土耳其天然碱项目加工工艺_王吉刚

１）技术方案：通 过 预 过 滤 器 使 卤 水 浊 度 降 到 小 于 ５０ｐｐｍ，过 滤 后 卤 水 送 到 特 定 装 置 处 理 并 进 行 最 终 过 滤 ，可 保 证 卤 水 浊 度 和 有 机 质 含 量 满 足 要 求 。
２）卤水精制处 理 是 本 工 艺 承 前 启 后 的 部 分，图 ２ 左 边 是 处 理 前 的 卤 水 ，右 边 是 过 滤 后 卤 水 。 从 图 ２ 中可以清楚的看出浊度的区别。 ２．２ 汽 提 浓 缩 工 艺 研 究
１ 土耳其天然碱项目简介
土耳其天然碱项目是中国天辰工程有限公司与 中国机械设备进出口公司联合承接的工程总承包项 目 ，以 交 钥 匙 的 方 式 提 供 纯 碱 和 小 苏 打 生 产 装 置 ，业 主为土 耳 其 ＥＴＩ ＳＯＤＡ 公 司，装 置 能 力 为 ２ 条 ５０
万ｔ／ａ纯 碱 和１ 条１０ 万ｔ／ａ小 苏 打 的 生 产 线 。 工 程 现场距 离 ＡＮＫＡＲＡ 省 的 ＢＥＹＰＡＺＡＲＩ 镇 ５ 公 里 远。该项目是利用 地 下 天 然 碱 碱 矿 资 源，采 用 水 采 方 式 ，将 水 注 入 地 下 天 然 碱 矿 床 ，使 碳 酸 钠 和 碳 酸 氢 钠 在 地 下 溶 解 ，得 到 碱 卤 溶 液 ，然 后 返 回 地 上 进 行 加 工。我方负责地上加工部分。该项目采用的是汽提 浓缩加一水碱结 晶 工 艺，可 直 接 得 到 重 质 纯 碱。 其 工艺技术研究主要 包 括 卤 水 精 制 处 理 工 艺、汽 提 浓 缩 工 艺 、结 晶 工 艺 、干 燥 工 艺 、十 水 碱 工 艺 、利 用 副 产 二氧化碳生产小苏打工艺及热能综合利用研究等几 个部分。针对天然 碱 的 原 料 特 点，本 项 目 在 卤 水 精 制处理中采取措施 去 除 杂 质 和 有 机 质；在 汽 提 浓 缩 工艺中将碳酸氢钠湿分解和以含一定浓度二氧化碳 的蒸汽为热源的降 膜 蒸 发 工 艺 相 集 成，实 现 工 艺 与 能 耗 的 双 赢 ，开 发 了 碳 酸 氢 钠 湿 分 解 塔 ，改 进 了 降 膜 蒸发器；在结晶工艺 中 研 究 了 含 低 浓 度 碳 酸 氢 钠 的 一水碱结晶工艺和 高 浓 度 二 氧 化 碳 碳 酸 化 工 艺；在 干 燥 工 艺 中 根 据 一 水 碱 、碳 酸 氢 钠 、十 水 碱 的 不 同 性 质选用了不同的分 离 脱 水 设 备，采 用 了 一 水 碱 和 碳 酸氢钠流化床干燥 工 艺；在 资 源 回 收 利 用 中 采 用 了 十 水 碱 工 艺 ，实 现 了 资 源 的 最 大 程 度 利 用 ；在 热 能 综 合利用中成功将热泵工艺与汽提蒸发和一水碱结晶 工 艺 相 结 合 ，实 现 了 能 量 的 最 大 程 度 利 用 ，同 时 根 据 热 能 品 位 进 行 综 合 利 用 ，努 力 实 现 最 低 能 耗 。
艺、一水碱结晶工 艺、碳 酸 氢 钠 结 晶 工 艺、十 水 碱 回 收 工 艺 、卤 水 精 制 等 先 进 、特 色 工 艺 ；
２）一 水 碱 工 艺 直 接 生 产 重 质 纯 碱，流 程 简 炼， 设 备 少 ，投 资 省 ；
３）产品质量高，本 项 目 所 生 产 的 重 质 纯 碱 可 达 世界最优质量标准，小 苏 打 的 质 量 也 可 达 到 药 用 小 苏打的要求；
１）碳 酸 氢 钠 湿 分 解 是 含 碳 酸 氢 钠 体 系 采 用 一 水 碱结晶工艺的关键，湿 分 解 的 效 果 决 定 采 用 该 生 产 工艺的生产成本，碳 酸 氢 钠 湿 分 解 浓 缩 工 艺 流 程 如
２０１０ 年 第 ６ 期 王 吉 刚 ，等 ：土 耳 其 天 然 碱 项 目 加 工 工 艺
