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烧碱装置介绍2006年3月一、氯碱概述及装置现状:1.氯碱行业概述:氯碱工业是国民经济基础原料产业,其关联度极大,涉及到农业、纺织、军工等20多个行业,在国民经济产业链中起着至关重要的作用。中国的氯碱产品消费市场是世界上最大的氯碱市场之一,目前全国的产量已超过1000万吨,扩产速度很快,而我国国内对烧碱的需求以每年2.5%的速度缓慢增长,远低于产量14.24%的增长速度,因此在很长一段时间内,烧碱将处于供大于求的局面。烧碱装置主要生产方法有石墨阳极隔膜法、金属阳极隔膜法、水银法烧碱、离子膜法和苛化法烧碱。目前我国生产的烧碱中,隔膜法烧碱产量占74%,离子膜法烧碱产量占25.9%,水银法烧碱产量占0.1%,苛化法烧碱产量仅占0.7%。从以上数据可以看出我国200多个厂,水银法和苛化法烧碱寥寥无几,由于隔膜法烧碱建设成本低,工艺成熟,在国内仍占主导地位。目前金属阳极和石墨阳极比较,石墨阳极吨碱耗电量约为2500度以上,金属扩张阳极耗电量为2300度以下,接近于离子膜水平,金属阳极隔膜法电解槽比同时运行的石墨阳极电解槽在电流密度高出46%的条件下,吨碱平均节电103度。金属阳极电解槽同时比石墨阳极电解槽所产电解液浓度可提高10克/升,每吨碱克节汽200~300公斤。所以金属阳极电解槽与石墨阳极电解槽相比,是项技能技术,被国内装置广泛采用,石墨阳极电解槽已被列为淘汰装置。离子膜工艺产品约占四分之一左右,这几种方法中离子膜法制碱工艺具有能耗低,产品质量好,无环境污染,生产成本低和占地面积小等特点,明显优于其它制碱工艺,发展速度较快。由于离子膜法烧碱市场前景广阔,我国已将离子膜法制碱工艺确定为未来的发展方向。2、我厂装置生产现状我厂氯碱系统始建于一九五八年,一九六零年投入生产,烧碱车间液碱最初的生产规模为2.8万吨/年,生产工艺是三效顺流部分强制蒸发工艺,其三效顺流工艺是全国第一家投产的。70年代石墨阳极由虎克16型变成虎克25型,产量增加到3.2万吨,1988年电解车间由石墨阳极改为金属阳极,2002年又改为金属扩张阳极,产量大大增加了,目前已经具备年产5万吨烧碱(折百碱)的生产能力,就每套蒸发装置的能力而言,在200余家氯碱企业中基本相差无几,且通过国内几种金属阳极电解槽与扩张阳极的几个性能指标比较,扩张阳极吨碱直流电耗比金属阳极要低150-200度电左右。各项主要经济技术指标在隔膜碱装置中处于领先地位,中油先进为吉化。吉化烧碱装置产品规模适中,基本上处于供不应求状态,很少出现堵库现象,由于国内目前还是以隔膜碱为主,吉化烧碱装置在短时间内还是相当有竞争实力的,其经济技术指标处于同类装置前列。二、产品及特性•我车间主要生产42%的液碱和96%的固碱。纯净的氢氧化钠为白色呈羽毛状不透明固体结晶。一般工业品含有少量氯化钠和碳酸钠,呈白色稍带浅色光泽固体结晶。氢氧化钠的物理性质分子式NaOH分子量39.997比重2130kg/m3溶解热42.26kJ/mol熔点318.4℃沸点1390℃氢氧化钠是最强的碱类之一,与酸反应生成钠盐。动植物的油脂均极易被氢氧化钠所皂化,生成脂肪酸盐—肥皂。氢氧化钠吸湿性很强,放置空气中能吸收大气中的水份变成液碱,这种现象称为潮解。氢氧化钠能与很多金属(如铝、锡、锌等)反应放出氢气。化学反应方程式:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑氢氧化钠及其水溶液对动物及植物组织(如皮肤、织物、纸张等)有机物质有强烈的腐蚀作用。易从空气中吸收二氧化碳而逐渐变成碳酸钠,因此,必须贮存于密闭的铁罐或塑料的包装容器中。产品的用途•氢氧化钠是国民经济各部门用途极广的基本化工原料。主要用于轻工业、化学工业、石油工业以及国防、机械、木材加工、冶金、医药、城市建设等工业中。危险性质类别及处理措施•氢氧化钠属危险性类别第8.2类,碱性腐蚀品。本类危险物品是指能灼伤人体组织并对金属等物品造成损坏的固体或液体。