純堿生產(chǎn)中的硫化物除鐵工藝技術(shù)

＊孫 瑞

（江蘇蘇鹽井神股份有限公司第三分公司 江蘇 223200）

純堿也就是指碳酸鈉，化學(xué)品的純度通常超過了99.5%。純堿其實并非屬于堿類，而是屬于鹽類，有時候也將其稱之為堿灰或者蘇打。純堿是非常重要的有機(jī)化工原料，廣泛應(yīng)用在多個工業(yè)領(lǐng)域。此外，純堿在生活洗滌和食品加工等方面也具有不可替代的應(yīng)用價值。在純堿生產(chǎn)的過程中，由于某些生產(chǎn)反應(yīng)的影響，會產(chǎn)生一定數(shù)量的鐵物質(zhì)，隨著時間的推移，這些鐵就會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成不利的影響，因此，相關(guān)企業(yè)需要重視對鐵的消除處理。

1.純堿生產(chǎn)方法

現(xiàn)階段，應(yīng)用比較廣泛的純堿生產(chǎn)方法主要包括以下三種，即聯(lián)合制堿法、天然堿加工法以及氨堿法。在三種生產(chǎn)方法中，氨堿法由于其獨特的優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用。氨堿法在我國的歷史非常悠久，具有成熟的工藝技術(shù)，生產(chǎn)效率和質(zhì)量都非常顯著，受到了純堿生產(chǎn)企業(yè)的青睞。氨堿法所使用的原料比較低廉，具有較高的性價比。通過氨堿法來進(jìn)行純堿生產(chǎn)，可以避免對石礦和天然鹽的過度開采和依賴[1]。同時氨堿法的操作流程比較簡單，生產(chǎn)方式方便快捷，能夠進(jìn)行大規(guī)模的不間斷生產(chǎn)，再通過生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的有效運(yùn)用，能夠極大地提高純堿生產(chǎn)的效率。同時，通過氨堿法生產(chǎn)出來的產(chǎn)品品質(zhì)也非常良好，保障了純堿生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在使用氨堿法開展純堿生產(chǎn)的時候，企業(yè)需要結(jié)合生產(chǎn)目標(biāo)，嚴(yán)格按照相關(guān)流程逐步進(jìn)行生產(chǎn)操作。氨、石灰石以及食鹽等是氨堿法主要運(yùn)用的原材料，現(xiàn)階段，純堿生產(chǎn)所用的機(jī)械設(shè)備通常都是碳鋼或者鑄鐵材質(zhì)的，當(dāng)含Cl-、CO32-等強(qiáng)電解質(zhì)溶液進(jìn)入這些設(shè)備之后，就會跟設(shè)備某些部件發(fā)生特殊的電化學(xué)反應(yīng)，對設(shè)備造成腐蝕問題。同時，在該過程中還會產(chǎn)生鐵離子，這些鐵離子會在空氣的影響下形成三氧化二鐵，對產(chǎn)品的純度造成一定程度的損壞，因此在進(jìn)行純堿生產(chǎn)的時候，相關(guān)企業(yè)需要做好除鐵處理工作。

2.純堿生產(chǎn)中出現(xiàn)純堿鐵分偏高的原因

塔器以及管道等是純堿生產(chǎn)過程中必不可少的組成部分，通常情況下，這些組件都是屬于碳鋼材料。而在實際生產(chǎn)的時候，氨鹽水、氨II以及各種氣體都會對鋼鐵產(chǎn)生一定的腐蝕作用，比較常見的包括電化腐蝕以及化學(xué)腐蝕兩種。在這種情況下，無可避免地會產(chǎn)生一定數(shù)量腐蝕物，這些腐蝕物的成分較為復(fù)雜。如果出現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)波動的情況，或者沒有對生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把控，沒有采取科學(xué)合理的措施進(jìn)行預(yù)防，被腐蝕物接觸過的液體以及固體介質(zhì)就會被帶入產(chǎn)品，進(jìn)而形成鐵高堿，也通常被稱之為“紅堿”。形成這種現(xiàn)象的原因是多樣的，現(xiàn)進(jìn)行如下分析：

