烧碱蒸发工艺节能技术改造

梁爱华

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯碱有限公司原50%烧碱蒸发系统采用Ⅱ效逆流蒸发技术，年产能8万t，中压蒸汽单耗为0.78 t/t折百碱。自2017年9月，公司正式启动烧碱蒸发装置节能升级技改项目，将Ⅱ效烧碱蒸发工艺改造为Ⅲ效逆流蒸发节能工艺，根据目前运行数据分析，改造后蒸汽单耗已低至0.53 t/t折百碱，热能消耗显著降低。

1 碱性冷凝液回收利用

该公司烧碱蒸发系统的冷凝液主要有2种，一种是显中性的蒸汽冷凝液，此冷凝液一部分在蒸发换热系统中加热稀烧碱液，其余回收至氯化氢合成工序的纯水罐，用来副产蒸汽；另一种冷凝液为稀烧碱蒸发，含0.05%NaOH的碱性冷凝液，此部分直接回收至冷凝液储罐，经加压泵输送至一次盐水工序作为化盐水使用。一方面避免碱性水排放至外环境打破水系平衡，另一方面回收水化盐可降低粗盐水除镁过程中的烧碱加入量，节约生产成本。

部分企业将烧碱蒸发的碱性冷凝液回收用作电解槽的阴极补水，使碱性冷凝液得以实现直接回用、低品高用[1]。此用法有效保证了碱性冷凝液的高质回收及应用，效益明显，可作为蒸发固碱体系节能减排相关技术改造的参考。但此方法也存在一些问题，即必需控制好碱性冷凝液中的重金属离子浓度，否则将会对电解槽离子膜膜体有污染，直接影响离子膜烧碱生产运行的电流效率及生产安全。针对此问题，建议在碱性冷凝液的指标控制上，增加在线pH值计监测及重金属Cr、Ni离子检测等，以便及时发现指标异常避免影响电解系统安全及稳定。

此外，也有公司采用将蒸发固碱生产中的蒸汽冷凝水加入盐酸调节至近乎中性，并入循环水生产系统的方式来回收碱性冷凝液[2]。鉴于碱性冷凝液的硬度、金属离子含量及氯离子含量远小于循环水管网体系，且只会给循环水体系造成小于1.5℃的温差变化，几乎对循环水生产体系造成的影响可忽略不计。但此方法增加盐酸加入操作负荷及风险，且需及时监测pH值变化，此外，针对事故风险防控把控较为复杂，一旦指标出现酸度偏高的异常状况，将会直接腐蚀循环水系统的设备及管线，故此种改造比较适用于蒸汽冷凝水产量较低的工况下。

2 不合格烧碱产品回收利用

2.1 蒸发开车初期不合格浓烧碱

离子膜电解生产的32%液碱作为烧碱蒸发工序的生产原料，以蒸汽为加热介质，经过Ⅰ、Ⅱ效降膜蒸发器浓缩为45%或者50%的浓烧碱，作为成品直接出售。而开车初期，由于系统压力与温度不稳定等因素造成的不合格成品烧碱，需根据生产情况进行区分回收：未加入蒸汽前，32%烧碱在Ⅰ效、Ⅱ效系统内循环回至稀烧碱储罐，准备进行降膜蒸发；加蒸汽后的浓烧碱在质监部门取样合格前切换送至电解工序的废烧碱罐，用来配制吸收废氯气的稀烧碱，或作为一次盐水除镁精制剂使用，直至取样合格后切换至输送成品罐区外售。

2.2 离子膜电解事故废烧碱

对于离子膜电解生产的不合格32%烧碱和因停车检修排放至废碱罐的事故废烧碱，如回收送至一次盐水除镁无法完全消耗，直接外售则会大大降低其潜在价值。通过蒸发工艺流程升级，将废碱罐内的事故废烧碱直接输送至Ⅰ效蒸发器前管线，设定好蒸发器温度，将废烧碱转为45%或者50%成品浓烧碱进行外售，直接升级产品价值，增加企业效益。

