氨碱法纯碱生产工艺概述_甜梦文库|文库百度|百度文库下载|百度文档|新浪文库|豆丁文库|冰点文库|文库宝|免费下载百度文库
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氨碱法纯碱生产工艺概述
第二章 氨碱法纯碱生产工艺概述第一节 氨碱法基本生产原理及总流程简述 一、氨碱法生产纯碱的特点及总流程 氨碱法生产纯碱的技术成熟，设备基本定型，原料易得，价格低廉，过程中的 NH3 循 环使用，损失较少。能大规模连续化生产，机械化自动化程度高，产品的质量好，纯度高。 该法的突出缺点是：原料利用率低，主要是指 NaCl 的利用率低，废渣排放量大。严重 污染环境， 厂址选择有很大局限性， 石灰制备和氨回收系统设备庞大， 能耗较高， 流程较长。 针对上述不足和合成氨厂副产 CO2 的特点，提出了氨碱两大生产系统组成同一条连续 的生产线，用 NaCl，NH3 和 CO2 同时生产出纯碱和氯化铵两种产品——即联碱法。 氨碱法生产纯碱的总流程见图 5-19。二、氨碱法制纯碱的生产工艺流程 氨碱法制纯碱的生产工艺流程 工艺 1、氨碱法生产纯碱的流程示意如图 5-1 所示。其过程大致如下：2、氨碱法纯碱生产工艺流程框图：原盐 CO2 盐水精制石灰石无烟煤石灰煅烧盐水吸氨石灰乳制备NH3 氨盐水碳化 母液蒸馏重碱过滤 废液重碱煅烧 重质纯碱 水合 轻质纯碱3、氨碱法纯碱生产工序的基本划分：(1)石灰工序:CO2 和石灰乳的制备，石灰石经煅烧制得石灰和 CO2，石灰经消化得石灰 乳； (2)盐水工序:盐水的制备和精制； (3)蒸吸工序: 盐水氨化制氨盐水及母液中氨的蒸发与回收；(4)碳滤工序: 氨盐水碳化制得重碱及其重碱过滤和洗涤； (5)煅烧工序:重碱煅烧得纯碱成品及 CO2；和重质纯碱的生产； (6)CO2 压缩工序:窑气 CO2、炉气 CO2 的压缩工碳酸化制碱。 三、氨碱法纯碱生产原理及工艺流程叙述 氨碱法纯碱生产原理及工艺流程叙述 氨碱法生产纯碱的原料是食盐和石灰石，燃料为焦炭(煤)。氨作为催化剂在系统中循环 使用。原料盐(海盐、岩盐、天然盐水)经精制吸氨、碳化、结晶、过滤，再煅烧即为成品。 母液经石灰乳中和后，氨蒸发并回收使用，氯化钙则排放。其化学反应为：氨碱法具有原料来源丰富和方便，生产过程均在气液相间进行，可以大规模连续化生产 及产品质量好、成本低等优点。但排出的氯化钙(CaCl2)废渣没有应用出路，造成大量堆积。 因此，该生产方法在厂址选择方面相对较为苛求，否则引起公害。另外盐的总利用率低 (&30%)，工艺流程较长且复杂。 （1）、 氨碱法纯碱生产的基本原理及总流程叙述：氨碱法是当今世界大规模制造纯碱 的工业方法之一。是以食盐、石灰石为主要原料，以氨作为中间辅助材料制取纯碱。总的化 学反应方程式为：CaCO3+2NaCL=Na2CO3+CaCL2 这个化学反应实际上是不能直接进行的， 它只是一系列中间反应的总和。 这个反应的实 际过程是由右向左进行的，因此要实现由左至右的反应，就必须通过复杂的中间途径，还必 须导入氨，在系统中不断循环再用，这就使得氨碱法制碱成为一种很复杂的化学反应过程， 其全过程需范围若干个步骤，各主要步骤及其主要化学反应如下： 1、石灰石煅烧以制取 CO2 及生石灰 CaCO3（s）===CaO（s）+CO2（g）—178.27KJ/mol 燃料中的碳在空气流中燃烧生成 CO2 并放热 C（s）+O2=CO2（g）+395.4KJ/mol 氧化钙（生石灰）消化制成熟石灰 CaO（s）+H2O（l）=Ca(OH)2(s)+65.65KJ/mol2、饱和盐水吸氨、碳酸化制成 NaHCO3，叫做重碳酸钠（碳酸氢钠），或简称重碱。综合反 应如下所示： NaCL（aq）+NH3（g）+CO2（g）+H2O（l）=NH4CL（aq）+NaHCO3（s）+114.5KJ/mol 或分布反应如下：NH3（g）+H2O（l）=NH4OH（aq）+34.6KJ/mol 2NH4OH（aq）+CO2（g）=（NH4）2CO3（aq）+H2O（l）+94.0KJ/mol （NH4）2CO3（aq）+CO2（g）+H2O（l）=2NH4HCO3（aq）+35KJ/mol NH4HCO3（aq）+NaCL(aq)=NH4CL(aq)+NaHCO3(s)+15.4KJ/mol 3、将重碱 NaHCO3 与溶液分离，进行煅烧而制得纯碱，并回收 CO2。 2NaHCO3（s）=Na2CO3+CO2（g）+H2O（g）-129.1KJ/mol 4、将溶液中的 NH4CL 及几种碳酸铵盐分解然后将氨蒸出，以循环使用。主要反应式是： 2NH4CL（aq）+Ca（OH）2（s）=2NH3（g）+CaCL2（aq）+ 2H2O（l）—44.1KJ/mol （2）、现代氨碱法纯生产程序可以分为下列步骤： Ａ、ＣＯ２ 气和石灰乳的制备。煅烧石灰石制得生石灰和二氧化碳气；生石灰经消化而制得 石灰乳。 Ｂ、原盐化盐制备盐水和盐水的精制。 Ｃ、精盐水吸氨制得氨盐水。 Ｄ、氨盐水的碳酸化制取重碱。来自石灰石煅烧及重碱煅烧的二氧化碳，经过压缩、冷却送 至碳化塔制碱。 Ｅ、重碱的过滤及洗涤（即碳化所得晶浆的固液分离）。 Ｆ、重碱煅烧制得纯碱成品及二氧化碳，纯碱水合生产重质纯碱。 Ｇ、母液中氨的蒸馏回收。第二节 一、原盐（食盐） 原盐（食盐）氨碱法纯碱生产的主要原料概述1、原盐的物化性质及成份规格： 原盐是氨碱法纯碱生产的主要原料。原盐的主要成份为氯化钠，化学分子式为 NaCL， 纯氯化钠为无色等轴晶体， 但是由于原盐是由许多晶体机和而成， 晶体之间的缝隙中往往含 有卤水或者空气，因而变成白色而且不透明体，同时又因含有泥沙等杂质，使原盐常呈现灰 褐色，氯化钠晶体通常是正六面体。 （1）食盐的物化性质： 氯化钠的分子量 熔点 沸点 58.45 800℃ 1440℃20℃时比热 25℃时密度0.867(J/g℃)32.161t/m原盐中因为含有氯化镁等杂质，容易吸收空气中的水分而潮解。氯化钠易溶于水，其溶 解热为——4.9KJ/mol，溶解过程为吸热反应，当制成饱和盐水时，可使溶液温度降低 6℃ 多。 氯化钠的溶解度随温度升高没有明显的变化， 这一性质与绝大多数易溶物质溶解度随着 温度升高而增加的性质不同，所以其水溶液（卤水）在冷冻工业中被用作载冷体。 （2）食盐的质量标准： 作为制碱工业的原料， 要求原盐中的主要成份 NaCL 含量尽可能高， 而泥沙及其他杂质， 特别是钙、镁杂质越低越好。因为食盐中的氯化镁、硫酸镁、硫酸钙等杂质，在盐水精制、 吸氨、碳化过程中，会生成炭酸镁、碳酸钙及其他复盐等，使塔器与管道堵塞，这些杂质如 不能在碳化以前清除掉，就会较多地混入纯碱中，使产品的品位降低，因此用于氨碱法的食 盐一般需要符合以下标准：2+ 2-NaCL% ≥ 90%；水分% ≤ 4.2%；Mg % ≤0.8%；SO4 %≤ 0.8%。 2、原盐的需要用量 氨碱法纯碱生产的全过程，可以归结为一个综合的化学反应方程式。即 CaCO3+2NaCL= CaCL2 +Na2CO3 2×58.45 X 106 1000kg按照上述反应方程式,可以计算出生产 1t 纯碱理论上所需要的氯化钠量 X=58.45×2×3kg 所求出的 X 是指生产每吨纯碱(含 Na2CO3100%) 所需要的纯的氯化钠(折 NaCL100%) 的 量。实际生产中,由于食盐中只有 90%左右的氯化钠,而且又只能有 70-75%的 NaCL 可以转化 为 Na2CO3, Na+离子至少损失 27%以上，加之过程中跑、冒、滴、漏等各项损失， 实际耗用 食盐的量远远超过上述理论用量，这样使每生产 1 吨工业纯碱所需耗用的原盐实物量高达 1.6—1.7t 之多。氨碱法制碱的食盐消耗量是很大的，纯碱工业从来就是用盐大户，因此必 须保证有大量、廉价的原盐供应，才能维持生产并在经济上获益。就其纯度而言，矿盐多数 要比海盐为高，并可以采用注入高压水压裂地下化盐方法进行开采，得到接近饱和的卤水， 节省设备和人力，降低成本。十分适用于由湿法精制盐水的氨碱法生产，不过要铺设卤水输 送管道或久盐矿附近建厂均存在其他制约因素， 而我国又以盛产海盐为主， 尽管其质量不如 矿盐，也仍然是氨碱厂原料的天然宝库，所以我国大多数碱厂是以海盐为原料，临海发展纯碱生产。 3、我国盐资源概况 3.1 分类 盐是 NaCl(氯化钠)的俗称。在我国，根据来源和生产方法可分为 3 类：以海水为原料晒 制而得的盐叫作“海盐”；开采现代盐湖矿加工制得的盐叫作“湖盐”；开采地下天然卤水 或古代岩盐矿床加工制得的盐则称“井矿盐”。我国井矿盐工艺以钻井水溶汲取卤水，进而 真空蒸发结晶生产高品质盐为主，因此，又称真空盐。 按照产品形式又分为固体盐和液体盐， 我国以固体盐为主， 液体盐主要指汲取的天然地 下卤水或注水溶解地下岩盐矿床而得到的卤水，目前我国液体盐的比例不足 10%，但国外 发达国家较高，如美国达到 51%。 氯化钠除供食用外(惯称食盐)，大量用作工业原料(名曰工业用盐)，国家统计局的统计 年表以“原盐”为总称。 3.2 资源分布 我国盐资源非常丰富，开采历史悠久。基本分布状况是：东部海盐，中部及西南部井矿 盐，西北部湖盐。 海水晒盐与国家的海岸线长度、 滩涂面积及气候条件等有关， 我国海盐以北方海盐区(含 辽宁、河北、天津、山东和江苏)为主。 井矿盐矿床广泛分布在河南、四川、湖北、湖南、江西、四川、重庆、云南、江苏、山 东、安徽及陕西等 18 个省区。据不完全统计，现已查明的氯化钠储量大于 100 亿 t 的盐矿 床就有十余个。 湖盐主要分布在内蒙古、青海、新疆及西藏等西北部地区，以青海盐湖最为丰富，储量 在 3000 多亿 t，生产成本较为低廉，但我国西北地区经济相对落后，对盐的需求也较低，远 距离运输一直是制约其发展的瓶颈。 我国 1995 年探明盐矿储量 3824 亿 t，资源量在 6.2 万亿 t 以上。目前我国的盐总产量 不足 6000 万 t，因此，我国的盐资源可以满足制盐工业长期快速发展的需求，很多省市都有 发展制盐工业以及盐化工的资源条件。 4、我国制盐工业概况 4.1 生产情况 近十余年，受我国盐化工及下游行业快速发展的影响，我国对原盐的需求也快速增加。 2007 年，我国原盐生产和消费量 5920 万 t，居世界第 1 位。从历年统计数据看，海盐产能最大，井盐次之，湖盐最低。 东部沿海地区制盐产能约占总产能的 60%。海盐生产主要集中在环渤海湾的山东、河 北、天津和辽宁四省市，四省市产量占全国海盐产量的 90%以上。湖盐主要集中在内蒙、 新疆和青海三省。井矿盐主要分布在四川、湖北、江苏、河南、江西、湖南、安徽、云南、 重庆等省市。近年我国原盐产量见表 1。 受沿海地区各类园区和工业等项目建设发展的影响，北方海盐区的盐田面积逐年萎缩， 海盐产能增幅和所占比例逐渐降低， 产能进一步增加的潜力不大。 