（1）進(jìn)入碳化塔中的窯氣、爐氣含氧高。在純堿生產(chǎn)過程中，煅燒環(huán)節(jié)會產(chǎn)生一定數(shù)量的爐氣，而石灰車間也含有部分窯氣，在這樣的背景下，就會有部分氣體進(jìn)入到碳化塔系統(tǒng)，而這些氣體的含氧量會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生非常重要的影響。如果氣體中的氧氣含量過高，就很容易造成純堿鐵分偏高的問題。

（2）碳化塔清洗過度。在純堿生產(chǎn)時，如果沒有對生產(chǎn)工藝進(jìn)行嚴(yán)格的管理和把控，或者對碳化塔進(jìn)行了過度清洗，都會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。在實際生產(chǎn)過程中，有時會出現(xiàn)設(shè)備故障問題，在對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的檢修以后，開啟碳化塔作業(yè)，制堿時間相對較短，碳化塔里面的結(jié)疤較少，改為清洗塔，此時中和水的含鐵量會高出正常標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而使得純堿鐵分偏高。

（3）系統(tǒng)硫化鈉消耗大,硫化鈉加入量偏少。在純堿制作環(huán)節(jié)，會對機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生一定的腐蝕作用，影響設(shè)備的性能和使用壽命，因此為了延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，并且避免產(chǎn)生紅堿問題，就需要結(jié)合實際情況在工藝系統(tǒng)中添加適量的硫化鈉。而在實際生產(chǎn)過程中，部分企業(yè)沒有對碳化塔工藝進(jìn)行有效的管理和把控，在純堿生產(chǎn)時存在一定的波動，碳化塔保護(hù)膜受到各種因素的影響而產(chǎn)生脫落問題，對硫化鈉造成了較大的損耗，而生產(chǎn)單位沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取有效的措施進(jìn)行處理，使得產(chǎn)品中的鐵分含量超出正常標(biāo)準(zhǔn)。

（4）如果碳化塔停塔時間過長，長時間暴露在空氣之中，設(shè)備就會受到一定的影響而產(chǎn)生鐵銹，或者在其表面存在過多的雜質(zhì)，如果在開塔之前沒有對其進(jìn)行有效的處理，碳化塔表面保護(hù)膜的效果就會大打折扣，使得部分含鐵物質(zhì)進(jìn)入到生產(chǎn)系統(tǒng)中，對產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響。

3.純堿生產(chǎn)中的硫化物除鐵工藝

現(xiàn)階段運(yùn)用比較廣泛的硫化物添加劑包括硫化氫氣體以及硫化鈉溶液，在氨堿生產(chǎn)中，將含硫氨水加入氨鹽水中，在聯(lián)堿生產(chǎn)中，在氨II加入硫化鈉，不同的添加劑具有不同的優(yōu)缺點，在運(yùn)用硫化物添加劑除鐵的時候，要根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇，以保證除鐵的實際效果。

