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广东南方制碱生产工艺步骤介绍

一、南碱企业概况
广东南方制碱分为厂区和矿区，厂区在广州市东部黄埔区南岗，北接广深公路和高速公路，南濒东江，水陆交通便利，占地面积17.22万平方米，该地域是广东省计划经济技术发展区，现在已具规模，有多个世界著名企业在此投资建厂，仅玻璃行业就有八条生产线投入运行。矿区在广州市北郊龙归镇，占地面积3.75万平方米，经过46公里输卤管道和厂区连接。企业自有盐矿、4个500吨级泊位码头、热电装置和完善基础设施。
南碱企业纯碱工程是广州市“八五”计划关键建设项目之一，设计生产规模为年产纯碱15万吨、芒硝5.6万吨，概算总投资7.84亿元人民币，是华南地域唯一大、中型化工原材料生产企业，全国十大纯碱生产企业之一，现为广州市国际信托投资企业（广州国际集团）直属企业。纯碱装置于91年1月开工建设，94年2月一次投料试车成功，97年生产纯碱20万吨，达成设计生产能力，97年9月正式完工验收。硝盐矿区在西郊白云区龙归镇，矿产丰富，含有每十二个月开采160万立方米卤水能力。
南碱企业纯碱生产采取氨碱法工艺，引进比利时索尔维企业含有世界优异水平工艺技术和部分国外优异单机设备及检测仪表，综合了中国制碱行业优异技术；自备热电站、能源利用合理，曾被广州外经贸委评为“优异技术企业”。
南碱企业产品有轻质纯碱、重质纯碱、食品纯碱和付产品芒硝。企业在广东省内已建立拥有两百多家厂商销售网络，并在努力开拓国外销售市场。
经过十余年不停改造和调整，南碱企业现在纯碱生产装置能力已达30万吨／年，芒硝8万吨/年。企业现有职员1028余人，各类专业技术人员170人，拥有固定资产7.6亿元，连续多年盈利。销售收入3.2亿元，实现利税3000万元，企业发展面临很好内、外部环境。

二、南碱工艺选择
2．1 南碱工艺路线确定标准和依据
现在中国纯碱生产关键采取氨碱法和联碱法两种生产工艺，少许以天然碱为原料加工制作。氨碱法因不需要配套合成氨装置，纯碱产品质量优异而备受欢迎，现在中国大规模纯碱生产装置仍以氨碱法为主。
氨碱法和联合制碱法相互比较
⑴氨碱法生产纯碱以合成氨作为中间媒介一直在系统中循环利用，联合制碱法是将中间产物氯化铵作为产品分离出来。
⑵氨碱法是传统生产工艺，已经有百余年历史，工艺成熟可靠，产品质量优异，远远优于联碱法产品质量。
⑶氨碱法产品品种专一，中间媒介合成氨是严格控制指标，因为全系统处于常温常压状态，工艺过程控制方便单一，安全稳妥可靠。
⑷氨碱法需要对母液蒸馏回收氨气，能够充足利用低位能源，在能源利用平衡方面占有优势，缺点是大量废渣排除堆放不雅观 。
广东南方制碱原有装置以粗盐水、石灰石、氨及无烟煤为原料，采取氨碱法生产轻质纯碱，以固相水正当生产重质纯碱。

2.2工艺原理
⑴工艺原理
氨碱法生产纯碱为比利时人solvay 所首创，故也称索尔维制碱法。它是以食盐和氯化钠为原料，在氨参与下，经过一系列反应而制得。
①氨盐水碳酸化生成碳酸氢钠沉淀
NaCl+NH3+CO2+H2O = NaHCO3+NH4Cl
这一过程在碳化塔中进行。
②因为NaCl水溶液不能吸收CO2，故必需先用NaCl溶液吸收NH3制成氨盐水，再吸收CO2，吸氨是在吸氨塔中完成
③氯化钠溶液能够是从盐井中直接汲取卤水，也能够用固体食盐溶解制成。不管何种氯化钠溶液，其中全部或多或少地含有Ca2+、Mg2+等杂质，它们在氨化或碳酸化过程中会生成CaCO3、Mg(OH)2、MgCO3及其它不溶性复盐，堵塞设备和管道，影响传热和成品质量。故盐水在进入吸氨塔前必需除去这些杂质。其精制方法是加入碱性物质如Ca(OH)2和Na2CO3等，使生成沉淀：Mg2++2OH-= Mg(OH)2↓ Ca2++CO32-= CaCO3↓
生成沉淀可借沉降法除去，沉淀后盐水称为精制盐水。
④碳化反应生成NaHCO3固体，经过滤分离以后，送入煅烧炉中，在160℃以上高温煅烧，即得纯碱：NaHCO3 = Na2CO3+ CO2+ H2O
煅烧放出气体称为炉气，经冷却，吸收除去氨后，压缩返回碳酸化塔。
⑤滤过分离母液中关键含NH4Cl，当加热蒸馏时，母液中碳酸氢铵和氢氧化铵首先分解以气相逸出。含有氯化铵溶液，送入调和槽中，加入石灰乳，在不停搅拌下，使其进行以下反应：2NH4Cl+ Ca(OH)2 ===2NH4OH+ CaCl2
然后将调和槽出口溶液送入蒸馏塔，在加热情况下，回收得到氨气，和淡液蒸馏塔分解得到氨气一起送往吸氨塔吸氨制成氨盐水。塔底部排走溶液称为蒸馏塔废液，通常情况下直接排弃。
⑥氨盐水碳酸化所使用二氧化碳、蒸馏氯化铵所需要石灰乳是由石灰石煅烧而得到：CaCO3= CaO + CO2
石灰石煅烧是在石灰窑中进行。产生CO2气，浓度在40%左右，称为窑气，经过除尘、冷却和压缩后送去碳酸化塔中部用作碳酸化，得到固体产品即为石灰。
为了易于调整和便于输送，送往调和槽分解氯化铵石灰通常先制成石灰乳。将石灰和热水一起送入消化机中，在近于沸腾情况下石灰进行消化而成悬浮液，即为石灰乳。
CaO + H2O= Ca(OH)2
⑦氨碱法生产关键化学反应能够表示为:
NaCl+ CO2+ NH3 + H2O = NH4Cl + NaHCO3
CaCO3 = CaO + CO2
NaHCO3 = Na2CO3+ CO2+H2O
CaO + H2O = Ca(OH)2
NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+H2O+NH3

