单套最大产能粒碱装置运行总结

摘　要：介绍了最大产能15万吨/年单套粒碱装置的生产工艺，总结了运行中出现的问题并进行技术改造。

关键词：粒碱　工艺流程　操作控制　技术改造

新疆天业集团天辰化工公司30万吨/年粒碱装置，是新疆天业集团120万吨/年联合化工项目一期40万吨/年聚氯乙烯项目的配套工程。此项工程是由2×15万吨/年高效环保动态喷洒工艺烧碱造粒装组成，装置其主要设备、技术由瑞士博特化工装置有限公司提供。15万吨/年是目前世界上单套生产能力最大的粒碱装置，该装置采用国际先进技术：膜式蒸发和单元浓缩生产固碱，连续性强，效率高，使用PLC监控系统，生产系统集中控制，结合实际不断完善和技术改造，各项排放指标都达到了环保要求，节能效果明显。粒状氢氧化钠纯度较高，缩短了与其他原料的反应时间，具有环保清洁、低能耗、粉尘少等优点。

一、装置工艺介绍

1.工艺流程

由离子膜电解工序来的31-2%原料碱送入碱液贮槽，由原料碱泵打至一效降膜蒸发器（后简称一效），然后与来自二效降膜蒸发器（后简称二效）及最终浓缩器（后简称终浓缩）的二次蒸汽换热蒸发成43%的碱液。一效降膜蒸发器蒸发产生的二次蒸气，由真空泵抽至表面冷凝器冷却水回收冷凝水。43%的碱液由碱泵打至二效降膜蒸发器，经生蒸汽蒸发浓缩至61%碱液，再由泵输送至升膜浓缩器（后简称升膜），通过负压状态下生蒸汽的加热浓缩至73%碱液，最后流入最终浓缩器，通过单个降膜浓缩单元与熔盐换热，最终浓缩成98%的熔融碱；经气液分离器分离，二次蒸汽供一效加热，熔融碱流至熔融碱分配器，经分配器可分别调节至稀释溶解系统、制片系统、造粒系统。生产粒碱时，先调节分配至溶解系统，运行8小时以上，待熔融碱温度达到控制指标后，再调节分配至熔融碱罐，由熔融碱泵打入造粒塔内的喷洒装置，熔融碱进离心喷洒，经过冷却风在造粒塔中冷却形成粒碱，在造粒过程中产生的碱尘由废气风机抽入废气洗涤塔溶解回收，热的粒碱由粒碱传送系统送至粒碱冷却器进行冷却，再经过输送机和振动筛，将粒碱送至粒碱料仓。后经星星下料器和螺旋输送机输送至全自动包装机（FFS包装机），包装成25Kg/袋的粒碱产品，最后通过高位自动码垛机码垛入库。

2.主要设备（15万吨/年）

3.运行指标

4.产品质量

二、操作控制

1.流量控制

该装置烧碱蒸发主要设备由一效降膜预浓缩、二效降膜预浓缩、升膜浓缩和最终浓缩组成，设备的最大优点为碱液蒸发是在薄膜状态下进行的。膜式蒸发热效率高，蒸发碱液浓度稳定。由于蒸发是在薄膜状态中完成，所有效体内列管必须保证成膜，所以预浓缩一效、二效都有流量自循环调节，终浓缩也是有最低进碱流量控制，以保证列管和降膜管内表面均匀成膜，防止干壁造成列管受热不均腐蚀穿孔。

2.真空度控制

负压状态下可降低液态物料沸点，降低沸点在烧碱蒸发过程中最大的优点就是节约能源和保护设备。该装置中一效和升膜都是在负压下运行，为了更好的利用过程热量，一效使用的加热源主要是终浓缩和二效蒸发时产生的二次蒸汽，升膜加热源为一次中压蒸汽加热，在控制好一定真空度的状态下，碱液温度可以在相对不高的加热温度中沸腾。同时，液碱的腐蚀性与其温度有直接关系，温度越高腐蚀性越强，因此，控制好真空度，在相对较低温度下保证碱液蒸发浓度，同时也延长了碱液蒸发设备和输送工艺管线的使用寿命。

3.转速调节和液位控制

在粒碱装置开车时，启动熔融碱泵将98%的熔融碱输送至已加热后的喷洒装置，必须及时调节喷洒筐转速与熔融碱泵转速，以保证熔融碱快速进入喷洒筐进行离心造粒，如喷洒筐转速与熔融碱泵的转速不相匹配，就会造成喷洒筐溢流堵塞造粒塔锥部出碱口或者喷洒筐不满上部冷却被堵塞。为了防止熔融碱进入喷洒筐很快凝固，喷洒筐在开车前必须提前10小时进行保温加热，且粒碱开车必须要留够时间吊装喷洒筐，因此，需要注意控制好熔融碱罐液位，及时组织操作人员进行喷洒筐的吊装，在限定的时间内完成吊装工作，以免最后因液位过高造成碱系统被迫切换。