(1)硫化氫氣體

①硫化氫氣體添加劑的添加方式包括以下兩種情況：可以在氨鹽水及氨II吸氨結(jié)束之后添加硫化氫氣體，也可以將硫化氫氣體添加在二氧化碳壓縮機(jī)的入口處。在使用硫化氫進(jìn)行除鐵操作的時候，相關(guān)人員需要注意氣體在水中是不能實現(xiàn)完全電離的，因此通常會選擇將硫化氫混合到二氧化碳?xì)怏w管線里，再利用二氧化碳壓縮機(jī)注入系統(tǒng)之中，進(jìn)而實現(xiàn)除鐵的目的。利用硫化氫氣體除鐵的流程比較簡便，但是在實際運(yùn)用時，要對以下幾個方面給予足夠的重視，采取科學(xué)合理的措施，以保證除鐵的效率和質(zhì)量[2]。A.在注入二氧化碳以后，氨鹽水及氨II可能會產(chǎn)生碳酸化的現(xiàn)象，鐵會和H2S產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成FeS，隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，F(xiàn)eS數(shù)量隨之增加，最后隨著重堿帶出，在經(jīng)過煅燒處理以后，就會產(chǎn)生紅堿問題，進(jìn)而使得純堿產(chǎn)品的鐵含量嚴(yán)重超出有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。B.部分硫化物結(jié)晶會沉淀于管道和設(shè)備的其它部位，處理起來比較困難，這些結(jié)晶沉淀會進(jìn)一步引發(fā)管道堵塞，從而使得純堿生產(chǎn)無法正常有序的開展，也對后期檢修工作的開展造成了嚴(yán)重的阻礙。因此，相關(guān)人員需要重視對氨鹽水及氨II的科學(xué)保護(hù)，確保金屬表面S2-濃度始終維持在正常標(biāo)準(zhǔn)，并且對H2S的含量進(jìn)行嚴(yán)格的把控。

②硫化氫屬于弱電解質(zhì)，H+和HS-是水溶液中主要的離子，因此隨著時間的推移會慢慢呈現(xiàn)出酸性。通過將氣體添加到氨鹽水及氨II之中的方式，能夠生成硫化氫水溶液，具有堿性特征的氨鹽水及氨II能夠有效對電離產(chǎn)生H+離子的中和，進(jìn)而推動HS-離子生成S2-離子。

③合理利用合成氨副產(chǎn)品硫化氫混合氣，能夠讓鐵離子在澄清桶中發(fā)生沉淀，逐漸排除出去，避免硫化物結(jié)晶對管道造成堵塞，保證純堿生產(chǎn)的持續(xù)開展，同時也能夠降低氨鹽水及氨II中鐵的含量，提高純堿產(chǎn)品的純度[3]。

④將硫化氫在澄清桶前加入到氨鹽水及氨II中，不僅能夠有效減少純堿生產(chǎn)的成本投入，還可以避免某些雜質(zhì)混入系統(tǒng)，保證了純堿生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)氣相充滿所有設(shè)備以后，設(shè)備內(nèi)部就能夠生成保護(hù)硫膜，對設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)，避免產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。在實際運(yùn)用的時候，可能會存在以下問題：

A.硫化氫本身具有一定的危險性，同時該物品的爆炸下限較低，如果操作不當(dāng)，就很容易引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

B.運(yùn)用合成氨副產(chǎn)品可能會讓硫化氫含量發(fā)生改變，進(jìn)而影響實際運(yùn)用的效果。

C.硫化氫還原特性比較顯著，在和空氣接觸的時候，非常容易出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，進(jìn)而增大氨鹽水及氨II的濁度，或者導(dǎo)致產(chǎn)品中含有一定數(shù)量的硫酸鹽。

⑤在通過硫化氫氣體進(jìn)行除鐵操作的時候，有關(guān)人員需要對以下幾個方面給予足夠的重視：

A.硫化氫氣體具有腐蝕性，會對碳鋼管道造成一定的影響。

B.硫化氫氣體屬于危險物品，在使用硫化氫氣體的時候必須嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)流程和規(guī)范，避免產(chǎn)生氣體泄漏的現(xiàn)象，否則對工作人員的生命安全造成嚴(yán)重的威脅。同時，純堿生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該在容易發(fā)生泄漏問題的地方配備報警裝置，當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度的時候，報警器能夠第一時間發(fā)出警報，以便工作人員及時做出反應(yīng)，減少泄漏問題帶來的不利影響。

