论20万t/a烧碱装置技术改造

摘　要：介绍了20万t/a烧碱装置的扩能技改情况，指出了通过工艺技术改造和设备的更新换代，不断提高烧碱生产工艺技术水平是改善操作环境，降低烧碱成本的重要途径。

关键词　烧碱；生产；工艺技术改造   

前言：

2000年以前，株洲化工集团烧碱厂的液碱生产能力只有10万t/a，电解槽采用的是金属阳极电解槽（6万t/a）和石墨阳极电解槽（4万t/a）相结合，装置水平比较落后；氯气处理工序采用两台泡沫塔串联，操作弹性小、氯中含水高、设备腐蚀严重；液碱蒸发工序采用的是三效顺流部分强制循环蒸发工艺，蒸汽消耗高、循环水耗量大；一次盐水的主要原料比较单一，采用海盐为原料，杂质多、净化难、生产成本高。近几年来，随着化工产品的普遍升温以及市场对基础化工原料需求的不断扩大，该公司抓住机遇，深化内部管理大胆进行技术改造，并积极引进先进的离子膜烧碱生产技术，烧碱生产能力不断扩大，生产成本逐渐下降。截止2006年底，烧碱装置的生产规模达20万t/a，另外装置的自动化程度大幅度提高，操作人员的劳动强度减轻，工作环境得以改善，取得了良好的经济效益和社会效益。

1 盐水工序的技术改造总结

    化盐工序过去采用颗粒海盐为原料，采用回收液、洗泥水、卤水、蒸汽冷凝水及自来水作为化盐水，在化盐桶内化盐水与海盐逆流接触充分溶解后得到的粗盐水溶液自化盐桶顶部溢流进入精制折流槽，与精制剂纯碱、烧碱、氯化钡反应后再与聚丙烯酸钠混合进入澄清桶，清盐水进入机械过滤器过滤后进中和折流槽调节pH值送电解工序。化盐原料由海盐改为精制粉盐后，对化盐生产装置进行改进和及时调节工艺控制指标，使用效果较好，并且取得了明显的经济效益。

1.1 改造前的问题

①化盐桶：由于海盐含较多机械杂质，沉积于化盐桶底部，导致设备运行周期大大缩短，清理难度加大，并且盐泥处理负荷加重。② 澄清桶：由于海盐含钙、镁杂质多，而且含量波动幅度较大容易导致澄清桶内盐水溶液返混。③ 精制剂：海盐中钙镁杂质多最终也会使精制剂烧碱和纯碱的消耗量增加，影响生产成本。④原料成本：海盐运输距离远、运输成本高、价格贵导致原料成本大幅度上升。

1.2 改造方案

    株化集团通过对原料海盐与精制粉盐的物性、质量、价格及来源进行综合比较，发现粉盐不仅氯化钠含量高（NaCl≥99%）、机械杂质少、钙镁含量低，而且运输方便、价格较低、原料来源充分，采用粉盐制精盐水可降低原料成本。但是粉盐颗粒细，容易产生液固夹带的现象，给后系统的液固分离带来了难度，加大了盐泥处理的负荷。经过认真分析与观察，为适应粉盐的应用，对盐水工序进行了合理的改造。① 化盐桶：在原有化盐桶的基础上，增加了一个带旋流板的中心筒，并在中部设置折流圈。粉盐由中心筒加入，化盐水由底部逆流向上，由于旋流板和折流圈的作用，使得粉盐能充分与化盐水接触，溶解更彻底因而由顶部溢流所夹带的粉盐颗粒大大减少。② 化盐温度：化盐温度是制备精盐水过程中的重要控制指标，提高化盐温度不仅可以加快化盐速度，而且也有利于精制反应的进行；并且提高化盐温度粗盐水的粘度降低，有利于杂质的沉降分离。改造前采用海盐为原料时的温度为50-55℃，改造后温度调整为55-60℃，粉盐夹带的现象明显减少，盐水质量稳定，后系统处理压力减小。③改造收效：盐水工序由海盐制卤该为粉盐制卤后，原料成本大幅度下降，全年节约费用按20万t/a计约60万元/年；粉盐钙镁含量低精制剂用量减少，纯碱和烧碱消耗大幅度降低，从而使得盐酸消耗也相应降低，全年节约费用约100万元/年；粉盐机械杂质少，化盐桶和澄清桶的清洗周期延长，维修人员的劳动强度减轻^[1]。

