干法加灰蒸餾節(jié)能技術(shù)推廣論證

丁 爽

（青島海灣化工設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 青島 266043）

1 干法加灰技術(shù)基本情況

1.1 基本情況

純堿學(xué)名碳酸鈉（Na2CO3），又稱蘇打，是重要的基礎(chǔ)化學(xué)原料。純堿工業(yè)在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人民生活水平方面發(fā)揮了重要作用，被廣泛應(yīng)用于玻璃工業(yè)、化工制品、洗滌劑、氧化鋁等行業(yè)。近年來，房地產(chǎn)業(yè)、平板玻璃等相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，極大的拉動(dòng)了純堿需求，推動(dòng)國(guó)內(nèi)純堿產(chǎn)能、產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。自2003年起，我國(guó)純堿產(chǎn)能和產(chǎn)量便穩(wěn)居世界首位，出口量?jī)H次于美國(guó)，位居第二。截止2013年底，我國(guó)純堿產(chǎn)能31.0Mt／a，比2012年增加2.3Mt／a，同比增長(zhǎng)8.0%，其中，聯(lián)堿法純堿產(chǎn)能為15.7Mt／a，占總產(chǎn)能的50.6%；氨堿法純堿產(chǎn)能為13.5Mt／a，占總產(chǎn)能的43.6%；天然堿法純堿產(chǎn)能為1.8Mt／a，占總產(chǎn)能的5.8%。

國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)工藝有氨堿法、聯(lián)堿法和天然堿法三種。其中，氨堿法（索爾維法）是傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量好、單位產(chǎn)能投資少，但是廢液廢渣產(chǎn)生量大且難以處理，只能長(zhǎng)期堆存。

氨堿法純堿的生產(chǎn)工藝是以地下鹵水或原鹽及石灰石為原料，如用原鹽須先溶化成飽和鹽水，除去鹽鹵中的鈣鎂雜質(zhì)，再吸收氨制成氨鹽水，然后進(jìn)行碳化得到溶解度小的碳酸氫鈉（又稱重堿），重堿過濾后煅燒而成純堿，過濾母液加入石灰乳反應(yīng)并蒸餾回收反應(yīng)物氨再循環(huán)。蒸餾后產(chǎn)生蒸餾廢液和廢渣。氨堿法每生產(chǎn)1t純堿，就會(huì)產(chǎn)生約10m3的廢液和300kg的廢渣。目前，國(guó)際上大多數(shù)純堿企業(yè)處理氨堿廢液主要依靠排海，處理氨堿廢渣主要依靠堆存。隨著生產(chǎn)、生活環(huán)境的改善，東部沿海地區(qū)留給氨堿企業(yè)的生存空間將越來越小，若不能轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、減少污染排放和堆存，氨堿企業(yè)的生存必將面臨環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)重制約。

干法加灰蒸餾技術(shù)，是上世紀(jì)90年代，由青島堿業(yè)股份有限公司從荷蘭引進(jìn)，全國(guó)同行業(yè)首家采用。干法加灰蒸餾技術(shù)是在氨堿法純堿制造蒸餾回收氨的工藝操作中，直接向母液加入生石灰粉來分解結(jié)合銨，即利用生石灰粉替代傳統(tǒng)的石灰乳進(jìn)行反應(yīng)。這一技術(shù)現(xiàn)已成為青島堿業(yè)的專有技術(shù)，也擁有當(dāng)今全球運(yùn)行情況較好的一套裝置。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

采用干法加灰蒸餾技術(shù)，相比傳統(tǒng)灰乳蒸餾技術(shù)，具有如下四大優(yōu)勢(shì)：第一，節(jié)約資源與能源：可節(jié)省蒸汽消耗約0.3t／t堿；第二，可回收利用約70 MJ／t堿的反應(yīng)熱，減少約130MJ／t堿的廢液熱損失；同時(shí)蒸餾廢液氯化鈣濃度比濕法蒸餾提高2.5%以上，可節(jié)約回收制造氯化鈣的蒸汽消耗；第三，節(jié)約化灰水約2m3／t堿；第四，減少污染排放：廢液的排放量減少，每生產(chǎn)1t純堿可減排約2m3的廢液。這也是目前世界上氨堿法減排的最好水平。

