5万t/a微粒碱生产装置运行改进研究

薛卫东，王 伟，路松角

（陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 米脂 718100）

5万t/a微粒碱生产装置运行改进研究

薛卫东，王 伟，路松角

（陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 米脂 718100）

介绍了微粒碱生产装置工艺流程以及影响因素，提出了优化方案。

微粒碱；蒸发；优化

陕西金泰氯碱化工有限公司 5万t/a微粒碱（NaOH）生产装置是2006年引进瑞士博特公司整体工艺采用逆流降膜蒸发浓缩，喷雾造粒技术。由于是大陆首家引进，生产能力不足，装置运行后，稳定性连续性较差，经过在工艺参数、工艺流程、包装输送、燃料来源及材料国产化等方面进行了一系列吸收改造，最终使该装置达到长周期稳定运行。

1 原生产工艺概述

1.1 蒸发单元

蒸发单元采用两效逆流降膜蒸发工艺。来自电解工序的32%液碱原料依次进入一效、二效蒸发器，和二效、一效蒸发器内的中压蒸汽及二次汽逆流换热蒸发。一效采用真空操作，最终原料碱在二效蒸发器被浓缩至50%浓度，送入下一工序浓缩单元，工艺流程示意图见图1。

1.2 浓缩、造粒单元

来自蒸发单元的50%液碱进入预浓缩器和来自浓缩器的二次汽换热蒸发，预浓缩器采用真空操作，碱液被浓缩到56%，产生的二次汽送入蒸发单元的一效蒸发器，56%碱液送入浓缩器和420℃的HTS熔盐换热，被浓缩到98%以上，用泵送入造粒塔喷洒篮内高速旋转喷雾，形成的雾滴和造粒塔内抽入的空气换热冷却，形成0.7～1.3 mm的均匀粒碱。

1.3 冷却、输送包装单元

造粒塔内形成的粒碱温度150℃左右，进入滚筒冷却器和循环水换热，冷却至40℃后，通过斗式提升机、筛分机、料仓、全自动包装机、码垛机，最后入库。在粒碱没有入袋包装前的所有输送包装工序全部通入干燥空气，避免粒碱吸潮结块。

1.4 熔盐、燃烧单元

熔盐系统由熔盐槽、熔盐泵、燃烧炉、助燃风机、助燃空气冷却器组成。HTS熔盐在熔盐槽内由蒸汽加热至160℃熔化，由熔盐泵打至燃烧炉，由液化石油气燃烧加热至420℃，送入浓缩器和碱液换热，冷却后的熔盐回到熔盐槽循环使用，工艺流程简图见图2。

2 装置运行情况及影响因素分析

（1）装置生产能力产能不足。装置引进时设计能力5万t/a粒碱，而实际产能只有4万t/a，分析原因是由于预浓缩器蒸发能力达不到设计要求。

图1 蒸发单元工艺流程示意图

图2 熔盐燃烧单元工艺流程简图

预浓缩器是在真空条件下，采用降膜蒸发原理将50%液碱浓缩至56%后送入最终浓缩器。预浓缩器设计能力50%碱进料量达到8.33 m3/h，出料浓度56%，而实际生产中在保持熔盐炉满负荷条件下，进料量只能达到6.9 m3/h，生产负荷只能达到设计的80%。

分析装置特点和现状，在工艺、设备、供热能都已确定情况下，预浓缩器蒸发能力的提高，一是要提高带入碱液的热能，即提高碱液进口温度；二是提高热能利用效率。

对于提高碱液进口温度，从分析预浓缩器进料工艺条件看，原料碱是从一效蒸发器出来的温度为142℃，浓度为50%的碱液。导致温度降低的原因，是由于142℃的碱液经过和进入一效蒸发器的38%的碱液进行了热交换，温度降至90℃后，再进入预

浓缩器浓缩。这种运行对蒸发是合理的，但对预浓缩不利。 该公司采取将温度142℃，浓度50%碱液走旁路直接加入预浓缩器，碱液由90℃升高到142℃，对应的提高了带入浓缩器的热能。

预浓缩50%碱进料温度由90℃升至142℃，带入系统热量约80 000 kcal/t，以粒碱生产需消耗热量890 000 kcal/t计，相当于增补预浓缩热量约8.9%。