4.温度控制

预浓缩部分温度由自控阀控制，根据液位和进出碱流量，及时调节蒸汽量控制效体碱液温度，保证碱液浓度稳定，效体内列管不干壁；熔盐温度直接影响终浓缩的出碱浓度，由于熔融状态的烧碱温度达到380℃以上才能保证最终氢氧化钠含量达到98.5%以上，所以要提高熔盐温度，但不能无限制的提高，因为熔盐由三种组分：53%KNO3、7%NaNO3、40%NaNO2组成，其中NaNO2在425℃以上有缓慢分解，427℃不稳定分解加速，NaNO2开始分解后，分解后熔盐的熔点将提高，这在二次开车时，很容易造成熔盐在管线中堵塞，造成开车失败。

三、技术改造

1.加装浓缩过程碱液过滤

在粒碱生产过程中，熔融碱泵和喷洒筐是造粒的关键设备，自粒碱开车以来，由于熔融碱中杂质积累导致熔融碱泵叶轮堵塞和喷洒筐空隙堵塞，造成粒碱运行不连续。经过分析杂质主要是原料液碱中沉积杂质，和蒸发浓缩过程中管道和设备长时间腐蚀的固体颗粒，为尽可能减少杂质积累到熔融碱罐内，在预浓缩部分分段过滤，进一效32%碱液加装滤袋过滤器，主要过滤原料碱液电解过程产生的和液碱输送储存过程的杂质；在升膜至终浓缩前73%碱液加装磁体过滤器，过滤在预浓缩部分过程腐蚀产生的杂质。进过加装过滤装置后，熔融碱泵可连续运行两个月以上，喷洒筐因堵塞更换频率也明显降低，实现造粒生产的连续。

2.熔融碱分配装置改造

在此粒碱生产装置中，熔融碱分配器是造粒运行不可缺少的设备，在粒碱开车前，分配器调节熔融碱至稀释溶解系统，待碱温和浓度达到指标后，再调至造粒系统；在粒碱不正常时或紧急情况下，又能将熔融碱切至稀释系统，在清洗造粒装置或粒碱检修时，还可以切至制片系统，长时间生产片碱，实现连续生产中起着纽带的作用。由于长时间的熔融碱腐蚀，造成分配器本身被腐蚀泄露，造成系统瘫痪。由于分配器是连接片碱、稀释和造粒三种模式，都最终连接至大气，分配器本身通有氮气保护，但在三种不同生产状态下，随着流量和压力波动，空气在分配器由另外两个出口窜入，在高温熔盐伴热下，空气中的氧气伴同熔融碱腐蚀强度加大，最终使设备及下碱管线腐蚀加剧，熔融碱泄露造成安全隐患和生产不连续。为达到氮封充分，隔绝氧气的目的，在原有的下碱管吹扫口加装氮气，在正常时关闭蒸汽吹扫，同时打开氮气气封，保证设备内部正压及下碱管线氮气保护，从而达到保护设备和管线，缓解腐蚀强度。现在连续运行一年半时间，设备和熔融碱管线未出现泄露。

3.造粒系统改造

在造粒过程中，喷洒筐由喷洒装置旋转将高位罐流下的熔融碱靠离心力甩出，再由洗涤风机将持续换热的热风抽出，塔顶由12个进风口满足冷空气的补充。由于喷洒出的熔融碱液是一个抛物面，原有的进风口只是垂直塔底，这样冷风未与热的熔融碱充分换热，高温熔融碱在下降至塔底前未冷却成颗粒就粘附到造粒塔塔壁，塔壁迅速结碱，较短时间堵塞抽风口，空气流通量减小，塔内温度迅速提高，塔壁更容易结碱，最终无法正常造粒。对此，将12个进风口，风管加长，且风管端部制作一个近似百叶窗形式的导流风罩，在沿熔融碱抛物线方向安装，在熔融碱液滴下降过程中形成一面冷却风幕，使冷空气延喷洒面流动。进过运行测试，明显改善了造粒塔塔壁结碱快，风管较短时间堵塞问题，造粒塔的清洗间隔时间显著延长。

四、结语

此粒碱装置采用新技术、新工艺，整套装置经过三年调试生产，不断改进，完善控制操作，最终实现了连续稳定生产，产品质量达标，生产成本降低，达到全封闭式生产和全自动包装，使其粒碱产品具有更大的市场潜力。借鉴该套装置的调试运行和技术改造经验，新疆天业120万吨/年联合化工二期40万吨/年PVC项目配套的30万吨/年（2×15）粒碱装置也已正常投产，目前，新疆天业已达到年产60万吨（4×15）粒碱生产，天业集团成为世界最大的粒碱生产基地。粒碱产品现已被广泛用于造纸、纺织、印染、化纤、农药、石油化工、医药、线路板、高档胶水制造、高档洗涤剂、化学试剂等高档化工产品的生产当中。随着烧碱市场竞争的日益加剧和我国烧碱装置的逐步西移,从储运和使用方面考虑,粒碱产品相对其他固碱产品更具有市场优势,在烧碱产品的国际市场上,粒碱更具竞争优势。现在天业牌粒碱产品已经过检测达到国际标准，已满足食品级要求，现已销往西亚、俄罗斯 南非、欧洲等国家。