；清洁生产

纯碱工业是重要的化学原料工业，纯碱产品是保障国民经济发展的基本工业原料。中国纯碱产品在国际市场上有着较强的竞争力，中国是纯碱生产第一大国，纯碱产量约占世界总产量的37%。但同时纯碱工业污染严重、减排难度大，尤其是在中国节能、环保的客观要求下，纯碱行业必须走绿色、清洁的发展道路才能得到又快又好的发展［1-2］。

纯碱生产方法有索尔维（氨碱）法、侯氏（联碱）法和天然碱法。联碱法工艺在生产纯碱的同时还副产氯化铵，污染物产生量少，世界上采用联碱法生产纯碱的国家只有中国。联碱法是以合成氨装置生产的氨、二氧化碳以及原盐为原料生产纯碱并联产氯化铵的方法。联碱法生产过程中氨为主要原料，同时特征污染因子亦为氨，包括含氨废水、含氨废气、氨Ⅱ泥，所以减少联碱装置含氨污染物的产生和排放是联碱法生产企业解决环境问题的重要途径。

以某企业联碱装置为例（设计产能为年产80万t纯碱和氯化铵），采用清洁生产理念，从源头控制污染物，从降低氨耗的角度出发，寻找联碱装置的减排空间，从而达到降耗、减污、增效的目的。

1 联碱装置氨耗现状分析

1.1 联碱装置生产工艺

原盐经精制得到高质量精制盐，通过皮带送到联碱装置II过程，在II过程加入合成氨装置提供的氨，生产出精铵产品（工业氯化铵）和农业氯化铵，一部分农业氯化铵通过粒铵装置生产出粒状农业氯化铵，同时提供合格的AII液到联碱I过程。在I过程加入合成氨装置提供的二氧化碳生产出轻质纯碱（轻灰），同时提供合格的MI液到联碱II过程，一部分轻质纯碱通过重灰装置生产出重灰，重灰生产过程的细粉及落地碱通过小苏打装置生产出小苏打。综上该企业联碱装置共有6种产品，分别为轻质纯碱（轻灰）、重灰、小苏打、精铵（工业氯化铵）、农业氯化铵、粒铵。总体流程见图1。

图1 企业联碱装置生产工艺流程图

1.2 单位产品氨耗与标准对照分析

该企业联碱装置原料液氨执行GB 536—1988《液体无水氨》，氨质量分数≥99%。对该装置在2011年7月至2013年6月的月单位产品氨耗做趋势分析，结果见图2。由图2可以看出，2011年单位产品氨耗最高，2012年最低，2013年又呈上升趋势，每个月单耗存在一定的波动。通过分析可知，2011年装置刚投产，生产不稳定，单耗较高；随着生产趋于稳定，2012年单耗逐渐下降；2013年单耗又高于2012年，说明联碱装置氨耗存在一定的降耗空间。

图2 企业联碱装置单位产品氨耗趋势图

为科学、客观地查找该企业的氨耗差距，将联碱装置的实际氨耗与HJ 474—2009《清洁生产标准（纯碱行业）》进行了指标对比，结果如表1所示。

表1 企业联碱装置单位产品氨耗与清洁生产标准指标对比

通过表1可以发现，该企业联碱装置2012年单位产品氨耗最低，但该氨耗值仅达到纯碱行业清洁生产标准三级要求（中国清洁生产基本水平），所以该企业联碱装置需要寻找氨的降耗空间，以提高联碱装置的清洁生产水平。

1.3 氨平衡分析

建立氨的单物质平衡，可以深入地查找氨的产排污环节，便于从源头控制污染物的产生，减少氨耗。选取了该企业联碱装置连续三天稳定运行的生产数据，建立氨的单物质平衡，具体情况见图3。