2 电解槽扩张阳极与改性隔膜

    电解工序的改造主要集中在金属阳极隔膜电解槽扩张阳极和改性隔膜的成功应用，同时彻底淘汰了原来的虎克-16型石墨阳极电解槽。

2.1扩张阳极：扩张阳极是在铜钛复合棒与钛网上焊接一块具有弹性的钛板并设有凹槽，安装时用卡条卡在凹槽上，使阳极网呈收缩状态，便于阳极安装和阴、阳极套装。隔膜套装后拔掉卡条，阳极网袋弹开，阴、阳极间采用直径为3mm的聚四氟乙烯隔离棒隔离，这就使得扩张阳极与阴极间的极间距缩小到3mm，从而使电压降减小。将盒式阳极片改造成扩张阳极片关键在于充分利用原盒式阳极的旧网、铜钛复合棒以及扩张器的焊接。在要求网面平整的前提下，扩张阳极的扩张度和扩张均匀度要满足工艺要求，否则会导致极距误差、电流分布不均匀，从而影响改性隔膜电解槽的各项经济技术指标和扩张阳极的闭合、开启要求。扩张阳极改性隔膜电解槽与远金属阳极电解槽相比其主要优势有：①扩张阳极与阴极的间距缩小，改性隔膜具有高强度、高弹性和高渗透率；②改性隔膜溶胀率不足25%，是普通隔膜溶胀率的1/4左右；③改性隔膜的单槽电压稳定，在运行周期内受电流波动影响较小；④在较高电流密度下，可降低单槽电压0.20-0.25V；⑤氯中含氢低且稳定^[2-4]。

2.2 改性隔膜：金属阳极电解槽的隔膜材料要求具有较高的机械强度、较低的电阻、良好的耐酸碱腐蚀性能、较高的渗透率等特性。传统的石棉隔膜材料很难达到上述要求，因此改性隔膜材料应运而生。有资料显示，1978年，中国石化齐鲁股份公司氯碱厂引进的MDC-55型电解槽采用的是SM系列的改性隔膜，其槽电压明显降低，平均可降低0.1-0.2V，每生产1吨烧碱可节电90kW·h，且槽电压平稳。株洲化工集团烧碱厂改性隔膜技术的成功应用主要是加强了隔膜制作质量的监督和管理工作，确保了高质量的扩张阳极和改性隔膜电解槽的投用，其具体作法如下：①改造阴极箱，减小阴极网孔直径，有利于隔膜吸附；②采用津巴布韦石棉；③采用动态吸附法，提高了改性隔膜的强度确保了吸附质量，延长了电解槽的维修周期；④严格控制隔膜烧结温度和时间，确保改性液均匀涂覆在改性隔膜上。实践表明，改性隔膜的成功运用有效地提高了电流效率，降低了槽电压，减少了设备检修频率，确保了电解槽高负荷安全运行，取得了良好的经济效益^[3-4]。

3 氯气干燥系统

株化集团烧碱厂氯气干燥系统在1998年改造后采用了外降液式强化泡沫塔的干燥工艺，随着设备的老化以及泡沫塔本身存在操作弹性小的缺陷，最近几年氯中含水严重超标（高至600～800ppm），影响氯气透平机的正常运行，对后续工序的生产也带来了隐患。株化集团烧碱厂根据原氯气干燥系统存在的问题，提出了如下解决措施：

