纯碱工学干法

《纯碱工学》改版——干法部分第二篇氨碱法制碱第十一章母液和淡液蒸馏第二节母液蒸馏工艺流程三、干石灰蒸馏流程1.介绍前苏联设计的回转式反应器工业化试验及结论（略）2.荷兰阿克苏碱业公司干石灰蒸馏流程（略）3.青岛碱业引进荷兰AKZO公司干石灰蒸馏工艺成功应用的范例青岛碱业股份有限公司从荷兰AKZO公司引进了干法加灰蒸馏工艺，该项目于1990年9月建成并于1992年投入正常运行，该工艺与传统的蒸馏相比具有系统阻力降小、节约蒸汽、废液当量低等优点，经过十几年的运行及工艺、设备改造，干法蒸吸工艺更臻完善，比原工艺发挥了更大的节能降耗作用。干法加灰蒸馏工艺已成为青岛碱业具有自主知识产权的生产工艺技术。该公司于2008年又新增一套干法蒸吸系统，目前该技术已在国内纯碱行业推广、应用。3.1反应原理NH3（l）＝NH3(g)NH4HCO3（l）=NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)(NH4)2CO3（l）＝2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)NH4Cl（l）＋NaHCO3（l）＝NaCl（l）＋NH3(g)＋CO2(l)＋H2O(g)(NH4)2S（l）=2NH3(g)＋H2S(g)NH4HS（l）=NH3(g)＋H2S(g)Na2S（l）+2NH4Cl（l）=2NaCl（l）＋2NH3(g)＋H2S(g)Na2S（l）+CO2(l)＋H2O(l)=Na2CO3（l）+H2S(g)预灰桶内反应：CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s)+QCa(OH)2(s)=Ca(OH)2(l)+QCO2(l)＋Ca(OH)2(l)=CaCO3(s)＋H2O(l)2NH4Cl（l）＋Ca(OH)2(l)=CaCl2(l)+2NH3(g)＋2H2O(l)3.2干法蒸馏流程3.2.1石灰磨粉及消化石灰窑煅烧的石灰先粗粉成碎块，再由磨机磨成粒度小于0.4mm的细粉，合格的石灰粉风送到石灰粉仓。来自石灰磨磨制的石灰粉，经皮带、刮板机入灰粉仓，粉仓的灰粉经振动格栅入下灰料斗，经加灰绞龙送入预灰桶，与预热母液同时进行消化反应和复分解反应，所得反应液称为调和液，反应将绝大部分的NH4Cl分解为游离氨，并有部分游离氨从液相中解析出来，由出气管进入游离氨蒸馏塔底圈。若灰粉量不足或断灰粉，则通过补充灰乳管线向预灰桶内加灰乳。3.2.2游离氨蒸馏过程泵加压后的温母液进入游离氨塔，经溢流堰均匀分布在整个筛板表面上，与上升蒸汽逆流接触换热，蒸出温母液中大部分游离氨和二氧化碳；液体自塔下流出经预热母液泵送至预灰桶顶部进入预灰桶。3.2.3固定铵蒸馏过程分解后的调和液进入沉砂器分离出较大砂粒后再进入固定铵蒸馏塔，自上而下经笠帽塔板与蒸汽逆流接触换热，几乎将全部氨蒸出，废液自塔底排出，并进入闪发罐回收蒸汽，闪发后的废液大部分经废液泵去生产氯化钙，小部分废液经洗砂泵返回洗砂器，洗涤回收砂子中的少量氨，然后进入捕砂器洗涤分离出的砂液，洗涤后的废液经沉砂器与调和液一道进入固定铵蒸馏塔。0.5MPa蒸汽作为工作蒸汽，经蒸汽喷射器汇同废液闪发汽及补充汽一并进入固定铵蒸馏塔底圈，经分汽帽自下而上，经塔板同调和液逆流接触，进行热质交换，被蒸出的氨气汇同预灰桶出气一并进入游离氨塔底部。图11-13干法蒸馏工艺流程示意图3.3主要设备介绍3.3.1固定氨蒸馏塔φ3400×23700的桶体结构，全容积215m3，12个大泡罩，外溢流，泡罩型式为长椭圆形，用于加热预灰桶来之调和液。3.3.2游离氨蒸馏塔Φ3400×27959的塔圈组合体。