图3 企业联碱装置氨平衡图（kg/d）

通过氨平衡图分析可知:1）转化至产品中的氨占总投入量的74.23%，即有25.77%的氨损失，氨损失量大；2）废气、废水、固废中所含氨分别为20.39%、1.15%、2.03%，其他2.2%的损失为产品附着氨、冰机氨损失、物料和母液的跑冒滴漏等；3）氨损耗中曝空氨量最大，占到液氨使用量的19.81%，所以减少曝空氨的损失量是降低联碱装置氨耗的主要环节；4）通过计算，废水中氨氮产生量为8.3 kg/t（废水产生量为881.073 t），纯碱行业清洁生产标准对废水中氨氮产生量的要求为一级≤2.0 kg/t、二级≤3.0 kg/t、三级≤4.0 kg/t，由此可知进入废水中的氨氮量远远超过清洁生产标准三级的要求。

2 联碱装置降低氨耗途径

2.1 减少进入废气中的氨

1）设置曝空氨回收系统，减少氨损失。联碱装置结晶器本体、母液桶、碳化工序带式过滤机曝空氨量大，另外精铵工序分离机及湿铵皮带的氨味重，分离机下料氯化铵中夹带的游离氨散发到空气中造成氨的损失。针对以上情况，企业计划设置设备曝空氨回收系统，对结晶器本体、母液桶曝空氨进行回收，对碳化工序带式过滤机加罩减少氨的挥发；将精铵工序分离机排气管装引风机，将含氨空气排入含水的桶中将氨吸收，氨水达到一定浓度后回用做原料。设置曝空氨回收系统后，年可减少氨损失3 900 t。

2）外冷器封头改造，减少氨的挥发。联碱装置有2台外冷器上封头内衬塑料脱落，有4台有起鼓现象，起鼓面积约1.2 m2，该情况容易导致设备泄漏，造成物料损失，影响生产的稳定性。企业计划对外冷器封头进行改造，拆除脱落层，做环氧树脂玻璃鳞片防腐，制造备件上下封头材质为Ti2+Q345复合板，确保设备无泄漏，长周期稳定运行。该改造实施后，年可减少氨损失200 t。

3）降低碳化工序带式过滤机洗水中的氨含量，减少氨挥发。碳化工序带式过滤机洗水中含氨偏高，气温高的时候游离氨易挥发，既污染环境又危害操作人员的身体健康。企业结合实际生产情况调整了工艺参数，提高淡液蒸量，降低洗水中氨含量，控制洗水温度低于40℃，减少游离氨的挥发量。对带式过滤机引风机进行改造，提高引风量，降低空气中的氨含量。该措施实施后，年可减少氨损失200 t。

4）减少干铵粉尘。由干铵炉出来的产品经过皮带输送至干铵包装机过程中粉尘产生量较大，目前除尘效果不佳，造成作业环境恶劣的同时也造成干铵损失。另外布袋除尘器回收的粉料由刮板机送到皮带机上，而刮板机到皮带机的落差相当大，造成粉尘飞扬，皮带机间的落差也易使粉尘飞扬，造成干铵厂房粉尘较大。结合以上问题，企业对干铵除尘系统进行改造，单独包装干铵厂房布袋除尘器的粉料，在干铵厂房外建4 m3储罐，增设双动阀1套、气动振打器2台。为保证现场环境，建设了6 m高罩棚22 m2，隔一天清理一次储罐，每月收集除尘细粉料约18 t，年可增产氯化铵252 t，减少氨损失80 t。

5）对碳化工序大碱槽加装盖子，减少氨的挥发。碳化工序大碱槽没有盖子，长期露天敞开造成氨的挥发量大。结合该情况，企业对该槽加装了盖子，大大减少了氨的挥发，年可减少氨损失100 t。

2.2 减少进入废水中的氨

1）减少碳化工序滤布冲洗水的跑冒。碳化工序带式过滤机的滤布冲洗水为淡液蒸馏后的废淡液经冷却后的净氨洗水，该洗水中含有氨。带式过滤机在冲洗前首先利用带机刮刀进行刮碱，由于刮刀运行不稳定，经常造成大量的碱残留在皮带上，从而必须增加冲洗水的流量来达到清洁带机的作用，由于流量的增加，导致大量的净氨洗水冲到带机以外，造成洗水中氨的损失，同时增加废水中的含氨量。结合该情况，企业计划及时更换碳化工序带机刮刀，改善刮刀的刮碱效果，减少带机冲洗水的跑冒量，从而减少氨的损耗和废水中氨的含量。该措施实施后，年可减少氨损失50 t。

