电石渣浆代替生石灰用于纯碱蒸氨的工艺方案

电石渣浆代替生石灰用于纯碱蒸氨的工艺方案

李永新1,宋爱军2

Ξ(1.唐山三友集团冀东化工有限公司,河北唐山063021;2.唐山三友集团,河北唐山063021)

[关键词]PVC;电石渣浆;纯碱生产

[摘　要]介绍了电石渣浆在氨碱法纯碱生产中代替生石灰用于蒸氨工艺的可行性和初步方案,实验证明该方案是可行的,具有较好的环境效益及经济效益。

[中图分类号]TQ325.3;X78 [文献标识码]A [文章编号]1009-7937(2005)03-0041-02

P rocess for th e digestion of ammoni a in th e p rodu ction of sod a

by substituting carbid e slu rry for caustic sod a

L I Yong-xin1,SON G Ai-jun2

(1.Jid ong Chemical Industry C o.,Ltd.of T angshan Sany ou G roup,T angshan063021,China;

2.T angshan Sany ou G roup,T angshan063021;Chian)

K ey w ords:PVC;calcium slurry;the production of s oda

Abstract:The processibility of the process for the digestion of amm onia in the production of s oda by substituting carbide slurry for caustic s oda was introduced as well as the primary plan.Through experiments,it was proved that this plan was feasible and had g ood environmental effect and econ omic effect.

随着我国聚氯乙烯市场的快速发展,聚氯乙烯装置的扩建、新建又达到一个高潮,其采用的路线主要是电石法。然而,随着装置的逐渐扩大,电石法中电石渣的污染问题却日益突出,电石渣浆的综合利用成了必须解决的问题。唐山三友集团依托150万t/a纯碱装置建设的10万t/a聚氯乙烯装置拟将其产生的电石渣作为纯碱生产的原料全部消耗,彻底解决污染问题。

1　纯碱蒸氨工艺简介

在氨碱法纯碱生产中,NH3作为中间介质在生产过程中循环使用,而这一循环是借助蒸馏过程实现的。制碱后的母液中的NH3和CO2主要以两种形式存在,其中游离氨(包括碳酸氨和氢氧化氨)可以直接加热蒸煮去除,但是氯化铵或硫酸铵形式的固定氨则必须加入石灰乳用化学方法分解后再进行加热蒸馏才行。因此,蒸氨塔设计成预热、蒸馏两个塔段,分别用于脱除溶液中的游离氨、二氧化碳和固定氨。

正压蒸氨工艺流程为:含氨溶液由储罐用泵送至高位槽,该槽配备有溢流管以保持恒定的液位。母液通过定量自动调节阀被送入蒸氨塔的冷凝器,与塔内的氨气进行间接换热,初步升温的母液温度可达60～70℃,然后进入蒸氨塔的预热段。母液在预热段里与蒸馏段和预灰桶来的气体继续逆流直接换热,升温到100℃左右。将溶液中的碳酸盐分解,CO2基本除净。预热母液离开预热段后,自流压入预灰桶。往预灰桶内加入石灰乳,经搅拌混合,再次利用位差溢流入蒸氨塔的蒸馏段。蒸馏段的底圈通入新鲜蒸汽,塔内气、液逆流接触,将液相中的氨通过复分解和升温提馏蒸出。预灰桶桶底的积砂间断地放入蒸馏段一起处理;而桶顶反应生成的氨气与蒸馏段蒸出的氨气分别进入到蒸氨塔的预热段。蒸馏废液送氯化钙车间制氯化钙或排入废液、废渣处理场。

蒸馏段的主要化学反应有:

2N H4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2N H3+2H2O,

Ca(OH)2+H2CO3CaCO3+2H2O,

(N H4)2SO4+Ca(OH)2CaSO4+2N H3+ 2H2O,

Na2SO4+CaCl2CaSO4+2NaCl。

过滤母液组成见表1。

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2005年第3期No.3,2005

聚氯乙烯

P olyvinyl Chloride

三废处理与综合利用

Ξ[收稿日期]2004-08-26

[作者简介]李永新(1972—),女,工程师,1996年毕业于河北工业大学化工系,从事氯碱生产、设计工作。

表1　过滤母液组成

项目成分项目成分

游离氨(FNH3)/tt22～24总硫分(S2-)/tt0.004～0.010固定氨(CNH3)/tt70～72体积当量(V母)/(m3/t) 5.6～6.0全氨(TNH3)/tt92～95温度/℃26～28

