纯碱生产过程碳化工段工艺流程及控制影响因素分析探讨

摘 要：纯碱（Na2C03）是重要的基础化工原料，也是一种有着多年生产和使用历史的传统化工产品。每年需求量很大，在国民经济建设中占有重要的基础地位，纯碱工业的发展直接关系到国民经济的发展和人民生活水平的提高。

关键词：纯碱生产;碳化;影响因素

1 碳化工序工艺流程

在生产加工纯碱产品过程中，碳化是非常关键的一道工序，受其影响的工艺流程最多。在碳化塔中，涵盖了固相、液相、气相等各种生成物与反应物，而且还伴随着传热、传质过程。碳化塔在生产过程中会形成碱疤，所以需要对碳化塔进行编组，每组包括4～6座碳化塔，各组碳化塔中包括一座清洗塔，其作用是清洗制碱环节形成的各种碱疤，并且对氨盐水进行预碳化。在碳化塔使用过程中，真正用来制碱时间持续3～4d，清洗时间持续16～24h。

“三气”（中段气、清洗气以及下段气）是碳化塔中二氧化碳的主要来源。下段气来自于煅烧重碱产生的炉气。中段气以及清洗气均是窑气，其二氧化碳含量通常维持在40%左右，第七圈加入中段气，清洗塔第一圈加入清洗气。在清洗过程中，当氨盐水输送到清洗塔28圈时，加入清洗气，可以在塔内逆流接触反应，进行清洗和预碳化操作。尾气从碳化塔顶部逸出，通过尾气总管进入碳化尾气净氨塔下部，与盐水车间输送的精盐水进行逆流接触，吸收二氧化碳和氨，然后将吸收的溶液称为淡氨盐水，再由“U”管压入淡水氨盐水桶中。对于碳化尾气中携带的部分液体，在通过尾气总管时，借助“U”管进行气液分离操作。分离出的液体为碳化回卤，可通过“U”管进入中和水泵的入口。

碳化冷却水包括两部分：一是冷冻水，碳化冷冻水通过给排水冷冻水泵输送，从碳化塔冷却水箱第一段流入，从水箱第三段流出，再回到冷冻水凉水塔;其次，循环水，从给排水车间的循环水站通过循环水泵，从水箱的第四段，经过水箱的第六段或第八段，最后回到循环水站。

2 纯碱生产过程控制影响因素

2.1 过饱和度及NaHC03结晶

过饱和度对结晶过程起着重要作用，是晶核生长和长大的推动力，而碳化液在制碱塔中部极易形成NaHC03的过饱和溶液，這里需要指出的是，过饱和溶液是不稳定的，当温度降低时极易析出结晶，特别是过饱和溶液冷却过快时，极易产生大量的细晶体，在碳化过程必须极力避免。如果结晶不好，往往难以过滤，导致物料损失大，能源消耗高，设备效率利用低，从而影响生产过程的顺利进行。

2.2 二氧化碳的分压

为满足生产工艺和反应工艺的需要，碳化进气为两段进气，即质量分数为80%左右CO2的下段气由塔底进气，质量分数为40%左右CO2的中段气由塔中冷却段进气。这种进气排布更符合逆流原理，可以强化和提高吸收CO2的能力，提高碳化反应转化率。实践证明，下段气应适当配以40%左右CO2的窑气。因为进气中，CO2质量分数略微降低，但使进气量增大，塔板效率反而增加，碳化周期增长，转化率高而稳定。但下段进气量过大亦会使反应区下移，冷却水管结疤增多，反而缩短了碳化周期。因此维持进气中CO2质量分数在80%左右可以提高转化率，保证产量稳定。

2.3 氨盐比

氨盐水中含NaCl及游离氨浓度越高，则化学反应进行越完全，生成的NaHCO3越多，但NH3与Cl-应有一定比例，出碱液中NH3与Cl-理论比例为1：1。在碳化反应过程中，氨盐水中约有10%～13.5%的氨被塔顶排出的尾气所带出（塔顶排气温度低，被带出的NH3较少;反之则被带出的NH3较多）。故氨盐水中含NH3与Cl-之比应保持较高，正常在1.13～1.19，同时要保持氨盐水温度在38～42℃，才能达到较高的转化率。氨盐水中含游离氨104～106tt，含Cl-为87～90tt，含游离氨过低则NaCl转化率低，如果含游离氨过高则会生成碳铵结晶，影响下一步的固液分离过程。

2.4 碳化塔液面高度

碳酸化塔上部液位保持高位，距塔顶0.8≤1.5m，出口温度控制在52℃以下，尾气CO2浓度控制在2%≤8%。如果液位过高，则会出现出口区带液现象严重，氨盐水损失增加，气液分离器液位过满，氨盐水进入尾气总管，导致尾气管形成NaHC03结晶，堵塞尾气总管。液面过低则出气CO2浓度高，使CO2损失加大，并使碳化塔容积利用系数降低，降低了碳酸化塔的生产能力。出气温度过高，则出气含NH3高，塔顶氨损失大，造成NaCl转化率低。塔顶出气含CO2浓度应低于8%，否则CO2损失大，浪费了压缩机的生产能力;出气含CO2浓度过低，则碳化塔的生产能力不能充分发挥，并可使制碱塔的中部温度降低，不但降低了产量，而且使NaCl转化率降低。

3 结语

在进行纯碱生产环节，碳化起着至关重要的作用，是一个重要工艺，要有良好的操作和工艺，既可以确保技术和管理水平，也促使保证纯碱工艺具有很高的生产产量、优质量、低消耗以及稳定的运行。本文对碱生产过程的工艺流程及控制因素进行了分析，一是氨盐水碳化过程的分析，二是产量、效率、产品质量等相关因素的分析，希望对相关人员有所帮助。

参考文献：

[1]范慧敏，马嘉华.浅析纯碱生产中的氨耗分布[J].内蒙古石油化工，2015（16）.

[2]姚刚，常思聪.纯碱生产过程碳化工段工艺流程及控制影响因素分析探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2019 （02）.

作者简介：

马海雷（1986- ），男，汉族，陕西省西安市周至县，本科，中级工程师，研究方向：化学工程与工艺、纯碱行业、氨碱法。