降低片碱生产过程中的碱损耗

屈智财，贾小军，张文虎，张斌山

（金川集团化工有限责任公司，甘肃 金昌737100）

金川集团化工新材料有限责任公司是金川集团化工有限责任公司下属的子公司之一，现已建成40万t/a离子膜烧碱生产装置并投入使用，为实现氯碱平衡，解决公司液碱过剩的局面，配套有20万t/a片碱生产装置，该套片碱装置共分两期建设，其中一期5万t/a片碱已建成并投产，后续15万t/a片碱2021年建成并具备生产条件。

公司片碱系统采用的原料来自已建成的40万t/a离子膜烧碱系统，利用园区大网提供的重压蒸汽将32%碱浓度提高至50%后再送至固碱工序。公司片碱生产采用三效逆流降膜蒸发工艺，配套天然气炉提供高温熔融盐。该工艺相对其他工艺的优点是各效温差大、传热效率高，且设备传热面积相比顺流蒸发的方式要小。同时，可以将蒸发过程中产生的二次蒸汽用于预热前一效打过来的碱液，有效降低蒸汽消耗。

整体而言，该装置工艺生产能力高、生产稳定，蒸发强度和热能综合利用效果好、能耗低且工艺操作简单。

1 三效逆流降膜蒸发工艺流程[1]

三效逆流降膜蒸发工艺共分为蒸发工序和片碱工序，其中蒸发工序主要是将系统所产32%碱液通过一系列的热能交换实现提浓至50%的目的；而片碱工段则是将50%的碱液作为原料，利用熔盐及二次蒸汽的富余热能，制得片碱后包装成品。

（1）蒸发工序

来自电解工序所产32%碱液先打至车间外的32%碱罐处，再通过32%碱泵泵至一效降膜蒸发器中，碱液浓度增加到36%，加热介质使用的是二效降膜蒸发器所产生的二次蒸汽，二次蒸汽与碱液逆流换热，一效降膜蒸发器产生的二次蒸汽通过表面冷凝器冷凝，冷凝液可收集回用，不凝性气体由水环真空泵抽走，同时降低效体中的压力，有利于碱液蒸发。

36%浓度的碱液经泵至换热器与50%碱及蒸汽冷凝液预热后温度提升至102℃，再送至二效降膜蒸发器，碱液浓度提升至42%，加热介质使用三效降膜蒸发器产生的二次蒸汽，由二效降膜蒸发器产生的二次蒸汽则逆流送至一效降膜蒸发器作加热介质使用。

42%浓度的碱液通过换热器与50%碱及蒸汽冷凝液换热后温度提升至155℃，再送至三效降膜蒸发器，碱浓度提升至50%，碱液温度控制在158.3℃，热源使用生蒸汽加热，产生的二次蒸汽逆流送至二效降膜蒸发器中作加热介质使用。

生蒸汽换热后产生的冷凝液温度较高，经收集后可送至前段的换热器，用来加热42%碱液和32%碱液。而经三效降膜蒸发器后所得50%碱液温度也偏高，可通过泵送至前段，预热42%碱液和32%碱液，换热后降温至30℃的50%碱液送至储槽储存，以备下个工序使用。

在此过程中，存在另一部分未经循环水冷却的碱液温度在80℃左右，可送到片碱工段直接使用。

（2）片碱工序

未经冷却的50%浓度的碱液经泵泵至预浓缩器中进行蒸发浓缩，碱液浓度提高至62%，加热介质使用最终浓缩器产生的二次蒸汽，预浓缩器产生的二次蒸汽由配套的表面冷凝器冷凝，不凝性气体由水环真空泵抽走，同时营造负压环境，降低碱液沸点，利于碱液浓缩。

62%浓度碱液通过泵泵至最终浓缩器中，碱浓度提高至98.2%，加热介质采用高温三元熔盐，再通过闪蒸罐将碱浓度提高至98.5%。闪蒸后所得的熔融碱通过重力作用进入碱液分配器，经分配器分流后进入片碱机冷却结片，最终片碱流入包装系统，经装袋、称重、喷码及码垛后送至片碱仓库。蒸发片碱装置工艺流程图见图1。

图1 蒸发片碱装置工艺流程图

2 碱损影响因素分析

公司一期片碱建成后并未第一时间连续生产，等到40万t/a离子膜烧碱装置负荷提满之后，逐渐暴露出液碱过剩，制约公司发展的问题，现已组织片碱生产。在片碱系统开车、生产的过程中，暴露出的部分问题会造成碱液损失。

（1）片碱系统开停车期间由于温度不达标产生的不合格碱；

（2）碱液蒸发浓缩过程中蒸发器所产的二次蒸汽含碱；

（3）片碱包装过程中的称重误差。

3 降低碱损的措施

针对以上存在的碱损现象制定了相应的改进方案。

（1）在系统开停车过程中，初期效体温度偏低，所产片碱达不到指定浓度，这部分片碱无法外售，由此造成额外的碱损失。因此需要提前制定好片碱装置的开停车及检修计划，减少不合格片碱的产出，同时可将此部分不合格片碱用于配制电解工序使用的阴极循环液。

（2）在蒸发过程中，会产生大量的二次蒸汽，这部分二次蒸汽和碱液通过降膜蒸发器底部的丝网扑沫器完成分离。如果丝网扑沫器表面有破损就会导致二次蒸汽含碱，造成额外碱损。因此需定期检测表面冷凝器的冷凝液pH值，若pH值呈碱性持续较久，则需对丝网扑沫器进行检查更换。

（3）公司片碱的包装标准是每袋25 kg，通过对已包装好的片碱进行称重复检，发现多袋片碱实际重量要高于25 kg，造成了额外的碱损。通过增加在线复检程序，设置在线复检报警值，提高包装精度，可以有效降低碱损。

4 废碱回收利用

对片碱装置开停车及其他情形产生的不合格废碱和含碱冷凝液进行回收，全部收集至稀碱罐，再与天然气燃烧加热熔盐时产生的烟道气（主要成分为二氧化碳）反应制备碳酸钠，供一次盐水工序吸收钙离子使用。废碱液吸收二氧化碳原理如下。

利用烟道气中的二氧化碳与氢氧化钠反应制备碳酸钠，实现碳酸钠自给，既节约了生产成本，又减少了温室气体二氧化碳的排放，实现环保与效益双丰收。

5 结语

讨论分析了片碱生产过程中存在碱损的几种情况，从造成碱损失的原因出发，提出了相应的解决方案，有效减少了碱损，并将产生的废碱同烟道气中的二氧化碳回收利用制备碳酸钠，减少了排放量也降低了生产成本。