C.工作人員在添加氨副產(chǎn)品的時候，應(yīng)該對混合氣流量和H2S含量進(jìn)行全面實時的監(jiān)督和把控，確保加硫量的持續(xù)性和穩(wěn)定性，避免因為流量不穩(wěn)定而帶來的不利影響。

D.工作人員需要確保設(shè)備和管道的密閉性能，防止硫化氫和空氣進(jìn)行過度的接觸，對硫酸鹽產(chǎn)生量進(jìn)行嚴(yán)格的把控。

(2)硫化鈉溶液

①如果在添加硫化氫氣體以后產(chǎn)生氨鹽水及氨II加硫運(yùn)行不合理的問題時，就會用硫化鈉溶液進(jìn)行代替，以避免產(chǎn)生系統(tǒng)鐵指標(biāo)波動幅度異常的狀況。在實際運(yùn)用的時候，工作人員需要根據(jù)實際情況和除鐵需求，采購適用性更強(qiáng)的硫化鈉固體，再對固體進(jìn)行溶解處理，使其轉(zhuǎn)化為硫化鈉溶液，然后慢慢注入氨鹽水及氨II。硫化鈉溶液和硫化氫加硫技術(shù)具有一定的相似點，都是經(jīng)過反應(yīng)以后生成諸如FeS的沉淀物，然后通過澄清桶進(jìn)行排除。工作人員需要對加硫量進(jìn)行嚴(yán)格的把控，以保證除鐵的實際效果。

②在使用硫化鈉溶液進(jìn)行除鐵處理的時候，工作人員需要注意以下幾個方面：

A.由于硫化鈉是硫酸鈉特殊處理以后的產(chǎn)物，在運(yùn)用的過程中，會由于某些因素的影響而出現(xiàn)過多的雜質(zhì)，進(jìn)而影響成品的質(zhì)量。

B.液相硫化鈉的運(yùn)用會遭到液體作用空間的束縛，硫化膜反應(yīng)效果無法得到有效的保證。

C.隨著硫化鈉溶液的不斷增加，產(chǎn)品的可控空間就會不斷壓縮，在達(dá)到一定程度的時候，就非常容易產(chǎn)生多余硫化鈉進(jìn)入到后續(xù)系統(tǒng)中的問題，煅燒爐中的爐氣含有數(shù)量眾多的硫化氫氣體，硫化氫氣體會在系統(tǒng)中不斷保持循環(huán)，嚴(yán)重?fù)p壞了純堿產(chǎn)品的質(zhì)量。

D.硫化鈉溶液會在堿性環(huán)境中產(chǎn)生硫化氫，進(jìn)而影響硫分的穩(wěn)定性，在嚴(yán)重的時候還會導(dǎo)致中毒問題，對工作人員的生命安全造成了嚴(yán)重的威脅，不利于純堿生產(chǎn)安全穩(wěn)定的開展。

③相關(guān)企業(yè)在運(yùn)用硫化鈉溶液開展除鐵工作的時候，應(yīng)該對以下幾點進(jìn)行嚴(yán)格的把控：

A.硫化鈉具有一定的腐蝕性，會對碳鋼管道造成一定的影響，因此最好采用不銹鋼管材。

B.工作人員在處理固相硫化鈉的時候，應(yīng)該對蒸汽凝水的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的把控，通常需要保持在60℃左右。

C.在采購材料的時候，要對材料的雜質(zhì)含量進(jìn)行細(xì)致的檢測和嚴(yán)格的把控，盡量使用雜質(zhì)含量較少的材料，以保證純堿生產(chǎn)成品的質(zhì)量。

D.工作人員可以利用沉積的形式來處理硫化鈉中含有的部分雜質(zhì)，同時利用對帶錐形立式筒來有效處理硫化鈉溶液，盡量消除雜質(zhì)對純堿生產(chǎn)的不利影響。