提高热能利用效率的问题。依据传热速率方程式：Q=KAΔt，在传热面积一定的情况下主要与传热温差有关，而传热温差与真空度有关。生产运行中真空度是80 kPa，对应液相温度为98℃。当地大气压为94 kPa，所以对真空泵进行改型，选用了一台抽气量20 kg/h的双级液环式真空泵，运行后预浓缩器真空度达到85.5 kPa，对应液相温度下降到92℃。

通过以上改造，加热壳程的二次蒸汽，进出口温度未变化，实测进口T1=342℃，出口温度T2=188℃。

液相进出口温度变化显著，管程碱液进口温度t1=142℃，保持不变，出口温度由98℃降低到92℃。

根据△t=△t1-△t2/ln△t1/△t2，计算得：

真空度达到85.5 kPa后：△t=121℃

原有真空度80 kPa条件下：△t=118℃

以上看出真空度提高后，△t由118℃提高到121℃，传热效能得到提升。

通过以上2项改造，使预浓缩器流量达到8.5m3/h，出料浓度提高到58%，装置能力达到5万t/a。

（2）天然气燃烧不完全。天然气完全燃烧放出热量8 400 kcal/m3，每吨浓度56%的液碱浓缩至99%，需消耗热量890 000 kcal，即吨粒碱需消耗天然气105 m3。

每立方天然气完全燃烧需要9.5 m3空气，按满负荷每小时产粒碱6.25 t，理论上需助燃空气为6 531 m3/h。装置配置的助燃风机额定风量为7 300 m3/h，而生产中实际天然气消耗达165 m3/t，分析燃烧后的尾气中CO严重超标。

说明燃烧不充分，天然气不能完全燃烧，导致系统天然气单耗升高。

通过对燃烧炉分析，根据进炉风压，天然气配比要求，通过分析尾气组分含量变化，反复对燃烧炉配比罗盘、风门设置进行调整和调试；对风机和天然气的控制系统进行逻辑调整；更换了部分配件。最终检测燃烧尾气组分含量：CO2含量大于10%（V），O2含量3%~5%，CO含量小于0.5%（V）的条件下，天然气消耗由165 m3/t降至112 m3/t，同时利用CO2制碳酸纳的效果也显著提高。

（3）包装机刀片寿命短。粒碱包装采用两层包装，外袋采用复合膜编织袋，内袋采用FFS袋用吹塑薄膜。而切割FFS袋用吹塑薄膜的切割刀主要从国外进口，材料成分为CrNi18Ti9，每把刀具的缺点是：使用寿命短而且成本高。每把刀具只能切割包装袋10万次，基本上10天就要更换1个刀片，昂贵的价格和寿命短导致了生产成本高，维修保养频繁。

针对这一问题，公司组织技术力量和国内某刀具厂研制出一种实用新型吹塑薄膜切割刀，主要根据割刀切割时的力学性能，研制出一种新型刀刃，这种结构的刀刃具有良好的力学性能，可以实现良好的切割效果同时避免刀刃磨损严重。使用新型的吹塑薄膜切割刀的成本小于1 000元/件，一把吹塑薄膜切割刀经实际使用，切割97万次仍能符合生产需要，生产4个月才更换一次刀片。相比进口刀片使用周期延长，成本显著降低。

（4）粒碱包装不符合铁路运输要求。粒碱包装是引进德国的全自动包装机，每小时可包装400袋，每袋25 kg，合计10 t，包装材料是单层袋用吹塑薄膜。按照国内危险化学品铁路运输规定，粒碱包装必须采用双层包装，才能进行火车运输。

鉴于以上原因，公司和国内某包装机械公司合作，开发了一套全自动二次套袋包装装置，该装置在粒碱包装线上首次采用，克服了粒碱腐蚀、流动性好的因素。整机采用PLC控制，包括自动称重、超差剔除、自动上袋、折边缝纫、整形输送功能。使粒碱包装从一次包装到二次套袋、折边、缝纫、输送码垛，全线达到无人操作，实现全自动化，提高了效率，满足了粒碱铁路运输规定。

