浅析中泰化学固碱装置的运行与发展

浅析中泰化学固碱装置的运行与发展

新疆中泰化学有限公司（以下简称“中泰化学”）在1995年的大规模改造中，将薄膜法电脑分析技术转变为离子膜法碱性技术，经过几次大规模的改造和扩建。目前，生产装置已满65万吨/a，离心分离剂90万吨/a，其中固体装置的生产能力在40万吨以上。固碱生产工艺包括发生炉煤气熬制法和熔盐加热法降膜浓缩工艺。中泰化学于2007年引进的降膜蒸发、浓缩固碱工艺极大地减少了浓缩固碱的占地面积,提高了生产能力,操作环境有了很大的改善。1在东正教火气源的条件下，水和坏气在前者的炉中制备固碱1.1无论如何，用煤气法产生的水和气的气1.1.1生产原则(1)煤气进入煤气主管由空气和水蒸气混合的气化剂从上、下2个方向进入煤气发生炉,与煤发生不完全燃烧反应后产出粗煤气,粗煤气从发生炉中部的煤气出口输出,经净化设备处理后进入煤气主管。(2)煤气炉内的氧与煤反应按照煤气发生炉气化过程进行的程序,可将发生炉内部自上而下分成6层:空层、煤贮备层、上氧化层、气化层、下氧化层、灰渣层。①空层:一般800～1000mm(以探火孔面为基准)。②煤贮备层:一般200～300mm,位于煤气炉的最上层,为上氧化层贮备足够的反应煤。③上氧化层:也叫燃烧层,处于贮备层之下,由上而下的气化剂中的氧与煤反应生成CO2等,并放出大量的热量,使该层保持较高的温度,干馏产物中的焦油、酚类有害物质在该层充分裂解燃烧转化为无害的可燃气体。此阶段的温度要控制在灰熔点以下,一般在1200℃左右。④气化层:处于上氧化层与下氧化层之间,厚度1500～2000mm。来自上、下2个氧化层的高温CO2、部分水蒸气在气化层与赤热的碳相互作用,发生还原反应,生成煤气中的主要可燃成分。⑤下氧化层:该层在还原层之下,由发生炉下部进入的气化剂中的氧与煤进行燃烧反应,形成高温燃烧层,生成的CO2上升进入还原层生成粗煤气,其目的是降低灰渣中的碳含量,以提高煤气炉的气化率。⑥灰渣层:这是煤气炉的最下层,一般厚度为200～300mm,主要是保护炉篦和风帽不被烧坏,并利用灰渣余热加热从下部进入的气化剂。1.1.2煤气炉的燃烧过程中泰化学煤气站是以烟煤为气化原料的混合发生炉热煤气站,生产的煤气可同时供6组固碱窑炉进行燃烧,其工艺流程简述如下。筛选合格的煤块由双轨爬斗运至煤气炉顶部的贮煤仓,经加煤振动给料机从煤气炉上部加入,与发生煤上、下2个方向进入的气化剂接触发生不完全燃烧反应,生成粗煤气,粗煤气经斜管除尘器、隔离水封旋风除尘器除尘后,进入熬碱炉的煤气总管。来自蒸发工序的冷凝软化水从汽包加入,与煤气炉夹套的软水连通,夹套里的软水受热产生的蒸汽由浮力作用进入汽包,由蒸汽阀门控制与一次风机供风混合后形成气化剂,供煤气炉运行使用。由制气岗位输送来的煤气经过钟罩阀控制后,进入熬碱窑炉燃烧器,在二次风机送来的空气作用下发生燃烧发应,放出的热量供熬碱窑炉熬制固碱。燃烧后的废气经列管换热器降温后由引风机抽至烟囱。1.1.3工气管压与空气温度工艺技术指标如下:煤气出口压力,300～1200Pa;煤气出口温度<600℃;上供风与下供风压力差>500Pa;汽包压力<0.1MPa;饱和空气温度,40～65℃(参考数据);煤气中CO2体积分数<10%;煤气中O2体积分数≤0.6%;煤气中CO体积分数>20%;灰渣含碳质量分数<10%。1.2大加工制备1.2.1碱液的蒸发及分离过程大锅熬制固碱是直接用火加热脱水的,在熬制过程中,加入氧化还原剂去除杂质,制得熔融固体烧碱。一般采用特制的铸铁锅熬制固碱。碱液在碱锅内受到锅下直接火的加热,达到沸点,碱液中的水分被蒸发,碱液浓度升高,碱液温度也不断升高,碱液中所含氯酸盐也随着温度升高而不断分解。在氯酸盐随着温度不断升高及分解的过程中,对熬制的铸铁锅产生了腐蚀。由于在不同温度下氧化、还原离子的价位及种类不同,碱液颜色发生变化。为去除杂质离子,得到纯净白色的氢氧化钠结晶,在熬制后期,要向碱锅中加入硫黄,使其与杂质铁、锰离子等反应,生成沉淀。