与皮肤接触在4小时内出现可见坏死现象,或温度在55℃对20号钢的表面均匀年腐蚀率超过6.25mm/a的固体或液体。处理措施•皮肤接触时,应立即脱去被污染的衣着,用大量流动清水冲洗,至少15分钟。就医。•眼睛接触应立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。•吸入碱气后应立即脱离现场至空气新鲜处,保持呼吸道通畅,如呼吸困难给输氧,如呼吸停止应立即进行人工呼吸。就医。•误食后应立即用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。三、生产工艺:•蒸发流程主要有:三效顺流流程、三效逆流流程、双效流程、三效四体流程。•烧碱车间采用的是三效顺流流程。这种工艺的特点是热量浪费少,蒸汽消耗低。操作容易控制,对设备材质无特殊要求。1、蒸发工序原理:•电解液的蒸发是一物理过程,在蒸发器中,用蒸汽间接加热电解液,随着水分不断蒸发,溶液逐渐被浓缩,同时由于溶液中氢氧化钠浓度的提高,氯化钠过饱和从溶液中结晶析出,结晶盐通过机械方法与碱液分离,达到碱液中除盐目的,分离下来的盐用水溶化,送电解车间盐水工段使用。•在蒸发过程中,碱液浓度达到40%以上时,所析出的盐中含硫酸钠较多,利用硫酸钠在氯化钠溶液中的溶解度随温度下降而急剧下降而氯化钠的溶解度无显著变化的性质,将高芒盐水冷冻至-10℃,Na2SO4·10H2O(芒硝)大量结晶析出,再用机械方法使结晶与盐水分离,达到从系统中去除硫酸根的目的。•2、蒸煮工序原理:•锅式法蒸煮固碱,采用铸铁锅以直接火加热,常压蒸发碱液,熬制固碱,生产过程分为两个阶段,第一阶段在预热锅内利用烟道气余热预热碱液,第二阶段在熬碱锅内进行碱液的蒸发、脱水、熔融和澄清。•碱液在熬制过程中,熬碱锅由于受高温浓碱的侵蚀,致使碱液带有各种颜色,因此,在熬制开始时应先加入硝酸钠,既能使熬碱锅表面钝化,缓解腐蚀,又能使溶于碱液中的铁离子氧化、脱水生成三氧化二铁沉淀,再加入适量的硫磺,使高价锰的化合物还原成低价的二氧化锰沉淀,与碱液分离,除去了碱中的铁、锰杂质,保障了固碱的外观。若加硫过量,尚可加硝酸钠或氯酸钾回调.四、流程简述蒸发岗位•沉降岗位用加料泵(P1001A,B)送来的电解液,经电解液预热器(E1001A,B)预热后,由一效蒸发器(E1002A,B)的U型管的底部进入一效蒸发器内,用蒸汽间接加热自然循环蒸发。根据二效蒸发器(E1003A,B)的需要,碱液依靠一效与二效蒸发器间的压差过料到二效蒸发器。在二效蒸发器内,碱液通过轴流泵强制循环蒸发。碱液经二效采盐泵(P1003A,B,C,D),送至二效旋液分离器(V1004A,B)采盐,分离出的盐浆去离心机岗位高位槽(V1008A,B),清液返回二效蒸发器。根据三效蒸发器(E1004A,B)的需要,部分清碱液过至三效蒸发器。离心机分离出的母液,用母液泵(P1006)送至二效蒸发器,三效蒸发器中的碱液,通过轴流泵强制循环蒸发,碱液由三效采盐泵(P1004A,B,C,D)送至三效旋液分离器(V1005A,B)采盐,盐浆去离心机岗位高位槽,清液返回三效蒸发器,碱浓度达到要求时,清碱液送至冷却岗位热碱储槽(V1013A,B,C)。离心机岗位•蒸发工序旋液分离器(V1004A,B)(V1005A,B)分离出来的盐泥进入高位槽(V1008A)中,高位槽中的盐浆一部分进入离心机(M1001、M1002)或(M1003)进行分离,另一部分经增稠泵(P1021),打入增浓旋液分离器(V1006),进行二次增浓后,盐浆进入高位槽(V1008B),清液返回高位槽(V1008A),高位槽(V1008B)的浓碱盐浆用离心机(M1004)进行盐碱分离,离心机卸出的固体盐用从三层洗泥桶返回的热水或用热水泵(P1012A,B)送来的热水溶解成盐水,流入盐水地槽(V1011),由盐水泵(P1008A,B)送往电解车间盐水工序回收液贮罐。•离心机(M1001、M1002、M1003)和(M1004)分离之母液流入母液槽(V1009)然后由液下泵(P1006)送往二效蒸发器(E1003A,B),分离之稀母液流入稀母液槽(V1010),然后由液下泵(P1007)送至电解液贮罐。