改造农铵系统生产工铵

2014-12-02王刚

杭州化工 2014年1期

王刚

（杭州龙山化工有限公司，杭州萧山区311228）

杭州龙山化工有限公司整体搬迁联碱分厂，I期于2010年投入生产，设计生产能力为年产20万t 纯碱，22.5 万t 氯化铵。 2012年，通过II 期建设、工艺技改、设备能力挖潜等方式，提高了生产能力以及紧急情况下的续产能力，现生产能力为30 万t 纯碱，34 万t 氯化铵。。

目前杭州龙山化工有限公司只能生产农业用氯化铵，产品利润低，而且受季节因素影响较大，价格和销量波动明显。工业用氯化铵不仅利润较高，而且其应用范围很广，可应用于电池、电镀、金属焊接、染料、印刷和医药等方面，价格和销量相对比较稳定。

1 制铵生产工艺

本公司采用联合制碱法生产纯碱和氯化铵。该法分二个过程：第一过程为生产纯碱的过程，称为制碱过程；第二过程为生产氯化铵的过程，称为制铵过程。两个过程构成一个循环系统，向循环系统中连续加入原料：氨、氯化钠、二氧化碳和水，不断地生产出纯碱和氯化铵。

制铵过程的工艺流程按制冷方法分，有外冷结晶和真空结晶，按盐析结晶的晶浆取出方式的不同，又分为并料流程和逆料流程。本公司采用外冷结晶和逆料流程。

制铵生产工艺过程是：将碳化车间送来的热氨母液（工艺简称AI，下同），用母液换热器降温后，经计量送到冷析结晶器的中心循环管，与通过外冷器降温后的循环母液（又称半II）一起到结晶器底部，分布上升。循环母液经外冷器降温后，产生了过饱和度，促使结晶生成和成长。如此循环降温，析出氯化铵结晶。固体取出后经稠厚器稠厚后离心得到产品氯化铵。冷析结晶器溢流液流入盐析结晶器。

原盐由皮带送至盐析结晶器中心循环管内，与离心机分离的滤液等一起通过轴流泵流入结晶器底部，分布上升并逐步溶解，同时通过同离子效应析出氯化铵晶体。固体取出后经稠厚器稠厚后送到冷析结晶器内生产氯化铵。盐析结晶器上层溶解了盐的母液（工艺简称MII，下同）溢流到MII桶，通过沉降出固体颗粒后，将清液送到碳化吸氨后生产纯碱。

工艺设备流程简图见图1。

图1 氯化铵生产工艺流程图

其中氯化铵生产系统主要设备为冷析结晶器及其附属外冷器、盐析结晶器，二套；MII 桶，三台；湿铵离心机，8 台；其它设备见表1。

表1 结晶主要设备一览表

序号设备名称数量6离心机 8晶浆泵 2 8滤液泵 2 7 9沉降泵 3

2 产品质量要求

工业用氯化铵的要求见国家标准：GB-2946-92，如表2 所示。

表2 工业用氯化铵的要求

我公司生产的氯化铵主要质量指标见表3。

表3 实际产品质量指标

从表2 同表3 对比可以发现，氯化铵产品同工铵相比，水分和钠盐偏高，这主要是因为本公司采用的是逆料流程生产氯化铵。因为就生产农用氯化铵来说，逆料流程与并料流程比较有如下优点：

（1）提高产品的产量。由于逆料的盐析晶浆返回冷析结晶器晶浆层中，利用半II 对盐的不饱和特性，进一步洗涤溶解盐析晶浆中的固体盐，所以盐析结晶器可以多加盐，由于多加盐，母II 中的Na+浓度增加0.2 mol／L ～0.4 mol／L，为制碱过程创造了有利的条件。

（2）延长冷析结晶器的作业周期。因最终的晶浆均由冷析结晶器取出，晶浆量增加，有利于过饱和度的消失，减轻外冷器的列管、出口管及母液集合槽的结疤，延长了冷析结晶器的作业周期。

但是，逆料流程与并料流程比较也存在以下缺点：

（1）产品粒度变细。由于盐析晶浆返回冷析结晶器，使冷析母液过饱和度增大，母液杂质增多，使结晶变细，造成离心机分离困难，产品水分增高。

（2）不能生产精制氯化铵。并料流程可单独取出冷析晶浆生产工铵；采用逆料流程时，冷析、盐析晶浆共同取出，氯化钠、铁份、水不溶物等会增高，不能生产工铵产品。

所以，当前的生产工艺不具备生产工铵的条件。必须调整生产工艺，改逆料流程为并料流程。

3 利用农铵系统生产工铵

生产工铵的方法有很多种，方法一是：建设一套装置，包括外冷器、结晶器、稠厚器、离心机、相应厂房等，预计投资需要上千万元，从目前的市场行情和公司现状看，肯定不现实，所以不予采纳。方法二是：采用重结晶法，除了需要投入资金之外，产生的废液如何处理是个难题，质量不稳定是个关键问题，所以也不宜采纳。如何利用现在装置，采用简单的办法，可以在短时间内就生产出工铵，经过对生产状况了解、对比后，决定采用二套结晶系统独立分别生产农铵和工铵。

具体方案如下：

（1）1＃结晶系统生产农铵。 2＃结晶系统的冷析结晶器及外冷器二台生产工铵，最大AI 投量100 m3／h，其最大生产能力为

100 ÷ 25 ＝4 t／h

式中25 为每生产一吨工铵（干基计）需要25 m3AI。年最大生产能力为4×8000 （h）＝3.2万t。 AI 投量保持恒定，当销售数量偏小时，可以将冷析晶浆送到农铵系统，使农铵质量不受太大影响。

