郭 棟，孫棟梁

（天偉化工有限公司，新疆 石河子832000）

氯堿工藝生產(chǎn)過程中，無論采用海鹽、湖鹽、巖鹽或鹵水中的哪一種原料，都含有等無機雜質(zhì)，以及細(xì)菌、藻類殘體、腐殖酸等天然有機物和機械雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在化鹽時會被帶入鹽水系統(tǒng)中，如不去除將會造成離子膜的損傷，從而使其效率下降，影響電解槽的正常生產(chǎn)，并使離子膜的壽命大幅度縮短。鹽水中一些雜質(zhì)會在電解槽中產(chǎn)生副反應(yīng)，降低陽極電流效率，槽電壓升高、膜壽命縮短，嚴(yán)重時會造成停車。

因此，精鹽水的質(zhì)量直接關(guān)系后序工段的安全、穩(wěn)定、高效運行，并對陽極壽命產(chǎn)生影響。鹽水必須進行精制操作除去鹽水中的大量雜質(zhì)，生產(chǎn)滿足離子膜電解槽運行要求的精制鹽水。

目前氯堿行業(yè)中一次鹽水工序在鹽水精制過程中需加入的精制劑有氫氧化鈉溶液、鹽酸、亞硫酸鈉溶液、次氯酸鈉溶液、三氯化鐵溶液和碳酸鈉溶液。

一次鹽水工序中主要發(fā)生的反應(yīng)：

除鎂離子：Mg2++2OH-=Mg（OH）2

除濾膜上的CaCO3沉淀：

天偉化工有限公司熔鹽爐采用天然氣或電石爐運行產(chǎn)生的尾氣—電石爐氣作為固堿裝置熔鹽系統(tǒng)的熱源燃料。兩種燃料燃燒后的尾氣中均含有大量的二氧化碳?xì)怏w，從環(huán)保和碳源利用的角度考慮，開發(fā)經(jīng)濟實用的二氧化碳回收技術(shù)十分必要。

利用燃爐尾氣與液堿直接反應(yīng)制取碳酸鈉溶液，用于一次鹽水精制，降低了氯堿系統(tǒng)的運行成本，對燃爐尾氣的處置與環(huán)境保護具有積極的社會環(huán)境效益。

1 熔鹽爐兩種燃料介紹

1.1 天然氣

天然氣為外購產(chǎn)品，其成分見表1。

表1 天然氣組成成分

天然氣主要成分烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮、水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體，如氦和氬等。天然氣在送到最終用戶之前，為助于泄漏檢測，還要用硫醇、四氫噻吩等來給天然氣添加氣味。

天然氣不溶于水，密度為0.717 4 kg/m3，相對密度（水）為0.45（液化），燃點為650℃，爆炸極限（V%）為5%～15%。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。天然氣每立方燃燒熱值為8 000～8 500 kcal。

甲烷燃燒方程式：

完全燃燒：CH4+2O2=CO2+2H2O（反應(yīng)條件為點燃）

不完全燃燒：2CH4+3O2=2CO+4H2O

1.2 電石爐氣

來自該公司電石廠副產(chǎn)的電石爐氣成分見表2。

表2 電石爐氣組成成分

爐氣是生石灰與炭材在高溫下生成電石的同時產(chǎn)生的氣體，是電石生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，由于密閉電石爐爐蓋密封的作用，并且操作時始終保持正壓狀態(tài)，因此生成的爐氣成分主要是一氧化碳。按照理論計算，每噸電石在冶煉過程中產(chǎn)生的爐氣量約為400 m3。

從全密閉式電石爐出來的爐氣，溫度為500～800℃，爐壓為0～0.665 kPa，爐氣先進入一、二級旋風(fēng)分離器除去粒徑≥0.7μm的顆粒，然后經(jīng)過一、二、三級冷卻器，溫度下降至250～260℃，再進入高溫布袋除塵器，從高溫布袋除塵器出來的凈氣（粉塵含量在50 mg/m3以下）被凈氣風(fēng)機送往濕法凈化裝置。

經(jīng)干法除塵和濕法凈化技術(shù)處理后的爐氣主要為一氧化碳和少量氫氣的混合物，通過管道輸送至其他需要部門用作燃料氣。

1.3 燃爐燃燒模式介紹

兩種燃料在熔鹽爐內(nèi)燃燒時可分為3種方式：第一種純天然氣燃燒；第二種純電石爐氣燃燒；第三種混合燃燒?；旌先紵柑烊粴夂碗娛癄t氣按照一定的配比進入熔鹽爐內(nèi)進行燃燒，合適的配比有以下幾種：70%爐氣+30%天然氣、60%爐氣+40%天然氣、50%爐氣+50%天然氣、40%爐氣+60%天然氣、30%爐氣+70%天然氣。從經(jīng)濟角度考慮，盡量減少天然氣的使用，最大化的利用電石爐氣。

不論是采用純天然氣、純電石爐氣或混合燃燒，應(yīng)根據(jù)不同的燃料通入相對應(yīng)的稍過量空氣助燃，使甲烷、一氧化碳或甲烷和一氧化碳混合物能充分燃燒。產(chǎn)物中前三位的物質(zhì)分別為氮氣、二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣，另外還含有少量氧氣、微量的硫化物、氮氧化物和粉塵。

2 工藝技術(shù)原理

2.1 工藝流程

將片堿回收的廢堿、廢水配制成12%～15%濃度的堿液，利用噴射器泵將片堿燃爐尾氣抽入碳酸鈉噴射器混合后進入碳酸鈉循環(huán)罐，堿液在碳酸鈉循環(huán)罐中循環(huán)吸收尾氣中的二氧化碳?xì)怏w，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈉溶液，經(jīng)檢測合格后，用泵打入一次鹽水成品碳酸鈉儲槽用于粗鹽水精制，在碳酸鈉循環(huán)罐中繼續(xù)配制。工藝流程見圖1。

圖1 燃爐尾氣制碳酸鈉流程框圖

2.2 技術(shù)原理

利用尾氣中的二氧化碳與氫氧化鈉溶液進行如下反應(yīng)。

從化學(xué)方程式（1）和（2）中可以看出，必須保證反應(yīng)（1）進行，抑制反應(yīng)（2）。在生產(chǎn)控制中，必須使氫氧化鈉溶液過量，才能得到所需的碳酸鈉溶液。同時，由于以上反應(yīng)為放熱反應(yīng)，必須控制反應(yīng)溫度。通過碳酸鈉冷卻器循環(huán)降溫，將反應(yīng)溫度控制在≤35℃；反應(yīng)液中最終游離堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.7%[1]，碳酸氫鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在≤0.1%。

3 應(yīng)用效果

碳酸鈉裝置投入使用至今已穩(wěn)定運行6年，自產(chǎn)的碳酸鈉溶液完全可以滿足一次鹽水精制的需要，反應(yīng)后產(chǎn)品組成為w（NaOH）=0.1%～0.7%；w（Na2CO3）=15%～20%；w（NaHCO3）≤0.1%，產(chǎn)品溫度為≤35℃。產(chǎn)品中含有少量的碳酸氫鈉是因為電石爐氣作為燃料時其中的一氧化碳含量在一定的范圍內(nèi)變動，導(dǎo)致燃爐尾氣中二氧化碳含量出現(xiàn)波動局部過量。

4 結(jié)語

面對愈來愈激烈的市場競爭，企業(yè)如何生存并保持發(fā)展，是企業(yè)面臨的一個艱巨任務(wù)。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時更需要加強成本控制，通過持續(xù)創(chuàng)新，不斷開發(fā)新的工藝、產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本同時增加產(chǎn)品附加值。