2 項(xiàng)目技術(shù)方案

2.1 項(xiàng)目技術(shù)規(guī)模

產(chǎn)品規(guī)模：純堿產(chǎn)量200kt／a（按8 000h／a），25t／h。

即單套（200kt／a）干灰蒸餾單元（包括磨粉系統(tǒng)和蒸吸系統(tǒng)），單套設(shè)計(jì)能力25t／h。

干法加灰操作周期4個(gè)月，單套每年累計(jì)清掃、維修時(shí)間按30天計(jì)。

2.2 工藝技術(shù)流程

2.2.1 磨粉系統(tǒng)

石灰石煅燒分解生成生石灰塊，生石灰塊自石灰倉(cāng)經(jīng)振動(dòng)給料器進(jìn)入破碎機(jī)進(jìn)行初級(jí)破碎，破碎達(dá)到一定粒度后經(jīng)中間料倉(cāng)進(jìn)入磨機(jī)給料器計(jì)量進(jìn)入磨機(jī)。生石灰細(xì)粒在磨機(jī)中不斷研磨，研磨后經(jīng)靜態(tài)分級(jí)器分級(jí)，合適粒度的生石灰粉進(jìn)入旋風(fēng)分離器，分離器底部分離出的合格粒度的生石灰粉進(jìn)入集合絞龍?jiān)偻ㄟ^輸送設(shè)備送至下道工序蒸吸系統(tǒng)。

旋風(fēng)分離器頂部流出的含塵風(fēng)經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)再送入布袋除塵器除塵，分離出的生石灰粉也同時(shí)進(jìn)入集合絞龍，布袋除塵后的凈化風(fēng)排大氣。

2.2.2 蒸吸系統(tǒng)

來自磨粉系統(tǒng)磨制的石灰粉，送至石灰粉倉(cāng)上的分配絞龍，經(jīng)絞龍分配后入灰粉倉(cāng)，進(jìn)入粉倉(cāng)底部的灰粉經(jīng)振動(dòng)格柵，均勻地落在皮帶上，經(jīng)計(jì)量后，通過加灰絞龍進(jìn)入預(yù)灰桶同預(yù)熱母液反應(yīng)。

溫母液進(jìn)游離氨塔，經(jīng)溢流堰均勻分布在整個(gè)篩板表面上，與上升蒸汽逆流接觸換熱，蒸出大部分游離氨和二氧化碳。預(yù)熱母液自塔底流出后送至預(yù)灰桶頂部進(jìn)入，在預(yù)灰桶內(nèi)與石灰粉進(jìn)行充分反應(yīng)（反應(yīng)液即調(diào)和液），大部分的NH4Cl分解為游離氨，并有部分游離氨從液相中解析出來，由氨出氣管進(jìn)入游離氨蒸餾塔。從預(yù)灰桶分解后的調(diào)和液進(jìn)入沉砂器分離出較大砂粒后再進(jìn)入固定銨蒸餾塔，自上而下經(jīng)笠帽塔板與蒸汽逆流接觸換熱，將幾乎全部氨蒸出，廢液自塔底排出進(jìn)入閃發(fā)罐回收蒸汽，閃發(fā)后的廢液大部分經(jīng)廢液泵排出，小部分廢液經(jīng)廢液泵返回洗砂器，洗滌回收砂子中的少量氨。

從沉砂器分離下的灰砂，通過捕砂器間斷地放入洗砂器中，經(jīng)廢液串聯(lián)洗滌回收其中的CaO和NH3，洗滌后的廢砂放至混合罐中，與廢液一并經(jīng)廢液泵送至凈化壓濾工序處理后排放。

低壓蒸汽噴射器匯同廢液閃發(fā)汽一并進(jìn)入固定銨蒸餾塔底圈，經(jīng)分汽帽自下而上，經(jīng)塔板同調(diào)和液逆流接觸，進(jìn)行熱質(zhì)交換，被蒸出的氨氣匯同預(yù)灰桶出氣一并進(jìn)入游離氨塔底部，經(jīng)游離氨塔篩板同溫母液換熱后，氨氣自塔頂出來，進(jìn)入波紋管換熱器，冷卻冷凝后的氨氣經(jīng)分離器分離進(jìn)入吸氨塔，冷凝液自壓回流至精餾段。

自海水總管來的一次海水，經(jīng)海水過濾器，進(jìn)加壓泵加壓后送至波紋管換熱器，與氨氣間接換熱，換熱后的溫海水一部分循環(huán)，一部分外送石灰，剩余外排。