（2）2＃冷析晶浆取出送到1＃冷析稠厚器进行稠厚，半II 溢流到滤液桶，合并送农铵系统的盐析结晶器。稠厚器的晶浆进入3＃离心机脱水，成为成品，成品质量正常情况下可以达到企业标准。 3＃离心机下料管改造，使下料口避开二楼的农铵输送带。离心机暂时改动一台。

（3）结晶厂房北面空地建造小型厂房和仓库。厂房内放置一台干燥炉，离心机下料经皮带输送到干燥炉内，经热风干燥后将成品送到仓库，再进行包装。

以上方案工程量较少，只需要购买一台铵干燥炉、修改工艺管道等，投入资金较少，可以在短时间内出产品。

目前的二套结晶系统，1＃盐析结晶器对应1＃、2＃MII 桶；2＃盐析结晶器对应3＃MII 桶，如图2 所示。

图2 原生产管道布置图

由于MII 桶进口是二根DN350 的管道，出口仅一根DN350 管道，当选用2＃结晶器生产农铵时，因母液流量大，一根管道不足以让母液全部通过，会造成3＃MII 桶满出。同时，为减少生产能耗，结合工铵生产时投量小、半II 较少等情况，作如下调整：

（1）停用1＃盐析结晶器，生产中产生的半II和滤液全部送到2＃盐析结晶器。 1＃盐析结晶器溢流出的半II 通过临时导管送到滤液桶内。

（2）连通1＃、3＃MII 桶的MII 进口管；同时在II 期盐析稠厚器溢流管上开口与1＃MII 桶连通。管道上通过增加法兰的方式，利用插板来调节MII 的走向，保证每个盐析结晶器出来的MII 都能进入到3 个桶内。通过管道调整，让部分MII 进入1＃MII 桶，减少3＃MII 桶负荷。

（3）停用2＃MII 桶，停用1＃盐析稠厚器。

具体步骤如图3 所示。

图3 整改后生产管道布置图

调整后（如图3），管线①、管线②停用，管线③内物料改进入1＃MII 桶，管线④内物料仍进3＃MII 桶。这样可以使用2 台MII 桶，避免因生产波动造成3＃MII 桶满出。

通过调整，仅需要配置约20 米工艺管道，即可完成生产的转型，可以利用农铵系统来生产工铵。同时，1＃盐析结晶器、1＃盐析稠厚器、2＃MII桶停用，共减少了盐析轴流泵一台（55 kw），盐析稠厚器搅拌电机一台（7.5 kw）及晶浆泵一台（15 kw），MII 桶搅拌电机一台（7.5 kw）及沉浆泵一台（18.5 kw）。可节约设计功率103.5 kw。

调整好后，安排了试生产，1＃冷析结晶器（工铵）投量100 m3／h 左右，2＃冷析结晶器（农铵）投量200 m3／h 左右，工业氯化铵（协议品）最大产量可以达到60 t／d。取5 天生产的产品共300 t 做为样品，分析化验，分析化验的平均结果如表4所示。

表4 试生产工业用氯化铵分析报告单

从表4 中可以看出，产品能够达到一等品的要求，但尚不达优等品的要求。通过分析，发现其主要原因有以下几个方面。

（1）因为是初次生产，结晶器内杂质多。

（2）氯化铵的颗粒度较小。

（3）离心机新安装的下料斗没有搞保温，产品温度低，使空气中的水冷凝出来混入产品。

针对以上问题，我们通过调整取出，增加结晶器内的固液比，使氯化铵颗粒度提升，下料斗外搞保温，并装拦水装置。在解决以上问题后，氯化铵质量得到明显提高，达到了工铵优等品的要求。

4 调整后对工艺的影响

因减少使用一个盐析结晶器，初步分析，这可能会对溶盐和盐析晶浆造成影响，其中影响比较明显的三个指标是CNH3（铵分子），Na+（溶解盐含量），和TCl-（总氯离子）。将这三个指标在生产工铵前和生产工铵时的数据作对比，各取10 d，每天取平均值，如表5 所示。

表5 主要工艺指标数据表

序号TCl-（1/20 mol·L-1）生产工铵前CNH3（1/20 mol·L-1）Na+（1/20 mol·L-1）生产工铵时生产工铵前生产工铵时生产工铵前生产工铵时10 44.6 43.0 69.0 70.4 113.7 113.9平均 43.68 42.6 70.65 70.63 114.4 113.2

由表5 可以看出，MII 中的Na+几乎不受影响，CNH3略有下降，总氯根TCl-也略有下降。分析原因，是因为在生产工铵的过程中，1＃盐析结晶器停用后，系统补充的原料盐全送往2＃盐析结晶器内，使2＃盐析结晶器负荷增加，2＃盐析稠厚器出来的晶浆中含盐比例高，送到2＃冷析结晶器内因同离子效应，造成CNH3略降。根据离子平衡原理，正负离子和相等，而Na+不变，故TCl-也略降。但结晶的后续生产过程为碳化，碳化塔内的生产反应式为：

NaCl+NH3+CO2+H2O＝NaHCO3↓+NH4Cl

从反应式可以看出，主要是受吸氨岗位补充进系统的游离氨FNH3及Na+的影响，MII 中的CNH3偏低对后续生产的影响不大。