而井矿盐资源丰富且分布 广，技术成熟，投资门槛不高，因此近年井矿盐产能增幅较快，在全国盐总产量中的比例逐 年提高。目前规划建设的制盐产能(主要是井矿盐)超过 1000 万 t／a，盐业产能的增长可以 满足下游行业的需求。4.2 存在问题 (1)产品结构比较单一。公路化雪、畜牧、水处理、洗浴用盐、高纯度工业盐等高附加 值产品的开发，从数量、品种、质量等各方面还没有拓展和满足市场需求。尤其是液体盐的 开发利用仍处于较低水平，折盐产量仅占井矿盐总产量的 12%。卤水化工的深加工系列产 品，如钾镁肥、阻燃剂、农药、医药中间体等还没有形成规模化和产业化。 (2)资源利用水平低。目前，制盐工业仍主要以单一的制盐业为主，资源利用率很低。 海盐苦卤利用率不足 20%，莱州湾地下卤水的掠夺性开采使盐、溴比例失调，这一地区出 现水位下降、浓度降低、流量减少等资源枯竭的现象；湖盐区由于单一提取盐，导致镁害严 重，使湖盐资源遭到污染；矿盐区的芒硝提取率不足 10%。国外则基本做到零排放。(3)产业布局不合理。50%以上的原盐运输半径超过 200km。在美国，80%以上的运输半 径在 150km 以内，管输液体盐比例较高。 4.3 发展思路 近年盐业行业效益起伏较大，为避免产能严重过剩，国家发展改革委员会 2006 年发布 《制盐工业结构调整指导意见》。 (1)优先考虑与两碱项目的配套建设。制盐生产能力由 2005 年的 5500 万 t 提高至 2010 年的 6500 万 t，年增幅控制在 5%以内。但实际预测该指标将被大大突破。 (2)稳定海盐生产，主要作为化工用盐，关键是要提高产品质量。有序发展井矿盐。井 矿盐生产成本相对较高，但生产稳定，产品质量相对较好，在适度增加产能的前提下，增加 低耗能的液体盐的供应量。 (3)按需发展湖盐。湖盐区地处西部，运输条件还有待改善；但资源丰富，成本低廉， 也具有一定优势。 4.4 消费结构 我国盐化工用盐占 73%，食用盐占 16%，其它用盐占 11%。盐化工是我国制盐工业发 展的决定因素。我国盐消费结构与发达国家相比，主要体现在盐化工耗盐比例过大；道路除 雪等行业的消费比例过低(美国融雪耗盐达到 1900 万 t)； 卤水直接消费比例过低(如美国达到 51%)，而我国液体盐消费比例只有 10%左右，可见我国制盐工业的产品结构不尽合理。 我国以盐为原料的盐化工产业，主要是纯碱和氯碱两大行业(俗称“两碱”)。近年来， 氯酸钠和金属钠也发展较快，但这两种下游产品的盐的消耗较低，不足总消费量的 1%，对 全行业的供需平衡影响较小。 “两碱”的发展拉动了盐业的发展，我国已形成以纯碱和氯碱 为龙头，下游产品开发并存的盐化工产业格局。 二、石灰石 1、石灰石的物化性质及规格成分 石灰石为氨碱法纯碱生产的第二大重要原料，其消耗量不亚于食盐。 （1）石灰石的物化性质： 石灰石颜色有灰白、茶色、褐色等，单纯从色泽不能判断其品质的好坏。典型的矿石时 方解石、大理石，主要成份是碳酸钙，其结晶大部分为六方晶系。化学分子式为 CaCO3。 碳酸钙的分子量 密度 分解温度 100.09 2.711T/M3 825℃熔点1339℃石灰石在石灰窑中煅烧，发生 CaCO3 的分解反应。生成的 CaO 称为生石灰，为无色等轴3晶系，熔点 2372℃，密度 3.37 t/m ，在氨碱厂将它用水消化而制得氢氧化钙悬浊液，用于 蒸氨反应。CaO+H2O=Ca（OH）2+65.65KJ/mol 生成的 Ca（OH）2 称为熟石灰或消石灰，其分3子量为 74.09，为无色斜方晶系，密度 2.24t/m ，无吸湿性，溶解度很小，而且温度越高， 溶解度越小。氢氧化钙与水混合呈白色悬浊液即石灰乳，呈强碱性，用于蒸氨及盐水除镁过 程。 CaCO 3 + 2HCl === CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ↑摩氏硬度值（MOH）:3化学分析： 二氧化硅 0.07%、三氧化二铝 0.02%、三氧化二铁 0.03%、氧化钙 55.22%、氧化 镁 0.08%、 石灰石块状/粉状： 烧失量 40.79％， 4.62％， 1.21％， 0.52％， 50.16％， 硅 铝 铁 钙 镁 1.10％ 白云石粉/块：硅 0.19％，铝 0.15％，铁 0.17％，钙 32.1％，镁 21.19％ 石灰石是生产玻璃的主要原料。 二氧化碳(CO 2 )能使熟石灰变混浊。 石灰和石灰石大量用做建筑材料，也是许多工业的重要原料。石灰石可直接加工 成石料和烧制成生石灰。石灰有生石灰和熟石灰。生石灰的主要成分是 CaO，一般呈 块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。生石灰吸潮或加水就成为消石灰， 消石灰也叫熟石灰，它的主要成分是 Ca(OH)2。熟石灰经调配成石灰浆、石灰膏、石 灰砂浆等，用作涂装材料和砖瓦粘合剂。水泥是由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧 制得。玻璃由石灰石、石英砂、纯碱等混合，经高温熔融制得。炼铁用石灰石作熔剂， 除去脉石。炼钢用生石灰做造渣材料，除去硫、磷等有害杂质。 (2)石灰石的质量指标： 石灰石的成份规格： CaCO3 % ≥ 90% ；SiO2 ≤5.5%；MgCO3 ≤3.5%；R2O3 ≤ 0.5% （R2O3 为铁铝氧化物） 2、石灰石的用量 根据反应方程式：CaCO3+2NaCL= CaCL2 +Na2CO3 100 X 106 1000（kg）可求出 X=100×（kg）即每生产 1 吨纯碱（折 100%）理论上需耗用的 100% CaCO3 约 943kg。实际生产中石灰 石不是纯的 CaCO3 ，也不能百分之百分解，加上各个环节的损失，其耗用量同样大大超过理 论值，因此实物耗量达到 1.3—1.6t/t 之多。 因此， 应尽可能采用纯度高的石灰石才较为经济， 从而， 可以提高 CO2 气及石灰乳质量， 提高关键设备的生产强度，减少系统物料当量，一般要求石灰石含碳酸钙不低于 90%，其他 酸性杂质如 SiO2+ R2O3 以不超过 6%为佳。这样可使石灰窑生产出的 CaO 达到 80%以上，而窑 气含 CO2 则可以达到 40%以上，此外，氨碱厂对石灰石的粒度有特殊要求，其直径在 70—150mm 较为适宜。 3、我国石灰石的储量及分布情况 石油是经济的命脉，国力发展的命脉，谁拥有了石油，谁就拥有了 21 世纪的发 展。储备石油，参与石油期货市场的交易，不仅仅是经济活动，而是出于战略发展目 标的考虑。因此控制石油资源是爆发伊拉克战争的因素之一。中国有句古语，民以食 为天，天命也。石灰石就是水泥工业的粮食，是水泥生产的命脉。水泥厂只要生产， 就一刻离不开石灰石，谁占有了石灰石资源，谁就占有了水泥工业的发展。目前我国 水泥企业争夺市场之战，也可以说是争夺石灰石资源之战，因此大企业集团把占有优 势石灰石资源作为实现自身发展战略的措施之一。 ①、石灰石是用途极广的宝贵资源石灰石是石灰岩作为矿物原料的商品名称。石 灰岩在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。作为 重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，石灰石是制造水泥、石灰、电 石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质石灰石经超细粉磨后，被广 泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品 的制造中。据不完全统计，水泥生产消耗的石灰石和建筑石料、石灰生产、冶金熔剂， 超细碳酸钙消耗石灰石的总和之比为 1∶3。石灰岩是不可再生资源，随着科学技术的 不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。 ②、我国石灰石资源概况及其地理分布我国是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之 一。除上海、香港、澳门外，在各省、直辖市、自治区均有分布。据原国家建材局地 质中心统计，全国石灰岩分布面积达 43.8 万 KM2(未包括西藏和台湾)，约占国土面积 的 1/20，其中能供做水泥原料的石灰岩资源量约占总资源量的 1/4～1/3。为了满足 环境保护、生态平衡，防止水土流失，风景旅游等方面的需要，特别是随着我国小城 镇建设规划的不断完善和落实，可供水泥石灰岩的开采量还将减少。全国已发现水泥石灰岩矿点七、八千处，其中已有探明储量的有 1286 处，其中 大型矿床 257 处、中型 481 处、小型 486 处(矿石储量大于 8000 万吨为大型、4000～ 8000 万吨为中型、小于 4000 万吨为小型)，共计保有矿石储量 542 亿吨，其中石灰岩 储量 504 亿吨，占 93%；大理岩储量 38 亿吨，占 7%。保有储量广泛分布于除上海市 以外 29 个省、直辖市、自治区，其中陕西省保有储量 49 亿吨，为全国之冠；其余依 次为安徽省、广西自治区、四川(含重庆市)省，各保有储量 34～30 亿吨；山东、河 北、河南、广东、辽宁、湖南、湖北 7 省各保有储量 30～20 亿吨；黑龙江、浙江、 江苏、贵州、江西、云南、福建、山西、新疆、吉林、内蒙古、青海、甘肃 13 省各 保有储量 20～10 亿吨；北京、宁夏、海南、西藏、天津 5 省各保有储量 5～2 亿吨。 三 、 焦炭或白煤 1、无烟煤（白煤）的物化性质 无烟煤（英文名称 anthracite） ，俗称白煤或红煤。是煤化程度最大的煤。无烟煤 固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。黑色坚硬， 有金属光泽。以脂摩擦不致染污，断口成介壳状，燃烧时火焰短而少烟。不结焦。一 般含碳量在 90%以上，挥发物在 10%以下。无胶质层厚度。热值约