精制二次鹽水進(jìn)入吸氨塔頂部，在洗滌段與氨氣逆流接觸，從吸氨塔底出來的氨鹽水，過濾后進(jìn)入鈦板換熱器換熱，冷卻后，大部分氨鹽水作為循環(huán)氨鹽水回吸氨塔吸氨，另一部分氨鹽水作為成品氨鹽水送至氨鹽水澄清桶，澄清后至氨鹽水貯桶。

自游離氨蒸餾塔頂氣液分離器之氨氣進(jìn)入吸收塔，經(jīng)吸收后，尾氣由吸收塔頂排出進(jìn)入吸收尾氣凈氨洗滌塔，回收尾氣中少量氨，凈氨后尾氣由濾過真空泵抽取排放大氣中。

軟水經(jīng)軟水泵提壓后進(jìn)入吸收凈氨塔頂在塔內(nèi)經(jīng)填料分布逆流與吸收尾氣接觸，洗滌其中的少量氨，匯集于塔底稱之為凈氨洗水，經(jīng)管線自流入煅燒車間爐氣洗滌塔洗滌爐氣。

圖1 干法加灰工藝流程

2.3 干法加灰蒸餾的工藝特點(diǎn)

1）預(yù)灰桶容積大：石灰粉直接加入預(yù)灰桶，以回收氧化鈣的水合熱，由于省卻了化灰工序，生石灰的水合消化也要在預(yù)灰桶內(nèi)進(jìn)行。為此采用大容積預(yù)灰桶，并加大攪拌強(qiáng)度，使石灰粉反應(yīng)消化充分。

2）系統(tǒng)壓力?。河捎谝獙⑹曳奂尤腩A(yù)灰桶內(nèi)，所以要求預(yù)灰桶內(nèi)的壓力必須保持在微負(fù)壓狀態(tài)，同時(shí)還要保證吸收系統(tǒng)的負(fù)壓不致過大。

3）系統(tǒng)溫度低：由于系統(tǒng)壓力低，所以能在較低溫度下將氨和二氧化碳蒸出。干法加灰蒸餾的預(yù)熱母液溫度、廢液排出溫度、塔頂出氣溫度等都比濕法蒸餾低。

4）游離氨蒸餾塔與固定銨蒸餾塔分置：石灰粉加入預(yù)灰桶時(shí)，預(yù)熱母液必須具有一定的壓力來噴灑捕捉石灰粉，以防止石灰粉隨預(yù)灰桶出氣進(jìn)入管道內(nèi)而造成堵塞。如果僅利用預(yù)熱段與蒸餾段的位差是無法做到的，所以干法加灰蒸餾工藝把預(yù)熱段與蒸餾段分離成兩個(gè)獨(dú)立塔，分別稱為游離氨蒸餾塔和固定銨蒸餾塔，并增加預(yù)熱母液泵將預(yù)熱母液打入預(yù)灰桶，使傳熱傳質(zhì)更充分。

5）分砂與洗砂：為防止石灰粉中的較大顆粒砂子進(jìn)入固定銨蒸餾塔而造成沉砂淤積，設(shè)置了分砂裝置，調(diào)和液在沉砂器內(nèi)將大顆粒砂粒沉下并定期放入洗砂器中用廢液洗滌以回收沉砂中的氨和氧化鈣，洗液返回固定銨蒸餾塔。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1 節(jié)能減碳能力

3.1.1 單套干法加灰蒸餾裝置投入和產(chǎn)出增量

計(jì)算依據(jù)為單套干法加灰蒸餾裝置青島堿業(yè)實(shí)際運(yùn)行測(cè)定數(shù)據(jù)，產(chǎn)品規(guī)模為年產(chǎn)200kt純堿。

1）節(jié)約蒸汽量

按干法加灰蒸餾裝置每噸堿比濕法蒸餾節(jié)約低壓蒸汽0.3t，單套裝置一年可節(jié)約蒸汽量：200kt×0.3＝60kt，折年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5 614t。

節(jié)約蒸汽費(fèi)用：60 000×175元／t＝1 050萬元

2）減排廢液量

每生產(chǎn)1t純堿可減排約2m3的廢液，單套裝置一年可減排廢液量：200×2＝400km3，減少化灰海水使用量400km3。

節(jié)約海水費(fèi)用：40km3×0.25元／m3＝10萬元

3）增加用電量（一年的投入量）

干法蒸餾比濕法蒸餾增加電耗14.69kWh／t堿，單套裝置一年增加的用電量：200 000×14.69 kWh／t＝2.938×106kWh，折年耗標(biāo)準(zhǔn)煤361t。

