張 霞，肖 婕，張 雷，孫曉龍，曹 桐

（1.中海油天津化工研究設(shè)計院，天津300131；2.滄州水文水資源勘測局；3.天津渤化永利化工股份有限公司）

聯(lián)堿裝置降低氨耗潛力挖掘

張 霞1，肖 婕1，張 雷2，孫曉龍3，曹 桐3

（1.中海油天津化工研究設(shè)計院，天津300131；2.滄州水文水資源勘測局；3.天津渤化永利化工股份有限公司）

聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿，氨為主要原料，特征污染因子亦為氨，包括含氨廢水、含氨廢氣、氨Ⅱ泥，減少聯(lián)堿裝置含氨污染物的產(chǎn)生和排放是聯(lián)堿法生產(chǎn)企業(yè)解決環(huán)境問題的重要途徑。以某企業(yè)聯(lián)堿裝置為例，采用清潔生產(chǎn)理念，從源頭控制污染物，從降低氨耗的角度出發(fā)，尋找聯(lián)堿裝置的減排空間，從而達(dá)到降耗、減污、增效的目的。

聯(lián)堿法；降低氨耗；清潔生產(chǎn)

純堿工業(yè)是重要的化學(xué)原料工業(yè)，純堿產(chǎn)品是保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本工業(yè)原料。中國純堿產(chǎn)品在國際市場上有著較強的競爭力，中國是純堿生產(chǎn)第一大國，純堿產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的37%。但同時純堿工業(yè)污染嚴(yán)重、減排難度大，尤其是在中國節(jié)能、環(huán)保的客觀要求下，純堿行業(yè)必須走綠色、清潔的發(fā)展道路才能得到又快又好的發(fā)展［1-2］。

純堿生產(chǎn)方法有索爾維（氨堿）法、侯氏（聯(lián)堿）法和天然堿法。聯(lián)堿法工藝在生產(chǎn)純堿的同時還副產(chǎn)氯化銨，污染物產(chǎn)生量少，世界上采用聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿的國家只有中國。聯(lián)堿法是以合成氨裝置生產(chǎn)的氨、二氧化碳以及原鹽為原料生產(chǎn)純堿并聯(lián)產(chǎn)氯化銨的方法。聯(lián)堿法生產(chǎn)過程中氨為主要原料，同時特征污染因子亦為氨，包括含氨廢水、含氨廢氣、氨Ⅱ泥，所以減少聯(lián)堿裝置含氨污染物的產(chǎn)生和排放是聯(lián)堿法生產(chǎn)企業(yè)解決環(huán)境問題的重要途徑。

以某企業(yè)聯(lián)堿裝置為例（設(shè)計產(chǎn)能為年產(chǎn)80萬t純堿和氯化銨），采用清潔生產(chǎn)理念，從源頭控制污染物，從降低氨耗的角度出發(fā)，尋找聯(lián)堿裝置的減排空間，從而達(dá)到降耗、減污、增效的目的。

1 聯(lián)堿裝置氨耗現(xiàn)狀分析

1.1 聯(lián)堿裝置生產(chǎn)工藝

原鹽經(jīng)精制得到高質(zhì)量精制鹽，通過皮帶送到聯(lián)堿裝置II過程，在II過程加入合成氨裝置提供的氨，生產(chǎn)出精銨產(chǎn)品（工業(yè)氯化銨）和農(nóng)業(yè)氯化銨，一部分農(nóng)業(yè)氯化銨通過粒銨裝置生產(chǎn)出粒狀農(nóng)業(yè)氯化銨，同時提供合格的AII液到聯(lián)堿I過程。在I過程加入合成氨裝置提供的二氧化碳生產(chǎn)出輕質(zhì)純堿（輕灰），同時提供合格的MI液到聯(lián)堿II過程，一部分輕質(zhì)純堿通過重灰裝置生產(chǎn)出重灰，重灰生產(chǎn)過程的細(xì)粉及落地堿通過小蘇打裝置生產(chǎn)出小蘇打。綜上該企業(yè)聯(lián)堿裝置共有6種產(chǎn)品，分別為輕質(zhì)純堿（輕灰）、重灰、小蘇打、精銨（工業(yè)氯化銨）、農(nóng)業(yè)氯化銨、粒銨?？傮w流程見圖1。