冷却岗位•蒸发岗位将含有溶解盐及部分悬浮的结晶盐的温度在90--95℃的浓碱液送入热碱储槽(V1013A,B,C),热碱槽储满后打开储槽的倒料阀,清碱液则从循环冷却泵(P1009A,B)抽出,经过螺旋板冷却器(E1005A,B,C,D),用工业水间接冷却,送入澄清槽(V1012A,B,C,D,E,F,G)里。热碱槽里的清液倒净后,关闭出口阀,打开倒入澄清槽的循环出口阀,继续进行循环冷却。•热碱槽内余下的沉淀盐,则由储槽锥底的出口用盐泥泵(P1009C)抽出,送至芒硝高位槽(V1016)里。澄清槽内的液碱经过冷却,温度达到要求后,停止冷却。关好冷却水,关闭澄清槽的循环出口阀,打开电解液入循环冷却泵的入口阀,电解液由电解液罐的出口经循环冷却泵,入螺旋板冷却器,再由螺旋板冷却器的出口入电解液罐,进行循环清洗,直至冷却泵出口压力低于0.3Mpa以下方可停止清洗。冷却后的液碱,在澄清槽内进行澄清,析出的结晶盐沉淀好后,由盐泥泵(P1009C)将澄清槽锥底的沉淀盐送往沉降岗位进入二效蒸发器内。清碱液经分析合格,计量之后,用送碱泵(P1009D)送往蒸煮工序。送完液碱的管线要用氮气吹扫干净,澄清槽内余下的盐泥,由澄清槽的锥底的出口,用盐泥泵打入二效蒸发器内。芒硝岗位•由冷却岗位送来的盐泥进入芒硝盐泥高位槽(V1016)中,高位槽(V1016)中的盐浆进入离心机(M1005)或(M1006)进行分离,分离后母液放至芒硝母液槽(V1017),含有氯化钠和大量硫酸钠的盐泥,用工业水制成高芒盐水流入高芒盐水地槽(V1020),由液下泵(P1014)打入冷冻槽(V1019A,B)或冷前液储槽(V1018A,B),打入冷冻槽的高芒盐水,经冷冻至-10℃,高芒盐水中硫酸钠以NaSO4·10H2O的形式结晶析出,并沉于冷冻槽的尖底。冷冻后的盐水经离心机(M1005)或(M1006)分离,芒硝装袋运出,冷后液放入芒硝母液槽(V1017),然后送往电解液储槽(V1001B)。氨贮槽(V1022)中的液氨经节流阀节流后进入氨蒸发器(V1019A,B),在氨蒸发器中液氨不断蒸发吸收热量,降低高芒盐水温度,液氨蒸发后,气氨经汽液分离器(V1021A,B)除去液氨雾滴后,进入氨压缩机(C1002A,B),液氨返回氨蒸发器(V1019A,B),压缩后的气氨经氨油分离器(V1023)除油后去氨冷凝器(E1006),在氨冷凝器中,气氨被工业水间接冷却冷凝为液氨,液氨进入液氨贮槽(V1022),供循环使用。氨冷凝器上部积存的不凝气通过水吸收后排入大气。氨储槽、氨蒸发器、油分离器和氨冷凝器内积存的冰机油定时排入集油器内,定期排放。事故状态下,系统内的氨可通过充氨管及集油器的放油管放入下水道中。定期处理冷前液贮罐锥底的沉积盐,将其用热水溶解后送往电解液贮槽(V1001B)。五.主要设备介绍1、蒸发器的构造•用于电解碱液蒸发的蒸发器一般可以分为两大类,一类是自然循环蒸发器,另一类是强制循环蒸发器。下面介绍几种常用的蒸发器。(1)标准式蒸发器:也称为中央循环管式蒸发器,它属于内热式自然循环蒸发器。标准式蒸发器的加热室中央有一根较大的循环管,在此管内料液刚刚蒸发完毕,受热强度较小,基本没有蒸汽,因而料液的重度较大。而周围列管中的料液受热强度较大,夹带的蒸汽较多,因而汽液混合,重度较小。由于料液在中央循环管和加热列管的这种重度差,迫使被蒸发液体在加热列管内上升,而在中央循环管内下降,由此产生的循环就称为自然循环。•标准式蒸发器由蒸发室、加热室和锥形底三部分组成。在蒸发室的顶部设有挡板式除沫器,料液在加热室的上部进入,蒸发完成液从锥底下部排出。•(2)列文式蒸发器•列文式蒸发器属于外热式自然循环蒸发器,它由蒸发室、循环管、加热室和沸腾室组成。这种蒸发器在加热室上方设有相当高度的沸腾室,沸腾室所产生的液柱压力足以使加热列管内的料液受热而不沸腾,这样蒸发器中的沸腾区就上移到了沸腾室,从而减少了加热管内
本文标题:烧碱
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