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中国纯碱工业发展中的节能减排工作
中国成达工程公司周光耀
纯碱是一种基本化工原料,需要量比较大。纯碱生产有天然碱加工和人工合成碱
两种生产方法。世界上除美国有丰富的天然碱资源外,其它国家都以人工合成法为主
生产纯碱,我国也如此。人工合成纯碱主要采用氨碱法生产,该法以盐、石灰石为主
要原料,在生产过程中只利用了盐中约70%的钠离子,和石灰石中的CO2,盐中所含
的全部氯离子、约30%的钠离子和石灰石中的钙全部从废液废渣中排放。每生产一吨
纯碱须排放10-11m废液,300-350kg废渣,排放量十分可观。生产过程中的氨,通
过石灰乳分解蒸馏回收后循环使用,因此能耗也比较大。
资源利用率低,排放量人和能耗高是纯碱生产存在的突出问題。
我国经济高速发展,纯碱工业也随之迅速发展。2002年开始我国纯碱产量首次超
过美国,居世界首位。去年我国純碱产量达到1700多万吨。节能减排是纯碱工业发
展中必须十分关注的问题,否则就不可能做到可持续发展和科学发展。设计部j应该
始综关注并研究节能减排问题,设计在节能减排方面可以发挥重要作用。
下面汇报一下我国纯碱工、业在节能减排方面所做的工作:
减排方面
我国原有大连、天津、青岛三大纯碱厂都米用氨破法生产,都建在沿海,其中大
连、青岛两个碱丿将含有一定量废渣的废液直接排入海,天津碱丿经沉降除去渣后排
海。原来有人认为废液中主要成分为NaC和CaCl2,还有一些Mg、SO4等,这些成
分海洋中都有,虽然浓度较高,但排入海中后很快稀释,不存在污染问题。但是随着
产量增大,排放量增加,时问长久后问题开始暴露了。废液中所含的渣沉积在海底,
并逐渐向外扩展,威胁港区,海底被白色沉渣覆盖,排放口附近PH值超标,NaCI
CaCl2等浓度高对该区域的海洋生物有影响,厂区周間变成“白海”,还产生视觉污染。
天津碱丿废液沉淀下来的渣堆成山,称为“白灰埝”,占地面积远大于)区面积,并
不断扩人,无法继续生戸
为了减轻氨碱法对环境的污染,纯碱行业采取了很多措施。在设计中首先将PH
11~1.5的废液用審气中的CO,进行中和,再经澄清、过滤,将其中的固性物分离出
米。然后再将PH值合格的清液排海。或经蒸发回收盐和副产CaC2,这样解决了“白
海”和碱渣沉积海底问题。分离出的固体经适当处理可用作工程土,或于上:面覆盖一
定数量的土层进行绿化,如天碱的“自灰捻”现已改造成为公园
在靠近盐田的碱厂,蒸馏废液先排至盐田滩晒,可提高盐产量,余下的液体由于
经过晒,CaCl2浓度提高,再去制造CaCl2时可节省蒸汽消耗。有的工)还采用固
体石灰代替石灰乳蒸馏,既减少了排放的废液量,又节省了蒸馏能耗。有的纯碱厂靠
近电石厂,用电右渣代替行灰乳,达到了废物利用,降低生产成本的作用。由于采取
述措施,械轻了氨碱法对环境的污染。但对于大型纯碱,由于CaCl2的需求量比
纯碱小得多,只能回收部分废液生产CaCI2,不可能全部利用,乃有相当数量的废液
外排。
为了解决氨碱法原料利用率低和废液废渣排放量大问题,我国著名的制碱专家侯
德榜在上世纪四十年代发明了联碱法,五十年代末六十年代初实现工业化发展。联碱
法将盐的总利用率由30%以下提高到95%以上:,并且不消耗石灰石。由于原料利用率
提高,就不再有大量废液废渣排放。这项技术基本上解决了纯碱生产对环境产生严重
污染的问题。目前大连和天津两个大型老」在搬迁的同时,将氨碱法全部改为联碱法。
随经济快速发展,近年米我坏境保护问题日益严重,环保对工业生产的要求不断
提高。如何解决联碱生产中因跑、冒、滴、漏和设备洗水等排出的含氨氮、盐分的少
量废水,被提到日程上来。设计部门首先从改进设备结构及提高材料防腐等级入手来
杜绝跑、間、滴、漏的发生(如将铸铁管改为非金属材料管)。此外将含游离氨的液
体通过淡液蒸馏回收其中的氨,蒸后的废淡液回收作为工艺洗涤水。另一方面,通过
改进操作管理,做到系统水收缩,这样清洗设备等产生的含有结合氨的液体可补充到
系统内。另外又开发出了用母液清洮氯化铵外冷器及外冷式碳化塔等新流程,这样将
生产过程中凡是要析出结晶的换热表面,都用母液清洗,不用水洗,大大减少了清洗
设备产生的废水。日前有的联碱厂已经做到了含工艺介质液体的零排放。纯碱生产过
程中有不少含氨尾气排放,过去虽经洗涤回收,但尾气含氮量还是超标。通过设计人
员改进尾气洗涤塔结构,使排放尾气能够达标。这些在过去都是不可想象的
节能方面
八十年代新设计的大型氨碱厂,采用了热能多级利用方案,锅炉产生的中压或高
压蒸汽先经发电和用汽轮机驱动压缩机、真空机,低压汽用于母液蒸馏,蒸馏塔排出
的废液再通过闪蒸回收压力更低的蒸汽,这部分蒸汽进入蒸馏塔中上部予以回收。述
有一部分低压汽冬天用于米暖,但夏天需要放空或冷凝。在氨碱厂,为了提高碳的转
化率(也就是提高盐的利用率),要求碳化塔取出温度低于30℃,夏天我国多数地区
水温都超过30℃,这样碳化塔的转化率从74%6-75%,降至70%左右,对消耗定额和
最都有显著影响。我公司在连云港碱厂设计中将夏天多余的低压汽通过溴化锂吸收
式制冷装置,制造·部分低温冷却水,用于碳化塔底部冷却箱,以降低碳化取出温度,
这样即使在夏天碳化转化率也可保持在74%。
由于采取了热能多级利用措施,氨碱法生产纯碱的电耗从180-200kWh降低到
60kWh左右。节能效果显著。
纯碱生产中重碱过滤,由于结晶粒子较细,世界上各纯碱)都采用真空过滤机。
痣过水分18-20%。近年米玻璃工业使用低盐纯碱,为了降低纯碱盐分,中国纯碱工
业开发了重碱二次过滤技术,即将真空滤过机出来的滤饼用离心机二次过滤,使水份
从18-20%降至12%左右。滤饼盐份也随之降低,这样不但可降低纯碱盐分,而且由
于滤饼水分降低,后续的煅烧工序可减少汽耗100多公斤,虽然离心机消耗了一部分
电,但煅烧炉能力提高,汽耗降低,总能耗也有所下降。
联碱生产中氯化铵结晶过稈冷却温度控制要求很严。开始时温度控制精度要求在
0.1C,为此先用液氮蒸发致冷制造低温卤水,再用低温卤水与母液换热,析出氯化铵
结晶,由于经过二次換热,而每次換热传热温差都在5℃以上,所以液氨蒸发温度比
较低。后来开发出液氨直接在外冷器内蒸发制冷工艺,取消了卤水这个中间介质,变
二次换热为一次换热,液氨蒸发温度提高,蒸发压力提高,氨压缩机由二级压缩改为