圖1 企業(yè)聯(lián)堿裝置生產(chǎn)工藝流程圖

1.2 單位產(chǎn)品氨耗與標(biāo)準(zhǔn)對照分析

該企業(yè)聯(lián)堿裝置原料液氨執(zhí)行GB 536—1988《液體無水氨》，氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%。對該裝置在2011年7月至2013年6月的月單位產(chǎn)品氨耗做趨勢分析，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，2011年單位產(chǎn)品氨耗最高，2012年最低，2013年又呈上升趨勢，每個月單耗存在一定的波動。通過分析可知，2011年裝置剛投產(chǎn)，生產(chǎn)不穩(wěn)定，單耗較高；隨著生產(chǎn)趨于穩(wěn)定，2012年單耗逐漸下降；2013年單耗又高于2012年，說明聯(lián)堿裝置氨耗存在一定的降耗空間。

圖2 企業(yè)聯(lián)堿裝置單位產(chǎn)品氨耗趨勢圖

為科學(xué)、客觀地查找該企業(yè)的氨耗差距，將聯(lián)堿裝置的實際氨耗與HJ 474—2009《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（純堿行業(yè)）》進(jìn)行了指標(biāo)對比，結(jié)果如表1所示。

表1 企業(yè)聯(lián)堿裝置單位產(chǎn)品氨耗與清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對比

通過表1可以發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)聯(lián)堿裝置2012年單位產(chǎn)品氨耗最低，但該氨耗值僅達(dá)到純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)三級要求（中國清潔生產(chǎn)基本水平），所以該企業(yè)聯(lián)堿裝置需要尋找氨的降耗空間，以提高聯(lián)堿裝置的清潔生產(chǎn)水平。

1.3 氨平衡分析

建立氨的單物質(zhì)平衡，可以深入地查找氨的產(chǎn)排污環(huán)節(jié)，便于從源頭控制污染物的產(chǎn)生，減少氨耗。選取了該企業(yè)聯(lián)堿裝置連續(xù)三天穩(wěn)定運行的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立氨的單物質(zhì)平衡，具體情況見圖3。

圖3 企業(yè)聯(lián)堿裝置氨平衡圖（kg/d）

通過氨平衡圖分析可知:1）轉(zhuǎn)化至產(chǎn)品中的氨占總投入量的74.23%，即有25.77%的氨損失，氨損失量大；2）廢氣、廢水、固廢中所含氨分別為20.39%、1.15%、2.03%，其他2.2%的損失為產(chǎn)品附著氨、冰機(jī)氨損失、物料和母液的跑冒滴漏等；3）氨損耗中曝空氨量最大，占到液氨使用量的19.81%，所以減少曝空氨的損失量是降低聯(lián)堿裝置氨耗的主要環(huán)節(jié)；4）通過計算，廢水中氨氮產(chǎn)生量為8.3 kg/t（廢水產(chǎn)生量為881.073 t），純堿行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)對廢水中氨氮產(chǎn)生量的要求為一級≤2.0 kg/t、二級≤3.0 kg/t、三級≤4.0 kg/t，由此可知進(jìn)入廢水中的氨氮量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)三級的要求。

2 聯(lián)堿裝置降低氨耗途徑

2.1 減少進(jìn)入廢氣中的氨

1）設(shè)置曝空氨回收系統(tǒng)，減少氨損失。聯(lián)堿裝置結(jié)晶器本體、母液桶、碳化工序帶式過濾機(jī)曝空氨量大，另外精銨工序分離機(jī)及濕銨皮帶的氨味重，分離機(jī)下料氯化銨中夾帶的游離氨散發(fā)到空氣中造成氨的損失。針對以上情況，企業(yè)計劃設(shè)置設(shè)備曝空氨回收系統(tǒng)，對結(jié)晶器本體、母液桶曝空氨進(jìn)行回收，對碳化工序帶式過濾機(jī)加罩減少氨的揮發(fā)；將精銨工序分離機(jī)排氣管裝引風(fēng)機(jī)，將含氨空氣排入含水的桶中將氨吸收，氨水達(dá)到一定濃度后回用做原料。設(shè)置曝空氨回收系統(tǒng)后，年可減少氨損失3 900 t。

2）外冷器封頭改造，減少氨的揮發(fā)。聯(lián)堿裝置有2臺外冷器上封頭內(nèi)襯塑料脫落，有4臺有起鼓現(xiàn)象，起鼓面積約1.2 m2，該情況容易導(dǎo)致設(shè)備泄漏，造成物料損失，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性。企業(yè)計劃對外冷器封頭進(jìn)行改造，拆除脫落層，做環(huán)氧樹脂玻璃鱗片防腐，制造備件上下封頭材質(zhì)為Ti2+Q345復(fù)合板，確保設(shè)備無泄漏，長周期穩(wěn)定運行。該改造實施后，年可減少氨損失200 t。