2）母液阀门改造，减少含氨废液的排放。联碱装置需要安装阀门的环节多，使用情况复杂，自投产以来，母液阀门经常出现腐蚀、泄漏及密封不严、执行机构损坏等问题，以上问题造成物料跑冒滴漏，同时在检修更换阀门时会大量放液，以上废液进入废水，给生产带来巨大损失，给环境带来不利影响。结合以上问题，企业计划对母液阀门进行改造，结合不同的使用要求，主要选用了半球阀、硬密封蝶阀、国标闸板阀三大类阀门安装在不同的需求位置。通过改造，母液阀门更加适用于联碱的生产使用，减少了母液损失，稳定了生产负荷，降低了检修难度，使得联碱生产更加稳定，年可减少氨损失1 000 t。

3）煮塔设施及蒸汽管改造，减少母液膨胀现象。目前联碱分厂碳化塔煮塔应用热的废淡液，而废淡液要作为净氨水，同时还要用于皮带冲洗、润滑等。如果煮塔使用废淡液，那么就会造成净氨水等的不足，这时需要补充除盐水，于是便增加了母液量，造成母液膨胀，造成氨的损失和废水中氨的含量。另外碳化塔伴热采用的是0.6 MPa蒸汽，影响碳化指标，同时使母液量增加。对以上问题，企业计划对碳化塔煮塔设施及蒸汽管进行改造，首先碳化塔煮塔水仍以废淡液为主，但在煮塔时采用1.37 MPa蒸汽，减少煮塔时间，煮塔时间由原来的24 h改为12 h，另外碳化塔伴热蒸汽由0.6 MPa饱和蒸汽改为1.37 MPa蒸汽，减少了凝水量，进而减少了母液量。该方案实施后，可减少母液膨胀现象，使煮塔更便捷，年可减少氨损失150 t。

4）母液换热器、水冷器改造，减少泄漏。联碱装置结晶工序的母液换热器及水冷器内、外泄漏严重，造成物料损失，同时增加了末端废水及其污染物的产生量。结合以上情况，企业计划对母液换热器、水冷器进行改造，将原有的外冷器改为全钛水冷器，重新制造6台钛管母液换热器，由于钛材的抗腐蚀性能好，同时易清洗，改造后可有效减少因母液换热器、水冷器泄漏造成的物料损失，也可减少进入废水系统的废水量及污染物量。通过该改造，年可减少氨损失1 100 t。

5）泵流量调节系统改造，减少母液冒桶。联碱装置MII泵、冷AI泵、热AI泵，在生产工况不稳定时需要频繁调节泵的进出口阀门，控制投量。在正常生产过程中需要经常调节各母液储桶液位，需要频繁调节泵的出入口阀门，人工调阀对生产波动大，而且容易造成阀门损坏，换阀门需要停工处置，需要大量排放母液，检修损失较大。结合以上问题，企业对以上泵的出口自调阀进行改造，在各类泵总出口管闷堵处添加回流管，回流管上装自调阀，调控母液回到各自母液储桶，用自调阀控制回流管的流量，以满足生产过程中的微调，减少母液调节波动，同时减少泵出口阀的使用次数，延长阀门使用寿命。该方案的实施使得母液调节由手动改为自动调节，实现了准确控制母液投量，便于母液储桶的平衡，稳定了生产，防止手动过大造成冒桶，年可减少氨损失110 t。

6）回收冰机蒸发冷溢流水，减少含氨废水外排。冰机工序蒸发冷溢流水产生量大，同时浮球出现故障也造成溢流水产生量的增加，以上溢流水直接排入地沟造成水的浪费。针对以上情况，企业更换了坏的浮球，同时建一个储水池，把蒸发冷溢流水收集并回用，年可减少氨损失98 t。