千卡/ 公斤。有时把挥发物含量特大的称做半无烟煤；特小的称做高无烟煤。 无烟煤为煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多，水分较少，发热量很高， 可达 kJ/kg，挥发分释出温度较高，其焦炭没有黏着性，着火和燃尽均比 较困难，燃烧时无烟，火焰呈青蓝色 。 煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有 机物质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸汽状态）和气态产物，这些产 物称为挥发物。挥发物占煤样质量的分数成为挥发分产率或简称为挥发分。以干燥无 灰基为分析基，挥发分低于 10%的煤称为无烟煤。挥发分大于 6.5%小于 10%的无烟 煤称为无烟煤三号。01 号无烟煤为年老无烟煤；02 号无烟煤为典型无烟煤；03 号无 烟煤为年轻无烟煤。 2、焦炭的物化性质 焦炭定义：烟煤在隔绝空气的条件下，加热到 950-1050℃，经过干燥、热解、熔 融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏） 。由 高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后 的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。 冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于 90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。 铸造焦是专用与化铁炉熔铁的焦炭。铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料。其作用是 熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。因此，铸造焦应具备块度大、 反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。 焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密 度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨 胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。 焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。焦炭的主要物 理性质如下： 真密度为 1.8-1.95g/cm3 ； 视密度为 0.88-1.08g/ cm3 ； 气孔率为 35-55%； 散密度为 400-500kg/ m3 ； 平均比热容为 0.808kj/（kgk） （100℃） ，1.465kj/（kgk） （1000℃） ； 热导率为 2.64kj/（mhk） （常温） ，6.91kg/（mhk） （900℃） ； 着火温度（空气中）为 450-650℃； 干燥无灰基低热值为 30-32KJ/g； 比表面积为 0.6-0.8m2 /g (使用全自动 F-Sorb 2400 比表面积仪 BET 方法检测)。 焦炭的比表面积研究是非常重要的，焦炭的比表面积检测数据只有采用 BET 方 法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测， 现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点 BET 法，国内外制定 出来的比表面积测定标准都是以 BET 测试方法为基础的， 请参看我国国家标准 （GB/T ）-气体吸附 BET 原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实 是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一 整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并 且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪 费测试人员很多的宝贵时间。F-Sorb 2400 比表面积分析仪是真正能够实现 BET 法检 测功能的仪器（兼备直接对比法） ，更重要的 F-Sorb 2400 比表面积分析仪是迄今为止 国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳 定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。焦炭的反应性及反应后的强度：焦炭反应性与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学 反应的能力，焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和热应力作用下抵抗碎裂和 磨损的能力。焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，都要与二氧化碳、氧 和水蒸气发生化 学反应 。由于焦与氧和 水蒸气 的反应有与二氧 化碳的 反应类似的规 律，因此大多数国家都用焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。 中国标准（GB/T）规定了焦炭反应性及反应后强度试验方法。其做法 是使焦炭在高温 下与二 氧化碳发生反应 没，然 后测定反应后焦 炭失重 率及其机械强 度。焦炭反应性 CRI 及反应后强度 CSR 的重复性 r 不得超过下列数值： CRIr≤2.4% CSR：≤3.2% 焦炭反应性及反应后强度的试验结果均取平行试验结果的算术平均值。 3、焦炭和无烟煤的质量指标 焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体 （或孔孢多孔体） 。裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂 纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。衡量孔孢结构的指标主要用气 孔率（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。 不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在 40～45%，铸造 焦要求在 35～40%，出口焦要求在 30%左右。焦炭裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所 用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂纹多，气孔率高，强度低；而以焦 煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。焦炭强度通常用抗碎强度和耐 磨强度两个指标来表示。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的 裂纹或缺陷处破碎的能力，用 M40 值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩 檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用 M10 值表示。焦炭的裂纹度影响 其抗碎强度 M40 值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度 M10 值。M40 和 M10 值的测定方 法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。 焦炭质量标准：固定碳≥80%；挥发份≤5.0%；水份≤7.0%；灰分≤15.0%；发 热值≥28000KJ/kg 无烟煤质量标准：固定碳≥78%；挥发份≤9.0%；水份≤4.0%；灰分≤16.0%； 发热值≥28000KJ/kg 4、焦炭质量的评价①、焦炭中的硫分：硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。在炼钢 生铁中硫含量大于 0.07% 即为废品。由高炉炉料带入炉内的硫有 11% 来自矿石； 3.5% 来自石灰石；82.5% 来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。焦炭硫分的 高低直接影响到高炉炼铁生产。当焦炭硫分大于 1.6%，硫份每增加 0.1% ，焦炭使 用 量 增 加 1.8%， 石 灰 石 加 入 量 增 加 3.7%, 矿 石 加 入 量 增 加 0.3% 高 炉 产 量 降 低 1.5—2.0%. 冶 金 焦的 含 硫量 规定 不 大于 1%， 大中 型高 炉 使用 的冶 金 焦含 硫量 小于 0.4—0.7% 。 ②、焦炭中的磷分：炼铁用的冶金焦含磷量应在 0.02—0.03% 以下。 ③、焦炭中的灰分：焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的。焦炭灰分增加 1%，焦炭用量增加 2—2.5% 因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。 ④、焦炭中的挥发分：根据焦炭的挥发分含量可判断焦炭成熟度。如挥发分大于 1.5%，则表示生焦；挥发分小于 0.5—0.7%, 则表示过火，一般成熟的冶金焦挥发分 为 1%左右。 ⑤、焦炭中的水分：水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。此外，焦 炭水分提高会使 M04 偏高，M10 偏低，给转鼓指标带来误差。 ⑥、焦炭的筛分组成：在高炉冶炼中焦炭的粒度也是很重要的。我国过去对焦炭 粒度要求为：对大焦炉（ 平方米）焦炭粒度大于 40 毫米；中、小高炉 焦炭粒度大于 25 毫米。 但目前一些钢厂的试验表明， 焦炭粒度在 40—25 毫米为好。 大于 80 毫米的焦炭要整粒，使其粒度范围变化不大。这样焦炭块度均一，空隙大， 阻力小，炉况运行良好。 5、白煤和焦炭的用量 焦炭和白煤热值较高，固定碳含量高，挥发份含量低，杂质少，是石灰窑比较理 想的燃料。 石灰石在石灰窑中煅烧需要按理论量配以适量的焦炭或白煤。实际配焦或配煤的 比列应视石灰石和焦炭、白煤的品位而异。每煅烧单位重量石灰石所需要的焦炭或白 妹的重量数，二者之百分率称为配焦率（或配煤率） 。例如某氨碱厂煅烧 1 吨石灰石 需用 8kg 白煤，则配煤率为：85/% 理论上分解 1kgCaCO 3 需要热量 1796KJ，这就是说需要发热量为 29307KJ/kg 的标 准煤 0.061kg（=0.061kg） ，由于石灰窑本身有热损失，石灰要带走一些显 热，加上燃料燃烧不完全，造成燃料消耗比理论值大，实际生产中每煅烧 1 吨石灰石需要用标煤约 75—85kg， 而每生产 1 吨纯碱若按 1.5 吨石灰石计算，则需耗用标煤 120—130kg。 6、我国白煤的储量 中国无烟煤预测储量为 4740 亿吨，占全国煤炭总资源量的 10%，年产 2 亿吨。 