3）降低碳化工序帶式過濾機(jī)洗水中的氨含量，減少氨揮發(fā)。碳化工序帶式過濾機(jī)洗水中含氨偏高，氣溫高的時候游離氨易揮發(fā)，既污染環(huán)境又危害操作人員的身體健康。企業(yè)結(jié)合實際生產(chǎn)情況調(diào)整了工藝參數(shù)，提高淡液蒸量，降低洗水中氨含量，控制洗水溫度低于40℃，減少游離氨的揮發(fā)量。對帶式過濾機(jī)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，提高引風(fēng)量，降低空氣中的氨含量。該措施實施后，年可減少氨損失200 t。

4）減少干銨粉塵。由干銨爐出來的產(chǎn)品經(jīng)過皮帶輸送至干銨包裝機(jī)過程中粉塵產(chǎn)生量較大，目前除塵效果不佳，造成作業(yè)環(huán)境惡劣的同時也造成干銨損失。另外布袋除塵器回收的粉料由刮板機(jī)送到皮帶機(jī)上，而刮板機(jī)到皮帶機(jī)的落差相當(dāng)大，造成粉塵飛揚，皮帶機(jī)間的落差也易使粉塵飛揚，造成干銨廠房粉塵較大。結(jié)合以上問題，企業(yè)對干銨除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造，單獨包裝干銨廠房布袋除塵器的粉料，在干銨廠房外建4 m3儲罐，增設(shè)雙動閥1套、氣動振打器2臺。為保證現(xiàn)場環(huán)境，建設(shè)了6 m高罩棚22 m2，隔一天清理一次儲罐，每月收集除塵細(xì)粉料約18 t，年可增產(chǎn)氯化銨252 t，減少氨損失80 t。

5）對碳化工序大堿槽加裝蓋子，減少氨的揮發(fā)。碳化工序大堿槽沒有蓋子，長期露天敞開造成氨的揮發(fā)量大。結(jié)合該情況，企業(yè)對該槽加裝了蓋子，大大減少了氨的揮發(fā)，年可減少氨損失100 t。

2.2 減少進(jìn)入廢水中的氨

1）減少碳化工序濾布沖洗水的跑冒。碳化工序帶式過濾機(jī)的濾布沖洗水為淡液蒸餾后的廢淡液經(jīng)冷卻后的凈氨洗水，該洗水中含有氨。帶式過濾機(jī)在沖洗前首先利用帶機(jī)刮刀進(jìn)行刮堿，由于刮刀運行不穩(wěn)定，經(jīng)常造成大量的堿殘留在皮帶上，從而必須增加沖洗水的流量來達(dá)到清潔帶機(jī)的作用，由于流量的增加，導(dǎo)致大量的凈氨洗水沖到帶機(jī)以外，造成洗水中氨的損失，同時增加廢水中的含氨量。結(jié)合該情況，企業(yè)計劃及時更換碳化工序帶機(jī)刮刀，改善刮刀的刮堿效果，減少帶機(jī)沖洗水的跑冒量，從而減少氨的損耗和廢水中氨的含量。該措施實施后，年可減少氨損失50 t。

2）母液閥門改造，減少含氨廢液的排放。聯(lián)堿裝置需要安裝閥門的環(huán)節(jié)多，使用情況復(fù)雜，自投產(chǎn)以來，母液閥門經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕、泄漏及密封不嚴(yán)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)損壞等問題，以上問題造成物料跑冒滴漏，同時在檢修更換閥門時會大量放液，以上廢液進(jìn)入廢水，給生產(chǎn)帶來巨大損失，給環(huán)境帶來不利影響。結(jié)合以上問題，企業(yè)計劃對母液閥門進(jìn)行改造，結(jié)合不同的使用要求，主要選用了半球閥、硬密封蝶閥、國標(biāo)閘板閥三大類閥門安裝在不同的需求位置。通過改造，母液閥門更加適用于聯(lián)堿的生產(chǎn)使用，減少了母液損失，穩(wěn)定了生產(chǎn)負(fù)荷，降低了檢修難度，使得聯(lián)堿生產(chǎn)更加穩(wěn)定，年可減少氨損失1 000 t。