2.3 水洗置换设备后的稀碱液

氯碱行业涉及烧碱介质的主体设备主要有电解槽、烧碱储槽、Ⅰ效蒸发器、Ⅱ效蒸发器等，设备检修或者清理前的工艺水洗置换处理至关重要，然而水洗后的稀碱液直接外排造成环保问题，又造成浪费，而全部输送至化盐水储罐进行化盐则降低了稀烧碱的利用价值。故稀碱液可通过废碱罐回收，结合32%烧碱配制浓度为17%～18%的吸收液进行废氯气吸收，生产次钠副产品外售，创造最直接最高效的经济利润。

3 蒸发工艺改造

3.1 改造前的工艺

（1）烧碱

32%～50%烧碱蒸发浓缩装置采用Ⅱ效逆流、三板式换热器回收热能技术。32%碱液由加压泵输送到Ⅰ效降膜蒸发器，在经过蒸发器的过程，操作在真空的状态下进行，32%碱液被浓缩为38.8%。在经过换热器的过程中38.8%碱液升温至134.6℃分离器设定温度。其中，50%碱工艺的分离器碱温度控制在145℃；45%碱工艺分离器碱温度控制在136℃。在通过Ⅱ效降膜蒸发器过程中，成品碱液在常压下操作，38.8%碱液被浓缩为45%或者50%碱液，然后先经板式换热器与后38.8%碱液换热后，从145℃降至100.8℃，再经换热器从100.8℃降至大约45℃，输送至成品区外售。

（2）蒸汽及冷凝液

中压蒸汽从蒸汽合成炉产生或外网直供进入蒸汽分配台，经过调节阀进入Ⅱ效蒸发器，与Ⅱ效蒸发器温度组成控制回路，出Ⅱ效蒸发器的蒸汽进入Ⅰ效蒸发器，产生的蒸汽冷凝液与Ⅰ效降膜蒸发器壳侧的一部分蒸汽冷凝液被收集在蒸汽冷凝液罐，一部分参与38.8%烧碱换热进行热量回收，另一部分输送至氯化氢合成工序并入纯水罐作为副产蒸汽锅炉水回收创效。碱性蒸汽由表面冷却器冷凝，经加压泵输送至一次盐水工序作为化盐水使用。

3.2 改造后的工艺

（1）烧碱

32%～50%烧碱蒸发浓缩装置采用三效逆流。32%碱液由加压泵输送到Ⅰ效降膜蒸发器，32%碱液被浓缩为37%，经Ⅰ效碱泵加压后，分成两路。一路与蒸汽冷凝水换热。另一路与50%NaOH加热后进入Ⅱ效降膜蒸发器，浓度提高至42%。浓缩后碱液再经过Ⅱ效碱泵加压后分成两路，一路与蒸汽冷凝水换热，另一路与50%NaOH换热器进入Ⅲ效降膜蒸发器，浓度被提高至50%。达到浓度的50%碱液经Ⅲ效碱泵加压分别与42%NaOH和37%NaOH换热冷却后，送至50%NaOH－冷却水冷却器冷却至45℃进入罐区储存。

（2）蒸汽及冷凝液

Ⅲ效蒸发器产生的二次蒸汽作为Ⅱ效蒸发器的加热介质，Ⅱ效冷凝水进入冷凝水罐。Ⅱ效蒸发产生的二次蒸汽作为Ⅰ效蒸发器的加热介质，Ⅰ效冷凝水进入冷凝水罐。Ⅲ效蒸发产生的二次蒸汽在表面冷凝器中冷凝，真空泵抽吸负压，产生的冷凝液进入冷凝水罐回收。蒸汽冷凝液经42%NaOH－中压蒸汽冷凝水换热器和37%NaOH－生蒸汽冷凝水换热器被低温碱液冷却回收热量后送界区外使用。

多重换热技术进一步有效回收热能，历经改造后的三效蒸发工艺使生产50%烧碱的蒸汽单耗由0.78 t/t折百碱降低至0.53 t/t折百碱，热能消耗显著降低，且生产运行稳定，年效益达200万元。

4 结语

烧碱蒸发节能减排技术正在行业中不断更新和升级，如何将成本最小化、安全最大化、环保最净化、指标最优化成为企业盈利的最根本保证。逐步优化烧碱蒸发工艺、节能降耗是烧碱蒸发技术的重点工作，同时针对好的建议和改造方法择优借鉴，使中国化工工业节能减排工作做的更好，企业效益更高。