全氯(TCl-)/tt92～94相对密度 1.120～1.123二氧化碳CO2/tt35～40

注:tt为滴度,纯碱行业专用单位,是当量浓度的1/20,换算成g/L时为(滴度×分子质量)/(20×化合价)。

2　电石渣浆的物理、化学性质分析及与工业生石灰(C aO)的比较

通常,乙炔发生器排出的电石渣浆中含水质量分数为85%～95%,每生产1t聚氯乙烯产生电石渣浆9～15t,固相为电石水解生成的Ca(OH)2。电石渣经焙烧(完全脱水)后的主要成分见表2。

表2　电石渣经焙烧(完全脱水)后的主要成分成分Ca(OH)2SiO2Al2O3CaSO4C Fe2O3CaS CNS-质量分数/%96.3 1.41 1.330.340.140.120.080.01

与工业生石灰CaO比较,电石渣含MgO较低,但含SiO2、Al2O3、CaS、游离C或硅铁较高。电石渣固体颗粒的大小随渣浆沉降速度的快慢而有所变化,但正常沉降时的粒子比工业熟石灰的粒子小, 10～50μm的粒子约占80%。可见电石渣作为生石灰使用是可行的,并且在工业上也已广泛用于生产次氯酸钙、氯仿、三氯乙烯、水泥等。

3　应用中乙炔存在的可能性分析

由于乙炔气是易燃、易爆气体,将电石渣用到一个新的生产工艺过程中,必须了解乙炔在渣浆中的分布情况。乙炔气在渣浆中固相与液相内的分配比例是不同的,对含固量20%渣浆的研究表明:约占总量80%的乙炔与固体Ca(OH)2颗粒结合在一起,约20%溶解在水相中。在相同温度下,乙炔在渣浆中的含量大大超过其在水中的饱和溶解度,在澄清水中则较接近其饱和溶解度。下面在密闭容器中将新鲜渣浆连续搅拌数天,测定乙炔在液相和固相中的分布量,以说明电石渣固相中乙炔的特性,结果见表3。

表3　电石渣浆中乙炔分布特性

乙炔含量/(mg/kg)

固相中液相中Ca(OH)2在渣浆中

的含量/(g/kg)

同固相结合的

乙炔的含量/(mg/g)

发生器排出的新鲜渣浆

所采取的处理方法

300.0 115.0 60.4 63.9 73.4 60.2 388.0 527.074.5

102.0

77.3

96.1

83.7

78.7

765.0

980.0

207

430

406

430

420

425

485

445

1.160

0.130

0.036

0.025

0.060

0.040

未搅拌

搅拌4天后

搅拌5天后

搅拌10天后

搅拌11天后

搅拌14天后

在乙炔气流中搅拌1天后

在乙炔气流中搅拌2天后

由表3中数据可见,搅拌作用有利于渣浆中固体颗粒内的乙炔气逐渐解吸出来。另有实验证实:乙炔同固相颗粒Ca(OH)2的结合不能用吸附作用来解释。事实上是渣浆中含有未被水解的电石颗粒,其外面紧包着一层Ca(OH)2而阻止了它的水解。搅拌可使水容易扩散通过隔离层,使电石水解,放出乙炔气体。

可见在电石渣浆中是存在乙炔的,应该在进入纯碱系统前消除。结合纯碱工艺和乙炔在电石渣浆中的分布性质,在纯碱装置的化灰机处加入电石渣浆,可以避免乙炔进入纯碱系统。在化灰机里电石渣可以被生石灰与水反应的热量升温到90℃以上,并和新鲜的石灰乳充分混合,彻底消除渣浆中未反应的电石。渣浆中释放的乙炔通过化灰机的排气囱与水蒸气一起排出。因此控制乙炔不进入纯碱生产系统是简单的,用电石渣浆代替生石灰是完全可行的。4　工艺方案

乙炔发生工段产生的电石渣浆送至1#渣浆浓缩机沉降浓缩,清液送入2#浓缩机(也可称为澄清桶,因为与1#浓缩机为同样设备)澄清、冷却后送发生器回用;质量分数为20%～30%的渣浆送至纯碱装置石灰消化工序的化灰机,与生石灰、水按照比例配制石灰乳后再送蒸氨工序蒸氨。

5　效益分析

该工艺消耗了全部电石渣,不仅解决了环保问题,而且具有极大的社会效益和较好的经济效益。浓缩后的渣浆可代替纯碱装置所耗用石灰乳50万m3/a,以石灰乳成本30元/t计算,可降低成本1500万元。

将电石渣浆直接用于纯碱生产在国内还没有应用,它的成功将是电石法聚氯乙烯根治渣浆污染的最好工艺,是一个巨大进步。[编辑:陈立春]

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三废处理与综合利用 聚氯乙烯 2005年