图 ３ 汽 提 浓 缩 装 置 图
２）碳 酸 氢 钠 湿 分 解 浓 缩 工 艺 是 由 碳 酸 氢 钠 湿 分 解工艺和含不凝气热源的降膜蒸发工艺集成而得。 碳酸氢钠湿分解是含碳酸氢钠体系卤水采用一水碱 结晶工艺的关键点，只 有 在 适 宜 的 分 解 完 成 率 下 才 能采用该工艺；而 以 往 对 该 工 艺 的 研 究 大 多 是 受 限 于分解完成率过低或者能耗过高。因而本工艺的关 键点就在于在合理的能耗下取得理想的湿分解率。
土耳 其 天 然 碱 项 目 在 实 施 中，天 辰 公 司 在 对 碳 酸氢钠湿分解工艺进行深入研究并结合中试的基础 上，开发了湿分解 浓 缩 工 艺、蒸 汽 压 缩 机 工 艺、卤 水 处 理 工 艺 等 特 色 工 艺 ，成 功 解 决 了 上 述 困 难 ，本 文 简 要 介 绍 该 项 目 所 采 用 的 工 艺 、开 发 过 程 及 特 点 。
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图 ２ 处 理 前 （左 ）、后 卤 水 对 比
下：将一定浓度卤 水 预 热 至 一 定 温 度 送 到 湿 分 解 塔 顶 部 ，在 塔 底 部 通 入 一 定 压 力 的 蒸 汽 （含 一 定 浓 度 的 ＣＯ２），在塔内逆流接触，控制 塔 内 湿 分 解 温 度，将 湿 分解液送入降膜蒸 发 器，同 时 以 湿 分 解 塔 的 尾 气 为 热源进行蒸发，浓 缩 完 成 液 根 据 设 计 要 求 可 进 入 下 级浓缩或者进入结 晶 工 段，浓 缩 器 分 离 室 产 生 的 二 次蒸汽根据工艺要求可去下一效蒸发加热室或者去 蒸汽压缩机循环使用。浓缩器加热室产生含高浓度 不凝气（ＣＯ２）的 乏 汽 可 去 热 回 收 利 用 系 统，此 部 分 乏汽在土耳其天然碱项目中用于卤水精制处理。图 ３是土耳其天然碱项目汽提浓缩部分施工过程图。
４）本项目能耗低，吨碱 耗 蒸 汽 １．１９ｔ，耗 电 ３３５ ｋＷ·ｈ；
５）生 产 成 本 低 ，投 资 、能 耗 及 运 行 成 本 决 定 产 品 成本低；
６）自动化程度高，采用了先进的 ＤＣＳ集散控制 系统及 ＤＶＭ 系统。
２ 工艺过程开发研究及工程化
天然 碱 加 工 是 以 资 源 为 基 础，原 料 具 有 复 杂 多 样 性 ，通 常 主 成 分 为 碳 酸 钠 和 碳 酸 氢 钠 ，杂 质 成 分 为 各种盐类和有机 质。 针 对 不 同 的 原 料，加 工 工 艺 也 多样化。本项目的原料特点是碳酸氢钠含量较高， 达到６ ％，同时含有一定浓度的硫酸钠、氯化钠和有 机质。为实现直接 生 产 重 质 纯 碱 工 艺，本 项 目 首 先 在优化湿分解工艺 条 件 的 基 础 上，开 发 了 新 型 的 湿 分 解 塔 ，得 到 了 理 想 的 碳 酸 氢 钠 湿 分 解 率 ，随 后 改 进 了降膜蒸发器的结 构，使 之 能 适 用 于 含 一 定 浓 度 不 凝 气 的 热 源 ，并 在 中 试 中 将 二 者 集 成 ，以 求 达 到 湿 分
解率与能耗的平衡。针对卤水中含有机质及杂质的 情 况 ，结 合 拟 选 用 的 流 化 床 干 燥 工 艺 ，通 过 特 有 的 处 理工艺，保证卤 水 杂 质 含 量 达 到 最 低。 针 对 卤 水 中 含有盐硝杂质，采用 了 十 水 碱 工 艺 来 回 收 结 晶 外 排 母液，以求资源 的 最 大 化 利 用。 为 配 合 湿 分 解 工 艺 对含低浓度碳酸氢 钠 的 一 水 碱 结 晶 器 进 行 研 究，引 进并转化一水碱结晶器设备工艺包。