（5）水洗塔结垢频繁，影响运行。水洗塔是对造粒塔出来的含碱热空气进行洗涤冷却作用，由于工艺设计上水洗塔的补充用水采用的是一次水，硬度大，而塔内水温在45℃左右，又偏碱性，在此条件下，极易造成塔内填料结垢，堵塞通道，造成造粒塔内空气流量小，粒碱温度高，冷却不均匀，导致粒碱结块，堵塞下料口，造成停车。

将水洗塔补充用水由一次水改为蒸发二次冷凝液，二次凝液是液碱内的水分蒸发作为二次汽经换热冷凝后形成的，硬度与软水相当。增加1台板式换热器，将二次凝液与循环水换热后，冷却至35℃送入水洗塔。这样不但充分利用了二次凝液，节约了一次水，而且彻底解决了塔结垢问题，保证了水洗塔、造粒塔的良好运行。

（6）粒碱颜色发黑问题。粒碱正常颜色为雪白

色，在生产过程中，偶尔会出现颜色发黑的粒碱，通过对装置分段排查，发现从造粒塔出来的粒碱颜色正常，进入粒碱冷却器出来后颜色就发黑，进一步分析排查发现，粒碱颜色发黑有两种现象：一是和粒碱一同进入粒碱冷却器的干燥空气含油超标，粘附在粒碱表面造成颜色发黑，是粒碱颜色发黑的主要原因。二是少量情况下是原料32%碱或蒸发设备产生的镍粉带入碱液系统中造成的。

通过在进入粒碱冷却器的干燥空气入口处再安装1台干燥空气精油过滤器，同时加强干燥空气系统排污，解决了干燥空气含油超标问题；严格控制原料中杂质，定期对32%碱罐和50%碱罐进行清理，定期对造粒喷头（喷洒装置）进行更换和清理，有效地解决了颜色发黑问题。

3 系统的优化运行

（1）利用烟道气自产碳酸钠。为了进一步降低综合生产成本，减少天然气燃烧后的尾气外排放，利用粒碱生产中融盐炉燃烧产生的烟道气，将烟道气尾气中的二氧化碳，用烧碱吸收生成的碳酸钠，再将碳酸钠用于盐水精制。

公司现有20万t/a的烧碱生产能力，现吨碱耗碳酸钠22 kg/t，装置满负荷生产每年需耗碳酸钠4 400 t。

装置烟道气中二氧化碳含量大于10%（VOL），满负荷下烟道气总量大于7500Nm3/h。要满足20万t/a的烧碱生产能力，只需要碳酸钠0.55 t/h，折二氧化碳为0.228 3 t/h，相当于二氧化碳流量116.225 Nm3/h（标准状态）。根据碳酸钠装置实际运行数据，通过调整天然气与助燃空气配比，燃烧充分后，尾气中二氧化碳保持大于10%，不但系统天然气消耗减少，而且完全能满足生产碳酸钠的要求。

利用粒碱生产的尾气，生产自身需求的碳酸钠，使整套装置的系统得到进一步优化，经济效益可观。

（2）预浓缩器蒸发二次汽利用。预浓缩器蒸发的二次汽工艺上是送入粒碱一效蒸发器全部利用，由于设计上一效换热面积和所需热能的不匹配，使该二次汽不能被全部利用，造成一效排气口有大量蒸汽排出，热能浪费。

针对此问题，将预浓缩器蒸发的二次汽分一部分送入片碱装置蒸发一效，对这部分二次汽充分利用，使片碱装置50%汽耗降低120 kg/t。

通过对引进微粒碱装置的一系列改造、消化吸收，保证了粒碱质量，粒碱装置能稳定、满负荷、连续生产，满足了粒碱铁路运输要求，主要消耗指标天然气由165 m3/t降至112 m3/t，产能由4万t/a提至5.3万t/a。

Operation improvement of 50 kt/a particle alkali production plant

XUE Wei-dong，WANG Wei，LU Song-jiao
（Shanxi Jintai Chlor-alkali Chemical Co.，Ltd.，Mizhi 718100，China）

The technological process and influence factor of particle alkali production plant were introduced，the optimization scheme was put forward.

particle alkali;evaporation;optimization

TQ114.26+8

B

1009－1785（2015）05-0021-04

2015-04-20