现在工艺步骤
（一）盐硝车间
⑴生产目标
回收原料卤水中Na2SO4生产工厂副产品；对回收Na2SO4后卤水进行处理生产满足碱要求饱和粗盐水。
⑵工艺步骤简述
来自硝盐矿车间和从中堂盐矿购进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原料卤水温度后，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。浓缩后悬浮液进入溶盐系统和大部分脱硝盐水混合，利用盐结晶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Na2SO4·10H2O晶浆经过过滤机分离出大部分卤水（即滤液．该滤液和原料卤水混合）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，和鼓风机送进热空气直接接触干燥后成为工厂副产品包装出厂。离开干燥器热空气经旋风除尘、水膜洗涤后排空。

（二）石灰车间
⑴生产目标
利用无烟块煤或焦碳燃烧热量，把原料石灰石分解并对分解产生氧化钙进行消化，生产二氧化碳和石灰乳。对重碱车间来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工艺步骤简述
采购进厂石灰石和无烟煤块根据一定百分比混合后进入石灰窑，经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，和热水混合消化成石灰乳送至重碱车间蒸吸和盐水岗位，分离出来未分解石灰石则返回石灰窑再次利用。
从重碱送来废液和二氧化碳在中和塔内直接接触吸收，调整废液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，调整pH调整到6-9，经泵送到8km外墩头基涌排放，下层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）。

（三）重碱车间
⑴生产目标
生产重碱（碳酸氢钠）并送煅烧车间。
⑵工艺步骤简述
利用盐硝送来粗盐水经过石灰纯碱法精制合格精盐水,盐泥增稠后排放。
利用来自热电车间中压蒸汽及压缩机排放乏汽，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；利用来自石灰车间石灰乳、压缩岗位送来低压蒸汽回收生产母液中氨，循环用于碳酸氢钠生产，并产生蒸馏废液，送往石灰车间净化岗位处理。

（四）煅烧车间
⑴生产目标
以重碱车间送来中压蒸汽为热源，和重碱车间送来重碱（碳酸氢钠）进行间接换热加热分解成纯碱，产生二氧化碳循环再利用，纯碱按多种规格进行包装。
⑵工艺步骤简述
来自重碱车间碳酸氢钠结晶在轻灰煅烧炉内和中压蒸汽间接换热，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，从轻灰炉出来纯碱进入水合机和喷洒脱盐水混合形成Na2CO3·H2O（目标：产生重结晶和造粒），出来水合碱进入重灰煅烧炉和蒸汽间接换热，除去水分，再经过凉碱炉降温，送至包装岗位进行分类包装。从轻灰炉出来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。

（五）热电车间
⑴生产目标
经过阴、阳离子交换树脂及反渗透装置，利用进厂自来水或直流水(江水)生产脱盐水，用于锅炉产蒸汽和纯碱工艺生产；在锅炉内，利用烟煤和无烟煤混合燃烧产生热量生产蒸汽用于纯碱、芒硝工艺生产及汽轮机发电；汽轮机发电供给全厂使用。
⑵工艺步骤简述
进厂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，其它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，剩下部分作为锅炉给水进入锅炉。
采购进厂烟煤和无烟煤依据质量情况根据一定百分比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煤灰优异入旋风除尘器（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，和含有氧化钙和氢氧化钙碱性水直接接触进行除尘脱硫后排空。水膜脱硫塔水夹带冲洗下来煤灰进入沉淀池分离煤灰后循环使用。
锅炉产生过热蒸汽一部分送至纯碱工艺生产使用，剩下部分进入汽轮发电机进行发电，在汽轮机某个压力位置，一部分蒸汽被抽取出来用于芒硝工艺生产，其它蒸汽完成发电后被冷凝为冷凝水，返回锅炉使用。