用電增加的費(fèi)用：2.938×106kWh×0.25元／kWh＝734 500元（即73.45萬元，電價(jià)為自發(fā)電價(jià)格）

4）單套干法加灰蒸餾裝置一年節(jié)約費(fèi)用：1 050＋10－73.45＝986.55萬元

節(jié)能量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤為：5 614－361＝5 253t

年CO2的減排量為：5 253×2.64＝13 868t

3.1.2 預(yù)計(jì)推廣后的節(jié)能量和減碳量

目前國(guó)內(nèi)純堿產(chǎn)能已達(dá)到31.0Mt／a，氨堿法產(chǎn)能為13.50Mt／a。干法加灰技術(shù)推廣范圍適用于全部的氨堿法企業(yè)，該技術(shù)在氨堿法行業(yè)中的推廣潛力是100%。一套干法加灰裝置（200kt／a）的年節(jié)能量為5 253t標(biāo)準(zhǔn)煤，在氨堿法行業(yè)中100%推廣：

預(yù)計(jì)節(jié)能能力為：（13 500÷200）×5 253tce／a＝354 577.5tce／a；

預(yù)計(jì)二氧化碳的減排能力為：354 577.5×2.64＝936 084.6tCO2／a

（標(biāo)準(zhǔn)煤的減碳排放系數(shù)為2.64tCO2／tce）

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

以一套純堿產(chǎn)量200kt／a產(chǎn)品規(guī)模的干法加灰技術(shù)，增加的投資主要有兩部分：一為生石灰塊磨粉系統(tǒng)，增加了磨粉設(shè)備框架和工藝設(shè)備如破碎機(jī)、磨機(jī)以及循環(huán)風(fēng)機(jī)和除塵風(fēng)機(jī)等；另一部分增加的投資為原有濕法灰乳蒸餾改造為干法加灰蒸餾需要增加設(shè)備框架以及增加的工藝設(shè)備如增加一個(gè)蒸餾塔、改造預(yù)灰桶、增加輸送設(shè)備等。

一套干法加灰裝置的總投資為3 964.82萬元，比同等能力的濕法蒸餾投資（2 320.74萬元）凈增加1 644.08萬元，主要包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)增加：1 144.24萬元；安裝工程費(fèi)增加：199.84萬元；建筑工程費(fèi)增加：300.00萬元。

投資費(fèi)用中主要為工藝設(shè)備所占比重較大，其中磨粉系統(tǒng)中的磨機(jī)主要部件及進(jìn)料控制器為進(jìn)口設(shè)備。

干法加灰蒸餾技術(shù)的顯著特點(diǎn)就是節(jié)能，單套干法加灰蒸餾裝置，年節(jié)能量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤為5 253t，年節(jié)約費(fèi)用為986.55萬元。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以算出與基準(zhǔn)情景相比：

（1）單位節(jié)能量投資額為：1 644.08／5 253＝0.313萬元／tce

（2）靜態(tài)投資回收期為：1 644.08／986.55＝1.67年

3.3 技術(shù)先進(jìn)性

干法加灰技術(shù)，是上世紀(jì)90年代，青島堿業(yè)從荷蘭引進(jìn)，成為全國(guó)同行業(yè)首家采用。這一技術(shù)已成為青島堿業(yè)的專有技術(shù)，也擁有當(dāng)今全球運(yùn)行情況較好的一套裝置。技術(shù)的先進(jìn)性為國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的專有技術(shù)。工信部于2010年發(fā)文《關(guān)于印發(fā)聚氯乙烯等17個(gè)重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)推行方案的通知》，推廣包括青島堿業(yè)此項(xiàng)干法加灰蒸餾技術(shù)。中國(guó)純堿工業(yè)協(xié)會(huì)近幾年也在行業(yè)中加緊推廣此項(xiàng)技術(shù)。

3.4 技術(shù)可靠性

干法加灰技術(shù)在青島堿業(yè)股份有限公司已投入運(yùn)行二十余年，從企業(yè)應(yīng)用的反饋來看，效果很好。青島堿業(yè)股份有限公司利用此技術(shù)，其能耗指標(biāo)一直在行業(yè)中處于先進(jìn)水平，2011年至2013年被中國(guó)石化聯(lián)合會(huì)評(píng)為“能效領(lǐng)跑者標(biāo)桿企業(yè)。