山西省占 32%，河南省占 18%，贵州省占 11%。中国有六大无烟煤基地：北京京煤集 团，晋城煤业集团，焦作煤业集团，河南永城矿区，神华宁煤集团，阳泉煤业集团。 无烟煤块煤主要应用是化肥（氮肥、合成氨） 、陶瓷、制造锻造等行业；无烟粉 煤主要应用在冶金行业用于高炉喷吹（高炉喷吹用煤主要包括无烟煤、贫煤、瘦煤和 气煤） 。 焦炭分布：从我国焦炭产量分布情况看，我国炼焦企业地域分布不平衡，主要分 布于华北、华东和东北地区。 四、液氨 （1）液氨的物化性质 1、氨的分子式 NH3 ，分子量 17.07。氨是一种无色、有强烈刺激臭味的气体；它比空3气轻，在标准状况下，氨气密度为 0.77kg/m 。 2、液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用 广泛，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。氨易溶于 水，溶于水后形成氢氧化铵的碱性溶液。氨在 20℃水中的溶解度为 34%。 液氨在工 业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。 3、液氨为无色液体，有强烈刺激性气味，极易气化为气氨。密度 0.617g/cm3； 沸点为－33.5℃，低于－77.7℃可成为具有臭味的无色结晶。液氨密度在 0℃是为 0.638t/m3 ,20℃时为 0.607 t/m3 。 气氨相对密度(空气＝1)：0．59 液氨相对密度(水＝1)：0．7067(25℃)CAS 编号： 自燃点：651．11℃ 熔点(℃)：-77．7 爆炸极限：16％～25％ 沸点(℃)：-33．4 1％水溶液 PH 值：11．7 比热 kJ(kg·K) 氨（液体）4.609 氨（气体）2.179 蒸气压：882kPa(200℃) 4、氨的临界温度为 132.4℃，临界压力为 11.29MPa。因为氨的临界温度为 132.4℃, 低于此温度只要予以适当压力即可将其液化。 在常温下，大概需要 7～8 个大气压即可将氨液化为液氨存放。 但实际使用温度未必是常温，我国规定设计时要求不低于 50℃的饱和蒸气压力。液氨容器的设计压力应该为 2.16MPa。 5、氨可以在氧气中燃烧，呈浅绿色火焰，同时分解成氨和水。4 体积氨与 3 体积氧混 合， 遇火则发生强烈爆炸。 氨与空气混合时， 遇火也会引起爆炸， 其爆炸范围为氨浓度 15.7 ——27.4%（体积比）。氨的自然点为 651℃。 6、液氨的挥发性很强，在常温下易挥发成氨气，气化时吸热，气化热较大（-15℃时 气化热为 22.31KJ/mol），广泛用作冷冻剂。液氨是一个很好的溶剂，由于分子的极性 和存在氢键，液氨在许多物理性质方面同水非常相似。一些活泼的金属可以从水中置 换氢和生成氢氧化物，在液氨中就不那么容易置换氢。但液氨能够溶解金属生成一种 蓝色溶液。这种金属液氨溶液能够导电，并缓慢分解放出氢气，有强还原性。 7、氨极易溶解于水，并放出大量的热（熔解热为 35KJ/mol）。在常温下，一体积水可 溶解 700 体积的氨。氨的水溶液具有较强的碱性，并且易挥发逸出氨气。 8、氨及氨水与酸可发生中和反应，生成铵盐；与硫酸中和生成硫酸铵；与硝酸中和生 成硝酸铵；与盐酸中和生成氯化铵；与碳酸、二氧化碳和水中和生成碳酸铵和碳酸氢铵。 9、在有水存在条件下，氨与铜或铜的合金作用生成铜氨络离子〔Cu（NH3）2〕+，使铜 受到氨水腐蚀，因此有氨水接触的设备、管线不宜使用铜及铜的合金。 10、氨对人的眼角膜和呼吸器官粘膜有刺激作用：液氨还能灼伤皮肤、眼睛、氨中毒3会引起气管阻塞、窒息、肺水肿，甚至造成死亡。空气中氨的最大容许浓度为 30mg/m 。 （2）液氨的质量指标 液氨国家标准 GB536—88（3）液氨的使用注意事项 液氨是强腐蚀性有毒物质，对皮肤和眼睛有强烈腐蚀作用，产生严重疼痛性灼伤。液 氨蒸气强烈刺激呼吸道粘膜和眼睛， 对呼吸有窒息作用。 受液氨损伤的皮肤应立即用清水冲 洗，然后以 3%～5%的硼酸、乙酸或柠檬酸溶液湿敷。严重时应立即请医生处理。①毒性及中毒机理 液氨人类经口 TDLo：0．15 ml／kg 液氨人类吸入 LCLo：5000 ppm／5m 氨进入人体后会阻碍三羧酸循环，降低细胞色素氧化酶的作用。致使脑氨增加， 可产生神经毒作用。高浓度氨可引起组织溶解坏死作用。 ②接触途径及中毒症状 A ．吸入 吸入是接触的主要途径。氨的刺激性是可靠的有害浓度报警信号。但由于嗅觉疲 劳，长期接触后对低浓度的氨会难以察觉。 a 轻度吸入氨中毒表现有鼻炎、咽炎、气管炎、支气管炎。患者有咽灼痛、咳嗽、 咳痰或咯血、胸闷和胸骨后疼痛等。 b 急性吸入氨中毒的发生多由意外事故如管道破裂、阀门爆裂等造成。急性氨中 毒主要表现为呼吸道粘膜刺激和灼伤。其症状根据氨的浓度、吸入时间以及个人感受 性等而轻重不同。 c 严重吸人中毒可出现喉头水肿、声门狭窄以及呼吸道粘膜脱落，可造成气管阻 塞，引起窒息。吸入高浓度可直接影响肺毛细血管通透性而引起肺水肿。 B．皮肤和眼睛接触 低浓度的氨对眼和潮湿的皮肤能迅速产生刺激作用。潮湿的皮肤或眼睛接触高浓 度的氨气能引起严重的化学烧伤。 皮肤接触可引起严重疼痛和烧伤，并能发生咖啡样着色。被腐蚀部位呈胶状并发 软，可发生深度组织破坏。 高浓度蒸气对眼睛有强刺激性，可引起疼痛和烧伤，导致明显的炎症并可能发生 水肿、上皮组织破坏、角膜混浊和虹膜发炎。轻度病例一般会缓解，严重病例可能会 长期持续，并发生持续性水肿、疤痕、永久性混浊、眼睛膨出、白内障、眼睑和眼球 粘连及失明等并发症。多次或持续接触氨会导致结膜炎。 ③急救措施 A．清除污染 如果患者只是单纯接触氨气， 并且没有皮肤和眼的刺激症状， 则不需要清除污染。 假如接触的是液氨，并且衣服已被污染，应将衣服脱下并放入双层塑料袋内。如果眼睛接触或眼睛有刺激感，应用大量清水或生理盐水冲洗 20 分钟以上。如 在冲洗时发生眼睑痉挛，应慢慢滴入 1～2 滴 0．4％奥布卡因，继续充分冲洗。如患 者戴有隐形眼镜，又容易取下并且不会损伤眼睛的话，应取下隐形眼镜。 应对接触的皮肤和头发用大量清水冲洗 15 分钟以上。冲洗皮肤和头发时要注意 保护眼睛。 B．病人复苏 应立即将患者转移出污染区，对病人进行复苏三步法(气道、呼吸、循环)： 气道：保证气道不被舌头或异物阻塞。 呼吸：检查病人是否呼吸，如无呼吸可用袖珍面罩等提供通气， 循环：检查脉搏，如没有脉搏应施行心肺复苏。 C．初步治疗 氨中毒无特效解毒药，应采用支持治疗。 如果接触浓度≥500ppm，并出现眼刺激、肺水肿的症状，则推荐采取以下措施： 先喷 5 次地塞米松(用定量吸入器)，然后每 5 分钟喷两次，直至到达医院急症室为止。 如果接触浓度≥1500ppm，应建立静脉通路，并静脉注射 1．0g 甲基泼尼松龙 (methylprednisolone)或等量类固醇。(注意：在临床对照研究中，皮质类固醇的作用尚 未证实。) 对氨吸入者，应给湿化空气或氧气。如有缺氧症状，应给湿化氧气。 如果呼吸 窘迫，应考虑进行气管插管。当病人的情况不能进行气管插管时，如条件许可，应施 行环甲状软骨切开术。对有支气管痉挛的病人，可给支气管扩张剂喷雾，如叔丁喘宁。 如皮肤接触氨，会引起化学烧伤，可按热烧伤处理：适当补液，给止痛剂，维持体温， 用消毒垫或清洁床单覆盖伤面。如果皮肤接触高压液氨，要注意冻伤。 （4）氨的用量 氨在生产过程中作为一种媒介在系统中循环使用，没有最终进入产品之中。但由 于氨在制碱过程中参与了化学反应，一度以碳酸铵、碳酸氢铵的形式存在，所以与一 般的催化剂又有值得区别（催化剂的定义是：能加速或延缓化学反应速度，而本身的 量和化学性质并不改变的物质） 。 按照下列化学反应式： 2NH 4 HCO 3 +2NaCL=Na 2 CO 3 +H 2 O+CO 2 +2NH 4 CL 2×17（NH 3 ） 106X=320kg1000kg理论上制造 1 吨纯碱， 需要有 320kg 氨循环， 由于碳化出碱液中带走部分游离氨， 加上各处的损耗，则必须有 520kg 氨的循环量才能生产 1 吨纯碱。 在生产过程中，氨只生成中间产品，而并不最终进入产品，因此氨的消耗量主要 损失于蒸氨塔排出的废液带走约 0.5kg/t 碱， 此外还有碳化尾气净氨塔尾气，各净 氨塔尾气，过滤机爆空，真空机排水以及跑冒滴漏等各项损失。氨耗的高低主要取决 于企业的技术管理水平及文明生产程度如何。高效率的氨循环是现代氨碱工业的最大 成功之处。当然，由于具有较强的挥发性，从气相中逸散损失是不可避免的，氨又易 溶解于水，要从液相中百分之百分离出来也很困难。而且从技术经济观点看，追求百 分之百的吸收率及回收率往往要加大设备， 使工序复杂化，或增加能量及其他物料 的消耗，结果所费多于所得，并不经济。 目前，国内各大型氨碱厂的氨耗水平一般在 3—5kg/t，这比世界上的先进水平有 很大差距，如美国氨耗在 0.7——0.8kg/t，意大利为 1.0—1.1kg/t，最先进的氨耗可 在 0.4kg/t 以下。 我们应该努力搞好技术进步，加强生产控制管理，把各项氨损失减少到合理的限 度， 以求降低氨耗， 达到降低纯碱成本和改善劳动环境的目的。主要中间物料名称、 第三节 主要中间物料名称、当量及其他工艺参数 一、碱厂常用术语 1、母液：生产过程中，分离出结晶后的溶液，它含有与结晶同样或更多的成分。例如：碳 化出碱液，经过滤机分离出 NaHCO3 结晶后的溶液叫做母液（或冷母液），其中含有 NaHCO3， 还有 NH4HCO3、NH4CL、NaCL 等。 2、当量：（该当量区别于一般的化合当量）是指每生产 1 吨纯碱的中间物料的量。单位为3 3m /t 或 kg/t。例如：每生产 1 吨纯碱需要用合格氨盐水 5.97 m ，则称氨盐水的当量为35.97m /t。 3、循环： 在氨碱生产中， 物料在系统中按一定的封闭路线反复被输送和应用，就称之为“循 环”。如氨循环，二氧化碳循环等。（严格地讲：并非是绝对的封闭系统，因为有部分氨和 二氧化碳要损失掉，还需要不断向系统内补充。） 4、游离氨：是指能够用加热的方法直接从溶液中蒸出的氨，包括溶液中的 NH3、NH4OH 及氨 的碳酸盐等。以符号 FNH3 来表示。5、结合氨（也称固定氨）：是指不能单纯靠加热方法而分解出的氨的化合物。一般指溶液 中的 NH4CL， （NH4）2SO4 等， 它们必须先经过化学反应转变成游离氨，然后才能从溶液中 蒸出。以符号 CNH3 表示。 6、总氨（也称全氨）：是指溶液中游离氨与结合氨的总和。以 TNH3 表示。 7、总氯（也称全氯）：是指溶液中氯离子的含量总和，包括 NaCL、NH4CL 及 MgCL2 等的氯离 子，以 TCL-表示。 8、 总碱度： 是指溶液 NH3 碱度及 Na+碱度的总和。 