3）煮塔設(shè)施及蒸汽管改造，減少母液膨脹現(xiàn)象。目前聯(lián)堿分廠碳化塔煮塔應(yīng)用熱的廢淡液，而廢淡液要作為凈氨水，同時還要用于皮帶沖洗、潤滑等。如果煮塔使用廢淡液，那么就會造成凈氨水等的不足，這時需要補充除鹽水，于是便增加了母液量，造成母液膨脹，造成氨的損失和廢水中氨的含量。另外碳化塔伴熱采用的是0.6 MPa蒸汽，影響碳化指標(biāo)，同時使母液量增加。對以上問題，企業(yè)計劃對碳化塔煮塔設(shè)施及蒸汽管進(jìn)行改造，首先碳化塔煮塔水仍以廢淡液為主，但在煮塔時采用1.37 MPa蒸汽，減少煮塔時間，煮塔時間由原來的24 h改為12 h，另外碳化塔伴熱蒸汽由0.6 MPa飽和蒸汽改為1.37 MPa蒸汽，減少了凝水量，進(jìn)而減少了母液量。該方案實施后，可減少母液膨脹現(xiàn)象，使煮塔更便捷，年可減少氨損失150 t。

4）母液換熱器、水冷器改造，減少泄漏。聯(lián)堿裝置結(jié)晶工序的母液換熱器及水冷器內(nèi)、外泄漏嚴(yán)重，造成物料損失，同時增加了末端廢水及其污染物的產(chǎn)生量。結(jié)合以上情況，企業(yè)計劃對母液換熱器、水冷器進(jìn)行改造，將原有的外冷器改為全鈦水冷器，重新制造6臺鈦管母液換熱器，由于鈦材的抗腐蝕性能好，同時易清洗，改造后可有效減少因母液換熱器、水冷器泄漏造成的物料損失，也可減少進(jìn)入廢水系統(tǒng)的廢水量及污染物量。通過該改造，年可減少氨損失1 100 t。

5）泵流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造，減少母液冒桶。聯(lián)堿裝置MII泵、冷AI泵、熱AI泵，在生產(chǎn)工況不穩(wěn)定時需要頻繁調(diào)節(jié)泵的進(jìn)出口閥門，控制投量。在正常生產(chǎn)過程中需要經(jīng)常調(diào)節(jié)各母液儲桶液位，需要頻繁調(diào)節(jié)泵的出入口閥門，人工調(diào)閥對生產(chǎn)波動大，而且容易造成閥門損壞，換閥門需要停工處置，需要大量排放母液，檢修損失較大。結(jié)合以上問題，企業(yè)對以上泵的出口自調(diào)閥進(jìn)行改造，在各類泵總出口管悶堵處添加回流管，回流管上裝自調(diào)閥，調(diào)控母液回到各自母液儲桶，用自調(diào)閥控制回流管的流量，以滿足生產(chǎn)過程中的微調(diào)，減少母液調(diào)節(jié)波動，同時減少泵出口閥的使用次數(shù)，延長閥門使用壽命。該方案的實施使得母液調(diào)節(jié)由手動改為自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了準(zhǔn)確控制母液投量，便于母液儲桶的平衡，穩(wěn)定了生產(chǎn)，防止手動過大造成冒桶，年可減少氨損失110 t。

6）回收冰機(jī)蒸發(fā)冷溢流水，減少含氨廢水外排。冰機(jī)工序蒸發(fā)冷溢流水產(chǎn)生量大，同時浮球出現(xiàn)故障也造成溢流水產(chǎn)生量的增加，以上溢流水直接排入地溝造成水的浪費。針對以上情況，企業(yè)更換了壞的浮球，同時建一個儲水池，把蒸發(fā)冷溢流水收集并回用，年可減少氨損失98 t。

2.3 減少進(jìn)入固廢中的氨

1）減少干銨皮帶濕銨落地料的產(chǎn)生。銨刮料板的皮子磨損較嚴(yán)重，不能及時更換，造成干銨濕銨皮帶經(jīng)常因刮料板刮料不干凈造成濕銨落地；另外皮帶尾滾經(jīng)常粘料，運轉(zhuǎn)時不易清理，經(jīng)常造成皮帶跑偏，增加了落地銨的產(chǎn)生量。針對以上情況，企業(yè)更換了刮料板皮子，將各皮帶尾滾更換為襯膠尾滾，在運轉(zhuǎn)粘料后易于清理，同時在每個刮料板后加裝一個收料器，回收落地濕銨。通過該措施的實施，年可增產(chǎn)氯化銨57 t，減少氨損失18 t。