2.3 减少进入固废中的氨

1）减少干铵皮带湿铵落地料的产生。铵刮料板的皮子磨损较严重，不能及时更换，造成干铵湿铵皮带经常因刮料板刮料不干净造成湿铵落地；另外皮带尾滚经常粘料，运转时不易清理，经常造成皮带跑偏，增加了落地铵的产生量。针对以上情况，企业更换了刮料板皮子，将各皮带尾滚更换为衬胶尾滚，在运转粘料后易于清理，同时在每个刮料板后加装一个收料器，回收落地湿铵。通过该措施的实施，年可增产氯化铵57 t，减少氨损失18 t。

2）更换盐泥、AII泥压滤机，改善压滤效果，回收滤液。盐泥、AII泥压滤机压滤效果不佳，造成盐泥、AII泥含水率高，增加后续固废贮存及处理的难度，同时也造成滤液损失。针对以上情况，企业及时更换了压滤机，改善了压滤效果，对滤液及时进行了回收，提高了氨的回收率。该措施实施后，年可增产产品145 t，减少氨损失46 t。

3）增加湿铵皮带罩子和风机，减少氯化铵落地料的产生。湿铵皮带无罩子，容易出现掉料情况，产生废铵，并且气温高时氨味较大。建议增加皮带罩子和风机，减少废铵产生的同时也减轻氨味，年可增产氯化铵246 t，减少氨损失78 t。

3 结论

通过对某企业联碱装置单位产品氨耗与标准对照分析，发现氨耗与先进水平存在着差距；通过建立氨的单物质平衡，查找到氨的产排污环节；从氨进入“三废”的原因和途径，找出降低氨耗的途径和措施，从而减少了进入环境中的含氨污染物量。

以上降低氨耗的措施实施后，年可减少氨耗7 130 t，增加产量700 t。以2013年产品产量、氨耗为计算基础，联碱装置年产量可由 2013年的480 676 t增产700 t后变为 481 376 t，氨耗可由173 072.7 t减少7 130 t后变为165 942.7 t，单位产品氨耗可由2013年的360.1 kg/t降为344.7 kg/t，达到清洁生产标准（纯碱行业）一级（≤345 kg/t）要求，氨耗在2013年的基础上下降了4.3%，清洁生产水平有了明显的提高。

随着中国纯碱行业准入条件、“十二五”发展规划对联碱装置氨耗要求的逐渐严格，企业需要继续探索氨耗降低的空间，分轮次持续推动企业开展清洁生产审核等降耗工作，逐步降低企业的氨耗，减少对环境的污染

［1］ 纪伟.中国纯碱出口能力预测及对世界纯碱市场的影响［J］.无机盐工业，2014，46（3）:5-8.

［2］ HJ 474—2009 清洁生产标准（纯碱行业）［S］.

联系方式：zhangxia0702@126.com

Potential exploitation of lowering ammonia consumption for Hou′s Process soda plant

Zhang Xia1，Xiao Jie1，Zhang Lei2，Sun Xiaolong3，Cao Tong3
（1.CNOOC Tianjin Chemical Research&Design Institute，Tianjin 300131，China；2.Cangzhou Bureau for Hydrology and W ater Resources；3.Tianjin Bohua Yongli Chemical Industry Co.，Ltd.）

Ammonia is a main material for production of soda ash with Hou′s Process.The characteristic pollution factor is just ammonia which exists in waste water，waste gas，and ammonia Ⅱ mud，so an important way to solve environmental problem is to reduce the ammonia pollutants for Hou′s Process soda plant.A typical Hou′s Process soda plant is taken as an example，to find solutions for the emission-reduction.The enterprise lowers ammonia consumption and controls pollution from the source to implement clearing production，thereby achieves the goals of consumption reduction，emission decrease and benefit enhancement.

Hou′s Process；lowering ammonia consumption；cleaner production

TQ114

A

1006-4990（2015）06-0063-04

2015-01-19

张霞（1981— ），女，工程师，硕士，从事清洁生产相关工作。