通常以直接滴定的总碱度近似地表示 FNH3， 实际是忽略了 Na+ 碱度。 9、消耗定额：每生产 1 吨产品所耗用的标准原燃材料数量。有时分别注明实物耗量或折白 耗量。 例如： 每生产 1 吨纯碱， 需耗用 100%NaCL1500kg， 则盐耗即为 1500kg/t （100%NaCL） 。 10、能耗：每生产 1 吨产品，需耗用的各种能源——包括蒸汽、燃料、电以及耗能工质如压 缩空气、水等——所折算的能源量，单位 kj/t。 二、主要中间物料名称 1、粗盐水：用杂水溶解食盐制得的饱和食盐溶液。要求 TCL-达到 107.5tt 以上，比重保持 在 1.19—1.20 之间。 2、一次盐水（也叫除镁盐水）：粗盐水经过除镁，从一次澄清桶出来的清液，称为一次盐 水。石灰纯碱法盐水精制中，将粗盐水经过除镁后的盐水称作除镁盐水。 3、二次盐水（也叫精盐水）：一次盐水经除钙后，在二次澄清桶内澄清后的清液称为二次 盐水。 石灰纯碱法盐水精制中， 将除镁盐水经过除钙后在盐水澄清桶中澄清后的清液称为精 盐水。要求其 TCL-在 104.5tt 以上。 4、氨盐水：精盐水经过分段吸氨，制成的含氨溶液。要求其 TCL- 在 89tt 以上，氨与钠浓 度（按滴度 tt）的比值为 1.12——1.18，温度在 36——40℃之间。 5、碳化氨盐水（也叫中和水）：氨盐水在碳化清洗塔中溶解塔壁的结疤（NaHCO3 等），同 时吸收部分 CO2 进行预碳化， CO2 含量达到 60tt 左右， 使 此液体称为碳化氨盐水 （或中和水） 。 6、出碱液：碳化氨盐水（中和水）在碳化塔中与 CO2 充分反应，生成含有碳酸氢钠、碳酸 氢铵结晶的悬浮液，从塔底排出的液体称为出碱液。 7、冷母液：即过滤液，出碱液经过滤分离出碳酸氢钠等结晶的液体，称为冷母液。 8、热母液：冷母液在母液洗涤塔中洗涤并冷却煅烧炉气，使本身温度上升至 62℃左右，其 中重碳酸盐被预分解，即称为热母液。 9、预热母液：热母液进入蒸氨塔上部的加热分解短，被塔下部上来的气体加热，使其中绝大部分 CO2 和部分游离氨蒸出后的液体，称为预热母液。 10、调和液：预热母液在预灰桶内，与石灰乳均匀混合并进行反应，使母液中的结合氨大部 分分解为游离氨的液体称为调和液。 11、废液：调和液在蒸氨塔的加灰蒸馏段将氨蒸出后，使塔底排出的含渣液体称为废液。 12、 冷凝液：氨碱厂中含氨、CO2 的气、汽混合气经过间接换热使气体中的水蒸气冷凝成 水，气体中的 NH3 及 CO2 溶于水中。得到的水溶液称为冷凝液。来自蒸氨塔出气的称为蒸氨 冷凝液，来自煅烧炉气的称为煅烧冷凝液。 13、石灰乳：化灰工序将生石灰（CaO）消化制成的含 Ca（OH）2 的悬浮液叫石灰乳，供蒸 氨及盐水精制使用。 三、氨碱厂各种主要中间物料当量3粗盐水 一次盐水 精盐水 氨盐水 中和水 出碱液 冷母液 热母液 预热母液 调和液 废液 冷凝液（蒸氨） 石灰乳m /t 碱34.94——4.98 5.02——5.08 5.10——5.15 5.97——6.04 5.95——6.0 5.4——5.5 5.75——5.86 6.40——6.6 7.52——7.70 9.70——10.10 10.0——10.50 各厂 0.4——0.75 不等 各厂 2.30——2.55 不等m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱3m /t 碱第四节 氨碱法纯碱生产的特点 氨碱法制碱之所以在目前仍不失为最主要的纯碱生产方法，是由于它具有以下一些优 点：即原料价廉易得，它的上游工业不过是石矿的采掘和海水日晒成盐或天然湖盐开采，不 需要技术难度大的相关工业 （如合成氨等） 与之配套； 产品质量高， 特别是水不溶物含量低； 它的历史悠久，技术成熟，实现大规模连续生产，也实现了许多手工作业的机械化。生产中 氨得到了充分的循环利用，损耗量较小。它的生产物料的腐蚀性仅属于中度，多数设备、管道只须采用铸铁或碳钢制造，已能耐腐蚀等等。 其他的工业制取纯碱的方法，如联合制碱法、天然碱加工等所以在内地有较快的发展， 是由于氨碱法存在着一些缺点， 诸如： 通过冗长、 繁复的生产过程， 仅得到单一的产品纯碱， 因此，产品成本较高，纯收益较低；此法原料利用率较低，如食盐的钠利用率仅为 70～72%。 氯则完全未被利用，总的食盐利用率仅为 27.5～28.5%，未能达到很好的综合利用；氨碱法 纯碱厂需要排放大量废液和废渣， 污染江河土地。 故只能临海或在沙漠及荒无人烟处建厂排 放废液，使产品、原料运输距离拉长，工业布局不合理。 氨碱法纯碱生产的工艺与设备通过多年来的发展还有以下一些显著特点： 1、设备笨重低效； 氨碱法纯碱厂的主要化工过程大部分是吸收、 洗涤、 脱吸、 煅烧等气液、 气固传质过程， 需要有足够大的气液接触面积及足够长的接触反应时间， 因此其主体设备都比较高大。 如碳 化塔，直径有 1.83m、2.0m、2.2m、2.5m、2.0m、3.0m 及 3.2m 等多种型号，还有几种异径 塔， 如∮3m/∮3.4m、 ∮2.8m/∮3.0m 等， 高度达 25～30m， 最大型的∮3.2m 塔， 重量近 300t。 又如最大的蒸氨塔，直径∮3.2m，最大的吸氨塔，直径∮2.8m，他们的总高度达 30～48m 不等。 又如石灰窑多为内径∮4.8m/∮5.3m，加上窑衬后使外壳直径达到 6.2～7.2m，高度为 27～29m，每座窑工况下总重量接近 2000t。有些工序，由于继续延用老式设备，生产效率 不高，扩大生产后，出现了机、器、塔、桶众多成群的局面。 氨碱法碱厂的工艺设备所以笨重， 还由于它多数采用铸铁制成， 一般只能在接近于常压 下作业。因钢铁材料对氨碱厂介质相对腐蚀性较小，当温度高时耐蚀性能更差，采用钢制设 备及管道，工程寿命较短，因此尽管钢制设备承压能力大并容易制造，但钢材仍不能成为氨 碱厂的第一材料。 针对上述这一特点， 近年来人们致力于开发和引进多种高效、 紧凑的新型设备及具有优 良机械加工性质与化学稳定性的新材料， 应用于纯碱生产过程， 实现对纯碱工业的技术改造， 已经取得了长足的进步。例如，应用了大批钛制设备及部件。钛材具有比重小，比强度高， 高低温下耐蚀性能良好等特性， 在氯化物溶液中， 其耐蚀性能远比不锈钢等其他许多金属优 异，能耐孔蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀及电偶腐蚀等，耐污垢性也很好，并且有较 高的导热率，当然，由于钛材价格昂贵，也限制了更广泛的应用。 国内外碱厂已在蒸氨塔及碳化塔冷却水箱中全面或部分应用钛管。 用钛板换热器代替铸2铁的吸氨冷却排管，其总传热系数在工业运行下可高达 W/（m .K）即 1200～21500Kcal/（m .h.℃），比铸铁排管提高效率 4～5 倍。 我国钛资源十分丰富，钛矿储量居世界首位，随着钛工业的发展，钛及钛合金在碱业扩 大应用的前景是非常良好的。 2、工艺流程冗长，生产连续性强，各个工序互相牵制影响，并通过往返的物料流互相 提供优化条件。 除了个别间歇操作的部位以外，必须保持物料连续衡温地流动与温度、压力的稳定，不 发生中断，也不超出安全限度。因为物料从一个工序进入下一工序，任何一处出现事故都回 影响邻近工序，以至破坏全系统的稳定与连续，因此要组织好中间物料平衡，精心维持各工 艺指标在规定的范围，及时采取技术组织措施，消除生产的薄弱环节。此处在工序间或设备 间设置足够的中间物料储槽（桶），起到缓冲吞吐的作用，提高对生产波动的承受力。 3、氨循环 CO2 部分循环周而复始，有利于提高利用与回收率。 氨碱厂工艺操作中存在着人们熟悉的氨循环及 CO2 的部分循环。 氨循环的路线是，母液在蒸氨塔中蒸出气态氨，在吸氨塔内被盐水吸收，制成氨盐水， 送入碳化塔，从塔底取出碱浆，经过滤，此时游离氨已有 75%左右转化为结合氨，两者同时 存在于滤液中，滤液再送往蒸氨塔蒸馏出氨，进入下一个循环。 碳化尾气带出的氨，约为氨盐水总氨量的 8——9%，除钙塔（或净氨塔）被盐水洗涤下 来，返回系统。重碱带走的小部分铵盐在煅烧炉内加热分解，氨在炉气处理过程进入冷凝液 及洗水中，并入主物料流回收。 二氧化碳部分循环的路线分为两个支路：一是氨盐水碳酸化制成的重碱经煅烧炉煅烧， 分解出浓的 CO2 气即炉气，处理后送入碳化塔；二是出碱液分离下来的滤液，送至蒸氨塔上 部的加热分解短，蒸出的 CO2 等气、汽混合气，浓缩后，被吸收制成氨盐水，送到碳化塔制 碱，这样周而复始，循环往复。由于有大部分 CO2 转入产品，需以窑气补充 CO2 故称为部分 循环。 由于氨与 CO2 都是循环利用的，必须尽可能提高它们的利用率与回收率，使各工序协调 一致，整个系统处于均衡文稳定的工况下，同时要杜绝物料的跑冒滴漏和逸散损失。通过掌 握氨及 CO2 在系统的正常流转及其化合物形式的转变，注意中间产品的存量，以抓住生产的 中心环节，带动工艺管理工作。 其中特别重要的是，对煅烧炉气要最大限度地回收利用，而不使泄露及稀释。这对于提 高产量、产率都有重要作用。此外，氨碱法经历了百余年的历史，制碱技术在不断的进步， 日益成熟，制碱工作者在实践中，也积累了许多宝贵的经验，有些经验的获得甚至是付出过很大代价的。例如：制碱过程中 U 形管液封，溢流管应用较多，气升效应，虹吸效应，浆液 悬浮，气阻效应等等理论及应用都是来之不易的。现今制碱工作者可以通过捷径学习理解， 应对这些细节给于足够的注意和重视， 尽快掌握应用并大力开拓更新的技术， 为氨碱法纯碱 生产开辟更加广阔的空间。 4、具有特色盐硝联产的纯碱生产车间划分及工艺流程（如广东南方制碱有限公司）。A、盐硝车间 ⑴生产目的：回收原料卤水中的 Na2SO4 生产工厂副产品；对回收 Na2SO4 后的卤水进行处理生 产满足碱要求的饱和粗盐水。 ⑵工艺流程简述： 来自硝盐矿车间和从中堂盐矿购进的原料卤水混合进入氨蒸发器， 由液氨 蒸发间接冷冻降温度，产生 Na2SO4·10H2O 结晶后进入沉硝罐。经自然沉降分离后，脱硝卤 水经过预冷器降低进入氨蒸发器的原料卤水的温度后， 进入制盐多效蒸发器， 以来自热电车 间低压蒸汽为热源， 蒸发浓缩产生固体盐结晶。 浓缩后的悬浮液进入溶盐系统与大部分的脱 硝盐水混合， 利用盐结晶的重新溶解使脱硝卤水成为饱和粗盐水。 饱和粗盐水经旋液分离器 夹带的盐结晶后被送至重碱车间盐水岗位，用于纯碱生产。 在沉硝罐内沉淀下来的 Na2SO4·10H2O 晶浆经过过滤机分离出大部分卤水（即滤液．该滤液与原料卤水混合）后，进入热溶设备，用低压蒸汽和水重新溶解。溶液进入提硝多效蒸 发器，以热电车间送来的低压蒸汽为热源蒸发浓缩生成 Na2SO4 结晶。蒸发悬浮经离心机进行 固液分离，液体经母液池最终返回原料卤水贮罐，结晶则进入干燥器，与鼓风机送进的热空 气直接接触干燥后成为工厂副产品包装出厂。 离开干燥器的热空气经旋风除尘、 水膜洗涤后 排空。 