筛板塔，共有19块筛板。用于加热温母液，使其成为预热母液从塔底流出。3.3.3予灰桶φ6000×9808，由上、下封头及桶体组成，为圆柱直立式，有效容积160m3，内置开启折叶涡轮式搅拌器；用于使石灰粉在桶内消化并和以喷淋形式进入预灰桶内的预热母液充分反应。3.3.4沉淀罐Φ3500×4678，由上封头、圆桶体及下锥体组成，用于分离调和液中所含砂子，内置刮耙和轴流浆式搅拌器，以更好地收集砂子，防止砂子沉积。3.3.5吸收塔Φ2600/Φ2000×15360，吸收塔由上、下两段组成，内装8块筛板，上段4块，下段4块；塔径的缩小适应了吸收塔气体缩减的特点，用于吸收蒸馏来气中的氨和CO2。五、工艺技术评述1.压力与真空蒸馏（略）2.干法蒸馏青岛碱业二十多年干法蒸馏运行的经验证明：干法蒸馏和湿法蒸馏（传统蒸馏）相比，由于直接将生石灰粉加入预灰桶，可直接回收氧化钙的水合反应热；可节省化灰用水；干法蒸馏不加或少加石灰乳和减少蒸汽用量，蒸馏废液当量小，用作生产氯化钙的原料比传统蒸馏的废液节汽。主要优点有：①预灰桶容积大石灰粉直接加入预灰桶，生石灰的水合消化在预灰桶内进行，以回收CaO的水合热。为此采用了大容积的预灰桶和搅拌强度大的搅拌器，以增加物料在预灰桶内的停留时间，使石灰粉消化反应充分，并消除CaSO4过饱和度，干法蒸馏工艺运行周期长，可达3~5个月。②系统压力小由于要将石灰粉加入预灰桶内，所以要求预灰桶内的压力必须保持在微负压状态，同时又要不使吸收系统的负压过大，为此将游氨蒸馏塔和吸收塔均设计为大孔径筛板塔，以降低阻力。吸收系统阻力降约6~8kPa，游离氨塔阻力降7~9kPa，干法蒸馏系统的压力较传统蒸馏为低。干法蒸馏系统的压力介于传统蒸馏与真空蒸馏之间，属于低真空蒸馏。③系统温度低由于系统压力低，所以能够在较低温度下将氨和CO2蒸出，干法蒸馏的预热母液温度、废液排出温度、塔顶出气温度等都比传统蒸馏低。④游离氨蒸馏塔与固定氨蒸馏塔分离石灰粉加入预灰桶时，预热母液必须具有一定的压力来喷洒捕捉石灰粉，以防止石灰粉随预灰桶出气进入管道内而造成堵塞；像传统蒸馏仅利用预热段与蒸馏段的位差是显然不够的。同时由于固定氨蒸馏塔是碳钢制造，如将铸铁游离氨塔置于其上，承受不了这样大的负荷，而且高度太高，所以干法蒸馏将预热段与蒸馏段分离，分别称为游离氨蒸馏塔和固定氨蒸馏塔，并增加预热母液泵将预热母液送至预灰桶。这样虽然增加了占地面积和动力消耗，但降低了塔的高度。并可使游离氨蒸馏塔有足够的高度，使传热传质进行的更充分。⑤分砂与洗砂为防止石灰粉中的较大颗粒砂子进入固定氨蒸馏塔而造成沉砂淤积，设置了分砂装置。调和液在洗砂器内将大颗砂粒沉下并定期放入洗砂器中用废液洗涤以回收沉砂中的氨和CaO，洗液返回固定铵蒸馏塔。⑥设计先进的蒸汽喷射装置引进的蒸汽喷射器，设计先进，在工作蒸汽压力0.4MPa的情况下，仍能取得较高的真空度。干法蒸馏的节能分析：①石灰石消耗降低干法蒸馏由于直接将生石灰粉加入预灰桶，可回收氧化钙的水合反应热，节省化灰用水，而且由于停留时间长，氧化钙水合反应充分，不仅活性氧化钙参与反应，非活性氧化钙也部分参与了反应，石灰石消耗降低。②干法蒸馏系统节汽由于干法蒸馏回收利用了氧化钙的水和反应热，蒸汽喷枪的应用能够闪发更多的蒸汽，加上废液当量比湿法低近2m3/t，节汽效果明显，0.5MPa蒸汽消耗比湿法蒸馏低约300~400kg/t碱。由于干法蒸馏废液CaCl2含量比传统蒸馏高，用于生产CaCl2·2H2O可节约蒸汽~500kg/t氯化钙。③增加电耗干法蒸馏需要将生石灰磨成石灰粉加入系统，整个系统传动设备多，装机容量比传统蒸馏高约600kW，因此电耗比传统蒸馏高。尽管如此，干法蒸馏系统总的来说仍然是节能的，总节能量折标煤约9000t/a。