E.純堿生產(chǎn)企業(yè)需要在容易發(fā)生泄漏的位置安裝有毒氣體報警裝置，為工作人員提供更加安全可靠的生產(chǎn)環(huán)境。

4.控制產(chǎn)品中鐵含量的其它措施

(1)降低系統(tǒng)的氧含量

生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題是造成純堿鐵分偏高的重要影響因素，因此相關(guān)企業(yè)應(yīng)該對生產(chǎn)系統(tǒng)中的含氧量進(jìn)行嚴(yán)格的把控。中、下段氣都具有一定的氧氣含量，在進(jìn)入到碳化塔內(nèi)部以后，會和氣液產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的接觸，使得部分氧氣溶解在氨鹽水或者中和水里，這會對管道等造成比較嚴(yán)重的腐蝕作用。通常情況下，這些氣體主要來自于煅燒爐和石灰窯，因此相關(guān)企業(yè)應(yīng)該對這兩個生產(chǎn)部分給予足夠的重視，降低氣體中的氧氣含量，保證純堿生產(chǎn)的質(zhì)量。

(2)控制好碳化清洗塔的操作

在純堿生產(chǎn)過程中，清洗塔操作情況對于純堿產(chǎn)品的最終質(zhì)量有著非常直接的影響。如果沒有對其進(jìn)行全面細(xì)致的清洗，在長時間的制堿過程中，塔內(nèi)的結(jié)疤就會大量堆積，進(jìn)而對氣液通道進(jìn)行壓縮，造成冒塔現(xiàn)象。在這種情況下，就會有大量的液體進(jìn)入尾氣系統(tǒng)，對純堿生產(chǎn)造成嚴(yán)重的不利影響，破壞產(chǎn)品的質(zhì)量。另一方面，清洗過度也會影響產(chǎn)品質(zhì)量。因為被過度清洗的塔面很容易受到各種介質(zhì)的影響，到嚴(yán)重的腐蝕作用，進(jìn)而使得一定數(shù)量的鐵離子進(jìn)入到溶液之中，造成紅堿問題。因此，相關(guān)單位應(yīng)該結(jié)合實際情況科學(xué)合理地制定清洗周期，確保清洗的科學(xué)性和合理性，為純堿生產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。

(3)采用耐腐蝕材料和防腐技術(shù)

近年來，我國科學(xué)技術(shù)水平正在不斷提高，各種新型材料也在純堿生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，防腐技術(shù)也得到了相應(yīng)的升級和優(yōu)化。在純堿生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)單位需要積極運(yùn)用新興技術(shù)和設(shè)備，增強(qiáng)設(shè)備的防腐性能，為純堿生產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)，保證純堿生產(chǎn)的質(zhì)量。在實際運(yùn)用的時候，相關(guān)單位可以對塔壁等進(jìn)行防腐處理，采用具有防腐性能的材料涂抹表面。此外，可以使用鈦材管道，避免管道受到腐蝕作用。部分純堿設(shè)備制造企業(yè)還會在設(shè)備生產(chǎn)過程中適當(dāng)?shù)靥砑悠渌饘?，生產(chǎn)鑄鐵合金材質(zhì)，這種材質(zhì)具有非常強(qiáng)大的抗腐蝕性能。

5.結(jié)語

綜上所述，硫化物除鐵工藝技術(shù)的運(yùn)用效果非常顯著，可以對設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)，避免其出現(xiàn)腐蝕問題，同時還能夠減少純堿產(chǎn)品中鐵的含有量，保證純堿產(chǎn)品的質(zhì)量。在實際運(yùn)用的時候，工作人員需要注意硫化氫氣體添加的科學(xué)性和合理性，保證硫分的穩(wěn)定性，進(jìn)而收獲更加顯著的除鐵效果。除此之外，國家有關(guān)部門和企業(yè)還應(yīng)該加強(qiáng)對硫化物除鐵工藝技術(shù)的研究，不斷提高除鐵的效率和質(zhì)量，為我國純堿生產(chǎn)行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。