B、石灰车间 ⑴生产目的： 利用无烟块煤或焦碳燃烧的热量， 把原料石灰石分解并对分解产生的氧化钙进 行消化，生产二氧化碳和石灰乳。对重碱车间来的蒸馏废液进行物理处理，进行固液分离， 清废液外排，固体（碱渣）装船外运或综合利用。 ⑵工艺流程简述： 采购进厂的石灰石和无烟煤块按照一定的比例混合后进入石灰窑， 通过鼓 风机把空气从石灰窑底部进入， 使无烟块煤或焦碳和石灰石燃烧， 利用无烟煤块燃烧产生的 热量令石灰石分解成为二氧化碳、 氧化钙。 二氧化碳气从石灰窑顶离开并经过窑气净化系统 除尘处理后到重碱车间压缩岗位； 氧化钙则从石灰窑底离开后进入化灰机， 与热水混合消化 成石灰乳送至重碱车间蒸吸和盐水岗位，分离出来的未分解石灰石则返回石灰窑再次利用。 从重碱送来的废液与二氧化碳在中和塔内直接接触吸收，调节废液的 pH，并分离出大 颗粒砂子后， 加入絮凝剂聚丙烯酰胺， 进入澄清桶自然沉降分离， 上层清废液经加盐酸中和， 调节 pH 调节到 6-9，经泵送到 8km 外的墩头基涌排放，下层的悬浮液进行板框压滤后，液 体返回澄清桶，碱渣装船外运，或进行综合处理（生产土壤改良剂）。 C、重碱车间 ⑴生产目的：生产重碱（碳酸氢钠）并送煅烧车间。 ⑵工艺流程简述：利用盐硝送来的粗盐水经过石灰纯碱法精制合格的精盐水,盐泥增稠后排 放。利用来自热电车间的中压蒸汽及压缩机排放的乏汽，经过减温或减压，分别送煅烧、小 苏打使用。利用精盐水、二氧化碳气和采购的液氨，生产中间产品碳酸氢钠，并送往煅烧车 间；利用来自石灰车间的石灰乳、压缩岗位送来的低压蒸汽回收生产母液中的氨，循环用于 碳酸氢钠的生产，并产生蒸馏废液，送往石灰车间净化岗位处理。 D、煅烧车间 ⑴生产目的：以重碱车间送来的中压蒸汽为热源，与重碱车间送来的重碱（碳酸氢钠）进行 间接换热加热分解成纯碱，产生的二氧化碳循环再利用，纯碱按各种规格进行包装。 ⑵工艺流程简述： 来自重碱车间的碳酸氢钠结晶在轻灰煅烧炉内与中压蒸汽间接换热， 产生 分解反应，生成纯碱产品，并分解出二氧化碳和水，从轻灰炉出来的轻灰进行凉碱炉进行降温，降温后送至包装岗位进行分类包装；如生产重质纯碱，从轻灰炉出来的纯碱进入水合机 与喷洒的脱盐水混合形成 Na2CO3·H2O（目的：产生重结晶和造粒），出来的水合碱进入重灰 煅烧炉与蒸汽间接换热，除去水分，再经过凉碱炉的降温，送至包装岗位进行分类包装。从 轻灰炉出来的气体以过旋风分离器回收纯碱， 气体进入水封槽， 回收碱液送重碱盐水岗位用， 气体经螺旋板冷却器回收氨后，二氧化碳送压缩岗位。 E、热电车间 ⑴生产目的：通过阴、阳离子交换树脂及反渗透装置，利用进厂的自来水或直流水(江水) 生产脱盐水，用于锅炉产蒸汽以及纯碱工艺生产；在锅炉内，利用烟煤和无烟煤混合燃烧产 生的热量生产蒸汽用于纯碱、芒硝工艺生产及汽轮机发电；汽轮机发电供应全厂使用。 ⑵工艺流程简述：进厂的自来水或直流水依次经过机械过滤器（去除机械杂质）、反渗透装 置（去除有机杂质）、阳离子交换床（去除阳离子）和阴子交换床（去除阴离子）后成为脱 盐水（阴、阳离子交换床分别在运行周期末期用烧碱、盐酸再生，再生水形成排放废水）， 部分送至纯碱工艺生产使用， 其余进入锅炉除氧器后成除氧水。 除氧水一部分送至纯碱工艺 生产使用，剩余部分作为锅炉给水进入锅炉。 采购进厂的烟煤和无烟煤依据质量情况按照一定比例混合后在球磨机内被磨碎成粉， 进 入锅炉燃烧，释放出热量，加热锅炉给水产生过热蒸汽。锅炉烟气夹带着燃烧后的煤灰先进 入旋风除尘器（干法分离）去除大部分煤灰（经干灰埋刮板排出系统成为干煤灰〉，再进入 水膜脱硫塔， 与含有氧化钙和氢氧化钙的碱性水直接接触进行除尘脱硫后排空。 水膜脱硫塔 的水夹带冲洗下来的煤灰进入沉淀池分离煤灰后循环使用。 锅炉产生的过热蒸汽一部分送至纯碱工艺生产使用，剩余部分进入汽轮发电机进行发 电，在汽轮机的某个压力位置，一部分蒸汽被抽取出来用于芒硝工艺生产，其余蒸汽完成发 电后被冷凝为冷凝水，返回锅炉使用。 5、老三大碱厂的主要工艺设备特点趋于工艺优化稳定（如唐山三友、连云港碱厂）。 在设计上采用了诸多新的工艺技术：1）、石灰纯碱法精制盐水首次在国内使用，该法 具有流程短、设备少、操作弹性大、设备结疤轻、精盐水质量稳定、一次性投资省等优点。 2）、首次在国内使用∮2800mm 内冷式吸收塔，该塔具有操作方便、弹性大、生产能力大等 特点。3）、首次在国内使用固相水合法生产重质纯碱，并取得了显著的成果。 大型及新型设备的采用，使大型碱厂的设计生产更加趋于合理，1）、∮24.5m 大型高 效盐水澄清桶具有设备直径大，生产能力大，澄清效果好，结构先进，效率高等性能特点。 2）、∮2800mm 内冷式吸氨塔塔高 32.18m，下部为氨盐水储存段，中部为冷却吸收段，上部为洗涤段。冷却管为∮51×1.5mm 钛管，出塔氨盐水＜70℃，生产能力可达 1000t/d 以上。2 23）、∮3m/∮3.4m 异径碳化塔塔高 29.895m，全容积 207m ，冷却面积 1379m ，27 块塔板，2固定花板，钛冷却管∮63×2mm。4）、20m 不锈钢滤碱机、∮3.6m 轻灰蒸汽煅烧炉、∮2.5m 水合机、∮3.2m 重灰煅烧炉、∮3.2m 沸腾凉碱炉、螺旋板氨气冷凝器、∮3.2m 蒸馏塔、∮ 3m 化灰机、80m 长链板运灰机、大型蒸汽驱动离心式压缩机、∮10m 纯碱筒仓等大型设备在 国内均属于第一次设计和使用。 大型氨碱厂在原设计上均采用了当时最为先进的工艺路线， 在生产过程的关键环节均采 用国内先进技术，也使整体纯碱生产技术水平有了进一步的提高；主要包括: （1）在石灰石工序采用大型竖式混装窑,这种窑具有生产能力大、热效率高等优点。上料采 用 PC 机程序控制,大幅度降低了石灰石和焦碳的消耗.该装置是当前国内氨碱法纯碱生产企 业采用的单台生产能力最大的混装窑； （2） 在盐水精制工序采用一步法精制盐水。 与传统的石灰碳酸铵法相比,该法具有工艺流程 短、设备结疤轻、盐水质量稳定、产品质量高、精制过程中不产生 CNH3、有利于提高 NaCl 转化率等优点。在澄清工序采用双锥形澄清桶,该设备集絮凝反应区、沉淀浓缩区、沉降区、 清液区于一体,结构紧凑。 （3） 在吸氨工序采用了在吸氨塔中设置冷却水箱的内冷吸氨塔。 经实践证明,内冷吸氨塔具 有以下优点:①简化了流程；②动力消耗少,运行费用低；③生产能力大,操作弹性大；④吸 收效率高,尾气含氨低；⑤冷却效率高,冷却水消耗少。 （4）在碳化工序采用异径菌帽碳化塔。该塔具有以下优点:①生产能力大；②冷却效率高； ③转化率高,碳化转化率 75%左右；④结晶质量好。 （5）在蒸氨工序采用正压蒸馏流程,使用的是直径 3.2 米,高 35.37 米的大型母液蒸馏塔。 （6）在滤碱工序采取了在滤碱洗水中添加助滤剂的措施,并取得了以下效果:①使过滤后重 碱水份降低了 1%~5%,盐份也有所降低；②煅烧用中压蒸汽约降低 30~170kg/t；③洗水量减3少 0.05~0.15m /t；④提高了滤过机及煅烧炉的能力。 （7） 为了进一步适应市场竞争、 满足国内外各类用户提出的质量要求,从德国引进了离心机、 流 化 床 等 关 键 设 备 , 增 加了 200 kt/ a 的 低 盐 重质 纯 碱 装 置 。 引 进 德 国筛 得 力 公 司 SHSZK 型双级柱锥式离心机,对真空过滤后重碱进行二次分离。 在不加洗水的条件 下,分离后重碱水份降到 12.3%,盐份比分离前降低 0.11%。使用后降低了重碱水份和盐份, 提高了产品质量,节约了能源,提高了煅烧炉生产能力,而且还可以大规模生产优质低盐纯 碱。（8） 在煅烧工序使用的∮ 外返碱蒸汽煅烧炉,是目前生产能力最大的国产煅烧 炉,生产能力 800t/d,采用变频调速控制其转速,可大大缓解前工序波动对后工序的影响。 （9）在凉碱工序采用沸腾式凉碱炉∮4000/∮,它是将 160℃的高温纯碱在流化 状态下,与冷却水进行间壁换热,将高温纯碱降温到 70℃。该方法具有操作方便,运转可靠, 生产能力大,生产费用低,基本可以实现无人操作。 （10）生产系统中自动化技术的应用，使纯碱生产更加趋于稳定。主要的纯碱生产工艺过程 控制有:①针对石灰窑上料系统中存在的问题,采用 C-200H PC 机取代原继电器连锁系统,计 算出布料器转动的最佳角度,达到了窑内煅烧物料分布均匀的目的,从而大幅度提高了窑气 浓度,降低了石灰石和焦碳消耗。②选用日本横河公司生产的 DCS 产品—μXL 集散系统取代 煅烧工序常规仪表控制,实现了煅烧工艺指标的优化,提高了生产效率,降低了消耗。③在碳 化工序选用日本横河自动化有限公司的最新一代超大规模集散控制系统 CENTUM-CS。 采用该 系统可以对碳化操作进行优化控制,还可以通过系统内部的运算功能,实现各塔的平衡进气, 对进一步改善碳化操作指标起到了重要作用。 6、引进国外纯碱装置结合国内氨碱法生产纯碱先进工艺特点（如山东海化纯碱厂）。 对于工艺流程与老氨碱厂基本工艺非常接近， 采用了海水化盐、 石灰——碳酸铵法精制 盐水、外冷式吸氨塔、泡罩蒸氨塔、碳化滤过、轻灰煅烧、沸腾凉碱、半自动化包装等工艺2和设备。从民主德国引进了九台筛板型碳化塔，四台 32m 真空过滤机，五台大型蒸汽煅烧 炉等设备；筛板型碳化塔上部吸收段直径∮3000mm，高 15750mm，共有 12 块筛板，板上有 99 个∮40mm 筛孔和一个∮600mm 溢流管，塔板开孔率 1.76%。下部塔径∮2800mm，有 8 个水 箱，总高 12790mm，水箱之间有笠帽，共 10 个，冷却用钛管，规格为∮63×2mm，每个水箱2有 303 根小管，总冷却面积 1400m ，在第 5 和第 6 水箱之间有中段气进口，在第 11 圈，即2 2变径圈有上段气进口，全塔总高 28.55m。32m 滤碱机过滤面积 32m ，转鼓∮2.5×4.41m， 由不锈钢焊接而成，转鼓外圆周上有等距的 28 根轴向长筋，将转鼓分为 28 个“蜂房”，不 用滤布， 用不锈钢滤网， 错气头的静环用石墨材质， 密封性能好。 蒸汽煅烧炉内径∮3000mm，2长 30m，加热面积 2900m ，主电机 132KW，工作时转速 7r/min，炉前带双轴桨式预混器。进 气压力 3.2MPa，进汽温度 260℃，出碱温度 210-220℃ ,炉头出气温度 105℃，蒸汽消耗≤ 1.4t/t 碱，返碱比 1：2.7。引进废液管道清扫器，用在 4.3Km 长，DN500mm 的废液管内清3除结疤，效果良好。螺杆压缩机的型号为 LG63C-430/3.8，打气量 430m /min，出口压力30.38MPa，配 2000KW 汽轮机驱动；离心式真空机的型号为 D630-32，抽气量 630m /min，配 664KW 汽轮机，617r/min。