针对本项目二 氧化碳浓度高的特 点，对 高 浓 二 氧 化 碳 碳 酸 氢 钠 结 晶器进行研究，引 进 并 转 化 该 设 备 工 艺 包。 针 对 本 项 目 需 要 对 一 水 碱 、碳 酸 氢 钠 、十 水 碱 过 滤 的 不 同 要 求，根据结晶粒度及 介 质 性 质 选 用 活 塞 推 料 离 心 机 和虹吸式卧式刮刀 离 心 机，并 配 备 了 不 同 的 辅 助 系 统 ，对 碳 酸 钠 和 碳 酸 氢 钠 的 干 燥 选 用 了 流 化 床 工 艺 。 在热能综合利用领 域，开 发 研 究 热 泵 （蒸 汽 压 缩 机） 工 艺 ，并 为 汽 提 浓 缩 和 一 水 碱 结 晶 工 艺 配 套 ，使 能 耗 降到最低。本项目在工艺开发中主要进行了以下一 些研究： ２．１ 卤 水 精 制 处 理 工 艺 研 究
２０１０ 年 第 ６ 期 王 吉 刚 ，等 ：土 耳 其 天 然 碱 项 目 加 工 工 艺
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土耳其天然碱项目加工工艺
王 吉 刚 ，张 国 臣
（中 国 天 辰 化 学 工 程 有 限 公 司 ，天 津 ３００４００） 摘 要 ：对 土 耳 其 天 然 碱 项 目 加 工 工 艺 及 特 点 进 行 简 单 介 绍 。 关 键 词 ：天 然 碱 ；加 工 工 艺
中 图 分 类 ：ＴＱ １１４．１３ 文 献 标 识 码 ：Ｃ 文 章 编 号 ：１００５－８３７０（２０１０）０６－１１－０５
人类使用纯碱 已 经 有 几 千 年 的 历 史，但 直 至 美 国发现了巨大的地 下 天 然 碱 矿 床，天 然 碱 工 业 才 揭 开了飞速发展的历史，并最终形成了约占世界３０ ％ 的总产能。
本项 目 工 艺 技 术 水 平 先 进，建 成 后 为 世 界 先 进 的天然碱加工工厂 之 一，吨 重 质 纯 碱 生 产 成 本 低 于 ５０ 美 元 。 图 １ 为 该 装 置 建 成 后 的 全 貌 。
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纯 碱 工 业
图 １ 土 耳 其 天 然 碱 加 工 厂 全 貌
本项目采用的工艺主要有如下特点： １）工 艺 技 术 先 进，采 用 了 碳 酸 氢 钠 湿 分 解 工
３）分 析 碳 酸 氢 钠 湿 分 解 的 过 程 ，耗 能 很 低 ，每 分 解１ｍｏｌ的 碳 酸 氢 钠 仅 需 要５．３Ｊ的 能 量 ，分 解 的 温
度要求大于１００ ℃；同 时 考 虑 热 泵 压 缩 等 压 升 对 温 度影响的敏感程度 和 浓 缩 过 程 蒸 发 的 要 求，经 过 筛 选 确 定 了 湿 分 解 温 度 及 压 力 ，通 过 物 热 平 衡 计 算 ，确 定湿分解塔内的 液 汽 比。 模 拟 以 上 的 工 艺 条 件，新 设计了湿分解塔，改 进 了 降 膜 蒸 发 器 换 热 器 排 不 凝 气的方式，进行 了 中 试 试 验。 对 不 同 浓 度 的 卤 水 在 不 同 填 料 高 度 下 分 别 进 行 了 试 验 ，试 验 结 果 ：在 较 低 填料高度下湿分解 塔 就 能 满 足 工 艺 的 要 求，对 含 总 碱１５ ％的卤水及含总 碱 ２０ ％ 的 卤 水，碳 酸 氢 钠 的 浓度在湿分解后均 达 到 较 低 水 平，经 过 浓 缩 器 浓 缩 也能满足一水碱结晶的要求。同时降膜蒸发器排放 不凝气携带的水蒸 气 量 也 很 理 想，并 在 后 面 的 工 艺 中对这部 分 乏 汽 再 次 利 用。 通 过 对 两 种 工 艺 的 集 成 ，就 实 现 了 工 艺 目 标 与 能 耗 的 双 赢 ，也 使 得 一 步 法 重质纯碱工艺成为最有竞争力的工艺。