3.1 将原两级串联运行的泡沫塔改为填料塔与泡罩塔串联运行；

3.2 干燥酸在进填料塔与泡罩塔之前先经板式换热器冷却，降低进酸温度，从而降低了塔内吸收液表面的水蒸汽的分压，提高了传质推动力；

3.3 增大液气比，干燥酸循环量加大，每级干燥塔设置酸循环泵，这样一来可及时带走塔内浓硫酸的稀释热，降低了出塔气体温度；

3.4 采用新型塔内件，强化传质效果。填料塔内采用梅花扁环填料，不仅处理能力大、传质效率高、阻力降小，而且质量轻、耐腐蚀性好、使用寿命长、生产运行成本低；

3.5 改造之后的主要设备见表1：

表1：氯气干燥系统主要设备一览表

序号	设备名称	规格型号	材质
1	填料干燥塔	φ2200×14800×8	FRP/PVC
2	泡罩干燥塔	φ2200×10040×8	FRP/PVC
3	酸循环泵	LJBF100-65-200 Q=100m3/h H=32m	组合件
4	填料干燥塔酸冷却器	BR05  F=30m2	HAS-C
5	泡罩干燥塔酸冷却器	BR05  F=25m2	RS-2
6	浓硫酸冷却器	BR01  F=20m2	RS-2

 

4 蒸发工序改造

氯碱系统烧碱的蒸发是烧碱生产过程中的一个非常重要的环节，烧碱的蒸发是一个能耗较多的工序，其能耗约占烧碱生产综合能耗的30%左右。因此烧碱蒸发的运行状况和技术水平，将直接影响整个氯碱系统的能耗水平和经济效益。优化蒸发工艺，降低蒸汽消耗是氯碱行业各厂家普遍关注的问题。株化集团烧碱厂以装置扩能改造为契机，针对原有蒸发装置存在的问题进行了以下几个方面的技术改进。①循环冷却水系统进行改造，凉水塔顶部安装高效喷头，确保进水分布均匀，并更换了塔内填料。改造后循环水温度下降，同时提高了各效蒸发器的真空度；②适当提高生蒸汽压力，从而扩大了Ⅰ效蒸发器及整个生产装置的蒸发能力；③充分利用蒸汽冷凝水的显热来预热进入蒸发系统的电解液，从而降低了新鲜蒸汽的消耗量；④加强了系统传热设备和管道的保温措施。通过对原蒸发系统进行了一系列工艺技术改造后，系统运行平稳，生产能力上升，蒸汽消耗下降，取得了满意的结果^[4-6]。

5 引进离子膜制碱技术

2004年10月，株化集团烧碱厂从日本氯工程公司引进的40000t/a离子膜烧碱装置建成投产，2005年6月离子膜二期工程40000t/a离子膜生产装置顺利开车，这标志着株化集团通过引进新技术消化吸收先进技术已取得了阶段性成果。离子膜法制碱具有综合能耗低、液碱浓度高、氯氢纯度高、装置自动化程度高、环境污染小等优势，是当今世界公认的先进制碱技术^[6-7]。整个生产装置采用DCS集散控制系统，对重要工艺控制指标进行在线控制，大幅度提高了操作精度、降低了操作强度、提高了劳动生产率，取得了良好的经济效益和社会效益。

 

参考文献

[1] 高海燕,白文举.浅谈一次盐水的工艺指标控制[J].氯碱工业,2004(12):8-9.

[2] 韩萍.强化生产过程控制降低直流电消耗[J].中国氯碱,2006(6):37-39.

[3] 干成军,张为人.改性隔膜扩张阳极技术探讨[Ｊ].氯碱工业,2004,(12):15～17

[4] 王广兴,郭连才,苏裕.烧碱装置的技术改造[J].中国氯碱,2006(6):24-26.

[5] 张颖,郭全保.氯碱厂蒸发工艺能耗分析及节能技术改造[J].节能,2002(7):21-23.

[6] 姚宏江.改善蒸发工艺降低蒸汽消耗[J].氯碱工业,2001,(9):25～28

[7] 陆忠兴,周元培.氯碱化工生产工艺[M].北京:化学工业出版社,1995

 

【作者简介】：田伟军(1971-)，男，湖南汨罗人，工程师、化学工程硕士，现从事无机精细化工工艺教学和科研工作。电话：13975310795  E-mail：twj96680@163.com

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