在自动化控制方面均采用了最先进的自动调节控制系统，如盐水的杂水温度自动调节；石灰窑上料、称量、出料等程序控制；母液蒸馏，选用可清洗 PH 计 测量调和液槽出口液，调节塔顶灰乳进量，中部温度调节进汽量；吸氨氨盐水温度调节冷却 水量；碳化进气、进液的自动调节，出碱温度调节进水量；滤过盐分自动分析，自动调节洗 水量；煅烧预混器温度自动调节进重碱量，以及出碱温度自动调节进汽量，和一整套开炉停 炉自动联锁装置；压缩系统的一整套自动报警、联锁、压力自调等装置；还有窑气和碳化尾 气中 CO2 红外线自动分析仪等装置。 纯碱生产工艺流程为： ┌────┐ ┌────┐ ┌───┐ ┌───┐ 石灰石│ │原盐 │ │海水 │ │石灰石│ │焦炭 │ └────┘ └──┬─┘ └───┘ └───┘ ↓ │ ↓ ↓ ┌────┐ │ ┌───┐ 石灰窑├──┐ │化盐 │←───┘ │石灰窑├──┐ └────┘ └───┘ │ ↓ ↓ │ ┌────┐ ┌───┐ │ │←────────────────┤化灰 │除镁 │←────────────────┤化灰 │ │ └────┘ └─┬─┘ │ │ │ ┌────┐ │ │ 一次澄清│ │一次澄清│ │ │ └────┘ │ │ ↓ │ │ ┌────┐ │ │ ┌→│除钙 ┌→│除钙 │ │ │ │ └────┘ │ │ │ ↓ │ │ │ ┌────┐ │ │ 二次澄清│ │ │二次澄清│ │ │ │ └────┘ │ │ │ ↓ ↓ │ │ ┌────┐ ┌───┐ │ │←────────────────┤蒸馏 │ │吸氨 │←────────────────┤蒸馏 │ │ │ └────┘ └─┬─┘ │ │ ↓ ↑│ ↓ │ ┌────┐ ││ ┌──┐ └─┤碳化 │←─────────────────┼┼───┤压缩│ ─────────────┼┼───┤压缩 └─┤碳化 │←─────────────────┼┼───┤压缩│ └────┘ ││ └──┘ ↓ ││ ↑ ┌────┐ ││ │ │真空过滤├──────────────────┘│ 真空过滤├──────────────────┘│ │ └────┘ │ │ ↓ │ │ ┌────┐ │ │ 轻灰煅烧├───────────────────┼─────┘ │轻灰煅烧├───────────────────┼─────┘ └─┬──┘ ┌───┐ ┌────┐ │├───→│水合 │→│重灰煅烧 重灰煅烧│ ├───→│水合 │→│重灰煅烧│ │ └───┘ └────┘ ↓ ↓ ┌────┐ ┌────┐ │凉碱 │ │凉碱 │ └────┘ └────┘ └────┘ ↓ ↓ ┌────┐ ┌────┐ │包装 │ │包装 │ └────┘ └────┘ ↓ ↓ ┌────┐ ┌────┐ 轻质纯碱│ 重质纯碱│ │轻质纯碱│ │重质纯碱│ └────┘ └────┘│ │ ↓ ┌─────┐ │废液排放 │ └─────┘ ↓ ┌─────┐ │ 渣汤 │ └─────┘7、新中型氨碱厂引进荷兰阿克苏制碱工艺设备的特点（如内蒙古吉兰泰碱厂） 在工艺装置、设备选型、技术经济指标参数方面始终坚持高起点、高标准、高要求和立 足国内、引进吸收的原则，该装置集中采用了一大批国内纯碱业近年来的新技术成果。如： 大型 ?×29895 异径碳化塔；带抛料机的 ? 自身返碱蒸汽煅烧炉；废 液闪发器及废液余热回收； 钛平板换热器用于氨盐水冷却及气体冷凝； 传热及回收融于一体 的 ? 大型内冷式吸氨塔；改良道尔式带有中心套筒的∮1 斜板式盐 水澄清桶；石灰—纯碱法盐水精制工艺；大小机制配套的 LG290/3.8 电动螺杆 CO2 压缩机； 钢及纯钛材制造的 ? 大型蒸氨塔； 大型高效节能的 ? 石灰窑； ∮2500 ×19200 化灰机新结构及热回收装置等。在充分利用了国内成熟的先进技术设备的同时，又 引进了荷兰阿克苏公司的过滤、煅烧、重质化工艺技术；美国艾姆科公司引进了 ?2401×22400（F=18.5m ）滤碱机及仪表；瑞士苏尔寿公司引进了 1×8000 重灰沸腾干燥 /冷却器；荷兰阿克苏公司引进了∮ 腰鼓式水合机；从德国哈菲尔公司引进了 2NWEDO-DP-85（Q=900bag/h 小袋和 Q=15bag/h 大袋）小袋包装机等技术和设备。这些先进 技术设备的采用，提高了生产技术装备水平，使其在国内同行业中处于领先地位。 盐水工序增设了一台? 的粗盐水桶，可与原桶串联或并联使用，并对盐泥系 统进行技术改造，增设一套盐泥压滤回收装置（XAE-F 型化工专用板框压滤机），盐泥经压 滤回收盐装置，以满足生产要求和降低盐耗。吸收工序增设一台?1 的氨盐水澄 清桶，以提高产品质量，增加中间物料缓冲量，减少生产波动。石灰工序增设一座?4800× 29000 的石灰窑，以解决因石灰窑检修无备用窑时无法实现连续生产的问题，同时增设了一 台? 的化灰机和一台外置式灰乳转筛，以解决化灰机检修时无法实现连续稳定生产和灰乳含沙量大的问题。压缩工序将原列管式 CO2 后冷却器改造为压降小的旋流板冷却 塔，增设 ? 旋流板冷却塔两台与原列管换热器并联交换使用，以提高制碱用 CO2 的压力和换热效率。碳化工序增设一座?×29895 的碳化塔，以充分挖掘制碱设备 的生产潜力， 进一步优化工艺操作， 并且五塔一组新编的碳化操作方式已经打破了纯碱行业 传统制碱习惯，使其在生产能力和平稳操作方面有了新的突破，单塔制碱时间大大增加，也 减少了各项损失，增产效益和节能效益非常可观。煅烧工序增设 Dg100 的中压蒸汽管线，并 对滤碱机调速部分进行改造，使其生产能力提高，对煅烧炉返碱管及炉头密封进行了改造， 使其生产能力大大提高，并对煅烧炉气冷却系统进行了改造，使其运行更加合理，完全满足 生产需求。增设一台 YL—2 型凉碱机，以改善成品轻灰包装环境，降低了因高温包装编织袋 老化损耗严重的问题， 煅烧炉气系统改造解决了原工艺设计方面存在的缺陷， 使制约生产的 “瓶颈”彻底得到解决。包装工序增设了双层皮带运输线，以解决原设计单一产品生产线的 不足，又增设了一台 BFT-3 型自动包装机，彻底解决了技改后的生产需求。对全厂污水进行 了二次回收利用，回收污水用在冷却石灰窑气和压缩机出气 CO2 上，不仅能够保护环境免受 污染，而且更能促进我厂生产的发展。 8、新大型氨碱厂自主开发研究制碱生产工艺特点（如青海碱业、山东海天化工公司）。 100 万吨/年纯碱项目采用先进的索尔维法（氨碱法）生产工艺，是目前世界上氨碱法 制碱工艺单套装置能力最大的纯碱生产线。其主要特点是： 1）.技术先进可靠，（1）盐水工序采用了石灰——纯碱法精制盐水（苛化一步法）； （2）吸收工序采用了现今最为高效的内冷与高低真空分开吸收塔技术； （3）碳化工序采用 了现金较为成熟的∮3000/∮mm 大型异径碳化塔技术；（4）蒸馏工序采用了引 进∮3000 大型筛板蒸馏塔技术；（5）沸腾凉碱等技术属国内外最先进成熟的技术，因此其 技术水平为国内外领先；（6）盐泥采用三层洗泥桶洗涤回收盐分，外排盐泥又采用板框式 压滤机压滤回收盐分技术，均处于行业领先水平；（7）重质纯碱的生产采用固相水合和液 相水合法两种先进工艺设备进行生产。（8）包装工序采用了现今最为先进的全自动包装机 和全自动码垛机技术，大大降低了人工劳动强度。32）.设备高效大型化， （1）采用的主要设备盐水澄清桶直径为∮24.5m， 容积为 2784m ， 为国内外同行业最高效的设备；（2）筛板蒸馏塔为天津渤海化工集团引进的俄罗斯专有技 术；（3）异径碳化塔和∮2800 内冷吸收塔为中国成达化学工程公司开发的国内外纯碱行业 最先进、生产能力最大的设备；（4）石灰窑直径 5.3m 高 37.5m，化灰机直径 3.0m，均为同 行业生产能力最大和最先进的设备；（5）螺杆压缩机为上海压缩机有限公司生产的国内抽气能力最大的 435 型螺杆压缩机，并采用蒸汽轮机驱动；（6）滤碱机为成都天保机械有限2公司制造的国内外最先进的 20m 大型真空转鼓滤碱机；（7）轻灰煅烧炉为大连化工机械有 限公司研制的国内最成熟的￠ 的蒸汽煅烧炉；（8）重灰煅烧炉为四川矿山机 械有限公司生产的￠ 自身返碱蒸汽煅烧炉，该设备节能效果显著。（9）水合 机采用的是引进设备￠ 腰鼓式水合机，该设备具有碱水混合均匀、不宜结疤、 一水碱粒度大等特点。因此青海碱业装备水平非常先进。 3）.自动化程度高，全厂生产控制采用计算机 DCS 系统，为国内外纯碱行业最先进的控 制技术。 4）.供热供电热电联产，部分中压蒸汽先经发电后降为低压蒸汽分级使用，能源利用率 高。 5）.广泛采用钛材、不锈钢、非金属材料，产品质量好，生产消耗低。100 万吨/年纯 碱项目按 GB210.1—2004 优等品重质纯碱设计，总碱量大于 99.2%,氯化钠小于 0.7%，铁份 小于 0.0035%，堆积密度大于 0.9，粒度大于 70%，符合出口标准，同时可以满足 30 万吨/ 年轻质纯碱和食品碱的需求。 也同时能够满足 40 万吨/年 I 类优等品重质纯碱的需求， 产品 总碱量大于 99.4%， 氯化钠小于 0.3%， 铁份小于 0.003%， 堆积密度大于 0.85， 粒度大于 75%， 主要满足国际市场竞争和高端玻璃产品的原料需要。 6）制碱工艺更加完善可靠节能降耗。 （1）、盐水工序是制备合格的精盐水供吸收工序吸氨，并洗涤盐泥，尽量回收盐份， 降低盐的消耗。盐水精制采用石灰-纯碱法工艺是首先将石灰乳与纯碱液（其中含有部分-HCO3 ）反应生成苛化液，将苛化液与饱和粗盐水反应，经一次澄清即可获得合格的精盐水。 该工艺的优点是：工艺流程短，设备台数少，操作简单，投资省，精盐水质量高。化盐方式 采用了地下化盐的方式，化盐池位于盐堆场边，用推土机将盐推入化盐池，饱和粗盐水流入 缓冲池内， 用泵将饱和粗盐水打入反应罐。 该工艺方案可省去了 200 米以上的高架栈桥和皮 带及盐水厂房的化盐桶框架部分。在设备选型方面，选用∮24.5m 高效大型澄清桶二台，代 替传统的道尔型澄清桶四台，节约了大量的投资。 （2）、石灰工序的任务是制备石灰乳和提供清洁的石灰窑气。其工艺流程国内各碱厂均 大致相同。但在石灰窑的操作控制方面，实现了 PLC 自动控制。从自动配焦、自动上料、窑 顶上下钟帽的开合、分石器的布料等均为自动操作。在石灰窑的设备选型上，对原φ7200/ φ4800 窑进行改造， 改成为φ7200/φ5300 窑， 该窑为现今纯碱行业中最为先进和生产能力 最大的石灰窑。化灰机也采用∮3.0m 的大型化灰机，窑气洗涤塔和电除尘器均为行业领先水平的设备，石灰工序采用的技术是国内纯碱工业数十年来的成熟可靠的生产技术。 （3）、蒸吸工序的任务是制备合格的氨盐水和从蒸馏母液回收氨。在传统的氨碱法工 艺中，蒸氨塔均为菌帽式。由于蒸氨塔的结疤，生产操作一个月就必须停下来清塔，清塔工 作繁重，工作环境差，利用机械工具人工清理，工人劳动量非常之大。