再经降温、沉降,上部熔融碱经包装即得成品固碱。碱液在熬制过程中既有物理过程又有化学反应过程。碱液中的水蒸发、碱液浓缩是物理过程,去除微量杂质,使其形成沉淀是化学反应过程。1.2.2碱流槽地面发挥出液体烧碱(质量分数为32%、45%、50%均可)送入预热锅,被炉膛内烟道气预热,碱的温度升至130～170℃;碱液用临时液下泵送入清洗干净的熬碱锅,在锅内被直接火加热至沸腾;水分蒸发,水蒸气由烟囱排出,随着水分不断被蒸发,碱液浓度升高,温度也不断升高,水温也不断升高;升温至止火温度后,停火静置沉降,降温;至出料温度时,用移动出锅泵抽出上部清液,经出碱流槽装入桶内,或送入片碱机制成片状后装入袋内。锅底碱及洗锅液送至贮槽。2固碱的蒸发压蒸发膜式法生产固碱是使碱液与加热源的传热蒸发过程在薄膜状态下进行。该过程可在升膜或降膜情况下进行,一般采用熔盐进行加热。膜式法生产固碱一般分为2个阶段:①碱液由45%～50%(质量分数,下同)浓缩至60%,可在升膜蒸发器(也可在降膜蒸发器)中进行,加热源采用蒸汽或双效的二次蒸汽,并在真空下进行蒸发;②60%的碱液以熔融盐为载热体,在常压下升膜或降膜加热浓缩成熔融碱,再经片碱机制成片状固碱。2.1效降膜蒸发器的汽化将来自离子膜工序的32%的烧碱经碱贮槽送至Ⅰ效降膜蒸发器,在管束式蒸发器蒸发过程中,物料侧在真空下运行,32%烧碱被浓缩到38.6%。Ⅰ效降膜蒸发器由Ⅱ效降膜蒸发器产生的二次蒸汽加热。Ⅰ效降膜蒸发器的分离罐产生的二次蒸汽由表面冷凝器冷凝,不凝气用水环真空泵吸出。来自Ⅰ效降膜蒸发器38.6%的碱液由泵经换热器后(碱液经过换热后,温度由约71.5℃升高到约135.3℃)送到Ⅱ效降膜蒸发器。在通过Ⅱ效降膜蒸发器过程中,物料侧在大气压下运行,碱液由38.6%蒸发浓缩到50%(由中压蒸汽加热)。在碱液通过Ⅲ效降膜蒸发器的过程中,物料侧在真空下运行,50%烧碱蒸发浓缩到62.2%。Ⅲ效降膜蒸发器所用加热源为最终浓缩器产生的二次蒸汽。Ⅲ效降膜蒸发器所产生的二次蒸汽在表面冷凝器冷凝,不凝气用水环真空泵吸出。在碱液通过最终浓缩器的过程中,62.2%烧碱蒸发浓缩到98.3%,降膜浓缩运行压力为40kPa,所产生的二次蒸汽用来加热Ⅲ效降膜蒸发器。通过节流孔的限制,最终浓缩器下游熔融碱管压力骤减,产生闪蒸效应,以达到要求的质量分数99.0%。闪蒸所产生的二次蒸汽在闪蒸器内与碱液分离。最终浓缩器以熔盐加热,熔盐经熔盐加热炉进行强制循环,在熔盐炉内,熔盐被加热到约430℃。为了改善加热系统的效率,将冷的助燃空气在助燃空气预热器中由烟道气预热至约320℃。降温后的烟道气通过烟囱排至大气。为防止最终浓缩器受到严重的腐蚀,在50%的碱液中加入蔗糖溶液。糖溶解槽中备好的糖液(质量分数为5%)通过人工调节计量泵进行投加。99%的高浓度熔融碱在重力作用下,通过再分配器去2台经特殊设计的片碱机加工成片碱。2.2控制指标(1)表1显示了工艺指标(2)质量指数包括以下内容50%碱液NaOH质量分数≥50%;片碱NaOH质量分数≥99%,温度≤60℃。3工艺路线的选择(1)炼焦煤炼焦的操作碱液在熬制过程中既有物理过程,又有化学反应过程。碱液中的水蒸发、碱液浓缩是物理过程,去除微量杂质,使其形成沉淀是化学反应过程。方法简单,容易操作,对设备要求低,成本低,利润高,对原料的要求严格。如果用煤燃烧加热,对环境污染严重;使用煤气加热对环境污染较小。大锅熬制固碱的缺点是不易控制固碱的质量。影响固碱质量的主要因素是固碱中的碳酸钠和三氧化二铁。含碳酸钠和三氧化二铁的主要原因是:①洗锅不干净;②密封操作不够;③蒸汽冷凝液和蒸汽尾气排放不畅;④熬碱周期过长。因此,固碱质量的控制,人为因素很重要,固碱质量的提高在一定程度上可以通过改善客观条件、加强工艺控制来实现。(2)适当降低机械劳动总量,减轻模一次性投资高,对设备要求高,生产成本较高;对环境污染小,有利于环境保护;在操作过程中,对产品质量的影响因素较少,固碱质量平稳;自动化水平高,易于操作,大大减轻了劳动强度;整个工序占地