2011年，行業(yè)內(nèi)的兩家企業(yè)分別與青島堿業(yè)股份有限公司簽訂了技術(shù)采購(gòu)合同，使用青島堿業(yè)的干法加灰技術(shù)，各投入了一套干法加灰生產(chǎn)裝置，均已運(yùn)行兩年以上，節(jié)能效果明顯，特別是低壓蒸汽的節(jié)約量均達(dá)到了噸堿節(jié)汽300kg以上。

3.5 行業(yè)特征指標(biāo)

氨堿法純堿企業(yè)的行業(yè)特征指標(biāo)，主要體現(xiàn)為單位產(chǎn)品綜合能耗。目前行業(yè)內(nèi)單位產(chǎn)品綜合能耗值一般限制在輕質(zhì)碳酸鈉能耗≤400kgce／t，重質(zhì)碳酸鈉能耗≤470kgce／t。干法加灰技術(shù)的投入，單套裝置一年節(jié)能量折標(biāo)準(zhǔn)煤5 253t，可降低單位產(chǎn)品能耗值為：5 253 000／200 000＝263kgce／t。干法加灰技術(shù)在節(jié)能降耗方面是具有明顯效果的。

4 推廣建議與投資數(shù)據(jù)

目前純堿行業(yè)受產(chǎn)能過剩、市場(chǎng)不景氣的影響面臨生存壓力，氨堿法企業(yè)只有通過內(nèi)部挖潛，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，才是企業(yè)生存下去的保障。

干法加灰蒸餾技術(shù)是針對(duì)在氨堿法純堿企業(yè)的節(jié)能技術(shù)。經(jīng)過技術(shù)擁有單位青島堿業(yè)多年的實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，經(jīng)過近幾年在其它氨堿企業(yè)的推廣應(yīng)用，證明該技術(shù)工藝成熟可靠，節(jié)能效果顯著。

一套純堿產(chǎn)量200kt／a產(chǎn)品規(guī)模的干法加灰技術(shù)，增加的投資主要有兩部分：一為生石灰塊磨粉系統(tǒng)，增加了磨粉設(shè)備框架和工藝設(shè)備如破碎機(jī)、磨機(jī)以及循環(huán)風(fēng)機(jī)和除塵風(fēng)機(jī)等；另一部分增加的投資為原有濕法灰乳蒸餾改造為干法加灰蒸餾需要增加設(shè)備框架以及增加的工藝設(shè)備如增加一個(gè)蒸餾塔、改造預(yù)灰桶、增加輸送設(shè)備等。

干法加灰蒸餾技術(shù)（按一套年生產(chǎn)能力為200 kt純堿），投資額為3 964.82萬元，比同等能力的濕法蒸餾投資（2 320.74萬元）增加1 644.08萬元，年平均利潤(rùn)總額804.88萬元，年平均所得稅201.22萬元，年平均稅后利潤(rùn)603.66萬元。投資利潤(rùn)率48.96%，投資利稅率58.16%，資本金凈利潤(rùn)率36.72%，全部投資內(nèi)部收益率（稅后）56.06%。全部投資投資回收期（稅后）2.76年，盈虧平衡點(diǎn)35.04%。

年操作日 330天

裝置能力（純堿） 200kt／a

成本情況

節(jié)約蒸汽量 60kt

節(jié)約水量 400km3

增加用電量 2.938×106kWh

增加占地面積 144m2

經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)

項(xiàng)目增加投資 1 644.08萬元

年平均稅后利潤(rùn)總額 603.66萬元

投資利潤(rùn)率 48.96%

全部投資內(nèi)部收益率（稅后）56.06%

全部投資回收期（稅后） 2.76年

盈虧平衡點(diǎn) 35.04%

［1］ 王玉田.干法加灰蒸餾裝置具有延長(zhǎng)蒸餾塔作業(yè)周期的各種條件［J］.純堿工業(yè)，1996（3）28～28

［2］ 楊永寧，潘忠富.干法加灰蒸氨技術(shù)總結(jié)［J］.純堿工業(yè)，1995（2）30～35

［3］ 中昊（大連）化工研究設(shè)計(jì)院有限公司.純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014