采用引进俄罗斯技术 筛板式蒸氨塔，使以前无法克服的恶劣繁重的清塔工作变得简单化、容易化，可以说这是彻 底改变和克服菌帽式蒸氨塔的缺点一次革命。 同时筛板式蒸氨塔具有操作稳定、 操作弹性大、 生产能力高的优点。采用菌帽式蒸氨塔需要 8 台，规格为φ3200；采用筛板式蒸氨塔仅需 5 台，规格为φ3000。吸氨塔是吸收工序的关键设备，吸氨塔在设计中选用了先进且运行可靠 的∮mm 内冷式吸氨塔，简化了流程，降低了换热器的维修工作量，既方便了操 作，又降低了生产成本。另外母液与淡液分开蒸馏，蒸馏废液采用二级闪发技术，可以使每 吨碱节约蒸汽 300kg。淡液蒸馏后可作为脱盐水用于生产装置,节约淡水的消耗。对于蒸氨 塔出气的冷凝冷却国内近十几年进行了许多的方案选择：最早为水箱式，冷却水消耗高，效 率低，投资高，成本高。后来使用钛板换热器，由于板间距缝隙小，使其系统阻力降大，且 通常易结疤，需经常酸洗或拆洗；也有选用螺旋板换热器进行氨气冷却的，用钛材价格贵， 用双相钢耐腐蚀性能差且设备寿命短。 随着国内钛工业的发展， 当前该工况选用钛管式水箱 换热器，该设备可直接布置在蒸馏塔顶，冷凝液自流回塔，总投资并不会增加，但是操作简 单了，长期的运行费用减少了。 （4）、碳化工序是将氨盐水与 CO2 气（来自石灰窑的窑气 CO2，38～40%；和来自轻灰 煅烧炉的炉气 CO2，83～87%）在碳化塔中逆流接触反应生成 NaHCO3 结晶，再经转鼓真空过 滤机将结晶与母液分离，母液送到蒸吸车间，循环使用，滤饼（重碱）送往煅烧车间。碳化 的主要反应原理是，液体在碳化塔上半部吸收 CO2，达到饱和、过饱和生成细小的结晶，在 下半部继续吸收 CO2，结晶逐渐长大，为提高 NaCl 的转化率，降低 NaHCO3 在液体中的溶解 度，碳化塔的下半部设有水箱，用冷却水将反应热移走。碳化塔一组一般不超过 5 台，因此 碳化塔规格的选择要按工厂能力和塔的能力相匹配， 并尽量减少塔的台数为原则。 从索尔维 开发出的塔型到目前的塔型变化不大，俗称笠帽式碳化塔，塔的下部为冷却水箱，但塔的规 格逐渐放大。该塔的系列规格大致有：φ1000、φ1600、φ2000、φ2500、φ3000/φ3400 等。 其中我国化工部第八设计院开发的φ3000/φ3400 异径笠帽式碳化塔是代表着我国最先 进的碳化技术水平，已在国内大型的纯碱企业大量采用，技术装备成熟可靠。除了笠帽式碳 化塔外，尚有德国开发了筛板式碳化塔，该塔的结构为塔上半部的笠帽改换为筛板，其它型 式不变。但由于液体在塔内停留时间短，其结晶粒度较细，转化率相对也较低一点。如筛板碳化塔的结晶沉降时间一般在 200 秒以上，转化率一般小于 73%。而φ3000/φ3400 异径笠 帽碳化塔的结晶沉降时间一般小于 200 秒，大约在 180 秒以下，而转化率一般均大于 73%， 故采用φ3000/φ3400 异径笠帽式碳化塔。 （5）、滤过工序是纯碱生产的重要环节之一，主要是利用滤碱机将碳化的结晶与母液 分离，母液送到蒸吸工序，循环使用，滤饼（重碱）送往煅烧工序。滤碱机是制碱生产中重 要的设备之一；以往的滤碱机转鼓和碱液槽的材料均为铸铁，耐腐蚀性较差，现在一般采用 316L 不锈钢制造，错气盘也采用了特殊材料，不仅耐腐蚀、密封性好，还提高了通道面积， 相应提高了生产能力，降低了真空度。 （6）、轻灰、重灰工序的任务是将湿的重碱在蒸汽煅烧炉内加热分解，制成轻质纯碱， 根据市场情况或经凉碱后送去包装， 或送去重灰工序。 十几年前选用大型外返碱煅烧炉有的 从日本引进，有的从德国引起，价格显然比较高。近年来国内设计制造的φ3m 炉经过改造 和试用，其炉能力、机械性能等均可同国外设备相比，因而选用国内生产φ3m×30m 外返碱 回转式蒸汽煅烧炉，其公称能力为 600 吨/日，选用六台，开五备一。轻灰凉碱以往选用沸 腾炉，炉气粉尘难以处理，不仅浪费产品，而且污染环境。设计选用双螺旋推料式凉碱机， 冷却效果好且无粉尘污染，流程短操作简单。设置炉气洗涤塔，不仅净化炉气，防止炉气管 道结疤，还能降低炉气温度。洗涤炉气碱尘的洗涤水可用于化碱后，再用于盐水精制。重灰 生产工艺主要包括：固相水合法、挤压法、液相水合法。固相水合法流程短但不能降低产品 中的盐份，且粒度不好。挤压发世界上用的不多，省水但产品粒度不太好，也不能降低碱中 的盐份，车间碱尘大。液相水合其工艺流程较固相水合法长、操作复杂些。但液相水合制取 的重质纯碱质量上有一个突出的优点是产品盐份低且粒度均匀，可使产品中的盐份由 0.7%~0.8%降到 0.3%以下，真正达到国际标准的优质产品。该装置选固相水合法和液相水合 法两种方法制重灰，这样可以根据用户的需求安排生产。 （7）、近几年重灰煅烧凉碱方案大多选用德国沸腾床，该工艺是将干燥、冷却、分级 在一个设备中完成，流程简单产品粒度好。但电耗量大，能耗高，提高了产品成本。该工艺 是综合了引进技术的精华，博众家之长，干燥仍采用操作平稳的回转式蒸汽煅烧炉，冷却用 国产化的沸腾床。重灰炉气冷凝塔传统上多用铸铁塔，效率低又笨重，选用波纹管换热器， 设备小巧，投资省。固相水合法生产重灰石八十年代从荷兰 AKZO 公司引进，现在已在我国 大量采用，技术成熟可靠。液相水合法生产重灰是由生产低盐优质重质纯碱的方法，由天津 渤海化工设计院设计， 目前完全掌握此项技术的企业在国内并不多， 该生产技术是生产低盐 优质重灰的关键所在。（8）、压缩工序是将轻灰煅烧工序来的炉气、石灰工序来的窑气压缩到一定压力，分 别经炉气冷却器和窑气冷却器冷却后送往碳化工序。过去一直使用往复式压缩机，能力小， 电耗高，维修工作量大，现已逐步被淘汰。离心式压缩机适用于大型碱厂，但对窑气的含尘 量要求较严， 维修量较大， 还需要二级压缩二级冷却。 随着国内螺杆压缩机技术的不断成熟， 其在纯碱厂的应用越来越多， 现已形成产品规格系列化。 螺杆压缩机对窑气的含尘量没有离 心机苛刻，维修工作量小，单机压缩可达 4.8Mpa(A)。所以大型纯碱厂选用螺杆压缩机是适 合的。压缩工序采用的技术是国内纯碱工业数十年来的成熟可靠的生产技术。第五节 溶液浓度的表示方法及其换算 一、浓度的几种表示方法 1、百分比浓度（%） 用溶质的质量占全部溶液质量的百分比来表示溶液的浓度， 叫做质量百分比浓度， 简称 百分比浓度。 百分比浓度=溶质的质量/溶液的质量×100% =溶质的质量/(溶质的质量+溶剂的质量) ×100% 例 1、把 146gNaCL 溶解在 500g 水中，求所得溶液的百分比浓度是多少？ 解：百分比浓度=146/（146+500）×100%=22.6% 例 2、 配制 20%的 NaCL 溶液 400g，需要 NaCL 和水各多少 g？ 解：NaCL 量=400×20%=80g 2、克/升浓度（g/l） 在生产中，有时量取溶液的体积比称取溶液的重量方便，以 1L 溶液中所含溶质的 g 数 来表示溶液的浓度，叫做克/升浓度。 克/升浓度=溶质的克数（g）/溶液的体积（l） 3、摩尔浓度（mol/l） 以 1L 溶液中所含溶质的 mol 数来表示溶液的浓度，叫做摩尔浓度。 摩尔浓度=溶质的 mol 数/溶液的体积（l） 式中：溶质的 mol 数，等于溶质的质量（g）除以其 mol 质量（g/mol），其中溶质的 mol 质量就是以 g 为单位， 数值上等于该溶质的分子量。 例如： 3 17 g/mol； 2O18 g/mol； NH H CO244 g/mol；NaCL58.5 g/mol 等等。 例 3、 每升溶液中含有 NaCL210g，求此溶液的摩尔浓度？若取这种溶液 200ml ,问其 水量=400—80=320g中含有 NaCL 多少摩尔？ 解：摩尔浓度=210÷58.5=3.59(mol/l) NaCL 含量=3.59×200/ （mol） 4、当量浓度（N） 当量浓度是以 1 升溶液中所含有溶质的克当量数来表示的。 当量浓度（N）=溶质的克当量数/溶液的体积（L） 当量浓度在数值上等于摩尔浓度乘以化合价，即 N= mol/L×化合价 例如：1 mol 浓度的 Na2CO3（106g/l）等于 2N。 5、滴度（tt） 滴度是盐碱行业常用的浓度单位，是以当量浓度（N）的 1/20 为单位来表示的浓度，即 1N 等于 20tt。 6、ppm 浓度-6ppm 表示百万分之一， 10 。 即 用溶质的质量占溶液质量的百万分比来表示溶液的浓度， 叫做 ppm 浓度。-6Ppm 浓度=溶质的质量/溶液的质量×10 例如：10ppm 即为百万分之十。 二、溶液浓度的换算 1、由克/升浓度换算成百分比浓度 百分比浓度=克/升浓度/（溶液密度×1000）×100%3例 1:在 20℃的盐水溶液中，NaCL 溶解度为 313.93g/l 溶液密度 1196kg/m ，求其百分 比浓度。 解:NaCL 浓度=313.93/% =26.25% 2、由百分比浓度换算成克/升浓度 g/l 浓度=100×密度×百分比浓度 例 2：某溶液密度为 1.2kg/l 时含 NaCL18.5%，问每升溶液中含 NaCL 多少克？ 解：NaCL 浓度=1000× 1.20× 18.5%=222g/l 3、由百分比浓度换算成摩尔浓度 摩尔浓度=1000×密度×百分比浓度/溶质摩尔质量 例 3：某溶液中含 NH4CL18%时密度是 1.13kg/l，问其中的 NH4CL 的摩尔浓度是多少？是 多少 g/l？解：NH4CL 摩尔浓度=×185/53.5=3.8mol/l=53.5×3.8=203.4g/l 4、由摩尔浓度换算成百分比浓度 百分比浓度=溶质摩尔质量×摩尔浓度/（1000×溶液密度）×100% 例 4：某溶液中含氨 4.6mol/l 时密度是 1.13kg/l，问溶液中氨的百分比浓度是多少？310m 溶液含氨多少千克？ 解：①氨浓度=17×4.6/（）×100%=6.92% ②含氨量=×6.92%×10=782kg 或=17×4.6×10=782kg 5、由 ppm 换算成百分比浓度6百分比浓度=ppm÷10 ×100%3例 5：某溶液中含水不溶物 600ppm，若用百分比浓度表示是多少？10 m 溶液中含水不 溶物多少 kg？（溶液密度 1.2 kg/l）6解：①百分比浓度=600÷10 ×100%=0.06% ②水不溶物含量=×10×0.06%=7.2kg 例 6：溶液中含 Na2CO320tt，求此溶液中 Na2CO3 的摩尔浓度？该溶液中每升含 Na2CO3 多 少克？ 解：摩尔浓度=20÷20÷2=0.5mol/l Na2CO3 含量=106×0.5=53g/l3例 7： 某溶液中含 NH3112tt， 求此溶液中 NH3 的摩尔浓度？该溶液 15 m 含 NH3 多少 kg？ 解：①摩尔浓度=112÷20÷1=5.6 mol/l ②NH3 含量=17×5.6×15=1428 kg
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