2）更換鹽泥、AII泥壓濾機(jī)，改善壓濾效果，回收濾液。鹽泥、AII泥壓濾機(jī)壓濾效果不佳，造成鹽泥、AII泥含水率高，增加后續(xù)固廢貯存及處理的難度，同時也造成濾液損失。針對以上情況，企業(yè)及時更換了壓濾機(jī)，改善了壓濾效果，對濾液及時進(jìn)行了回收，提高了氨的回收率。該措施實施后，年可增產(chǎn)產(chǎn)品145 t，減少氨損失46 t。

3）增加濕銨皮帶罩子和風(fēng)機(jī)，減少氯化銨落地料的產(chǎn)生。濕銨皮帶無罩子，容易出現(xiàn)掉料情況，產(chǎn)生廢銨，并且氣溫高時氨味較大。建議增加皮帶罩子和風(fēng)機(jī)，減少廢銨產(chǎn)生的同時也減輕氨味，年可增產(chǎn)氯化銨246 t，減少氨損失78 t。

3 結(jié)論

通過對某企業(yè)聯(lián)堿裝置單位產(chǎn)品氨耗與標(biāo)準(zhǔn)對照分析，發(fā)現(xiàn)氨耗與先進(jìn)水平存在著差距；通過建立氨的單物質(zhì)平衡，查找到氨的產(chǎn)排污環(huán)節(jié)；從氨進(jìn)入“三廢”的原因和途徑，找出降低氨耗的途徑和措施，從而減少了進(jìn)入環(huán)境中的含氨污染物量。

以上降低氨耗的措施實施后，年可減少氨耗7 130 t，增加產(chǎn)量700 t。以2013年產(chǎn)品產(chǎn)量、氨耗為計算基礎(chǔ)，聯(lián)堿裝置年產(chǎn)量可由 2013年的480 676 t增產(chǎn)700 t后變?yōu)?481 376 t，氨耗可由173 072.7 t減少7 130 t后變?yōu)?65 942.7 t，單位產(chǎn)品氨耗可由2013年的360.1 kg/t降為344.7 kg/t，達(dá)到清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（純堿行業(yè)）一級（≤345 kg/t）要求，氨耗在2013年的基礎(chǔ)上下降了4.3%，清潔生產(chǎn)水平有了明顯的提高。

隨著中國純堿行業(yè)準(zhǔn)入條件、“十二五”發(fā)展規(guī)劃對聯(lián)堿裝置氨耗要求的逐漸嚴(yán)格，企業(yè)需要繼續(xù)探索氨耗降低的空間，分輪次持續(xù)推動企業(yè)開展清潔生產(chǎn)審核等降耗工作，逐步降低企業(yè)的氨耗，減少對環(huán)境的污染

［1］ 紀(jì)偉.中國純堿出口能力預(yù)測及對世界純堿市場的影響［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2014，46（3）:5-8.

［2］ HJ 474—2009 清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（純堿行業(yè)）［S］.

聯(lián)系方式：zhangxia0702@126.com

Potential exploitation of lowering ammonia consumption for Hou′s Process soda plant

Zhang Xia1，Xiao Jie1，Zhang Lei2，Sun Xiaolong3，Cao Tong3
（1.CNOOC Tianjin Chemical Research&Design Institute，Tianjin 300131，China；2.Cangzhou Bureau for Hydrology and W ater Resources；3.Tianjin Bohua Yongli Chemical Industry Co.，Ltd.）

Ammonia is a main material for production of soda ash with Hou′s Process.The characteristic pollution factor is just ammonia which exists in waste water，waste gas，and ammonia Ⅱ mud，so an important way to solve environmental problem is to reduce the ammonia pollutants for Hou′s Process soda plant.A typical Hou′s Process soda plant is taken as an example，to find solutions for the emission-reduction.The enterprise lowers ammonia consumption and controls pollution from the source to implement clearing production，thereby achieves the goals of consumption reduction，emission decrease and benefit enhancement.

Hou′s Process；lowering ammonia consumption；cleaner production

TQ114

A

1006-4990（2015）06-0063-04

2015-01-19

張霞（1981— ），女，工程師，碩士，從事清潔生產(chǎn)相關(guān)工作。