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硫化碱生产工艺流程

4.2.1.2工艺流程说明

本项目对原装置部分使用价值较高的设备进行搬迁,生产工艺流程仍按照搬迁前的进行设计,以焦炭粉为还原剂,采用含铬芒硝和脱水芒硝为原料生产工业低铁硫化碱。

生产工序主要包括备料上料工序、煅烧工序、化坯洗渣工序、沉淀洗泥工序、低铁硫化碱制液工序、蒸发工序、制片包装工序。

工艺流程如下:

(1)备料上料工序

由于十水芒硝不能满足硫化碱生产原料的要求,首先要对十水芒硝进行脱水处理。

十水芒硝先进入化硝罐,加入热水进行溶解,溶解液体进入蒸发器进行蒸发,蒸发热源采用蒸发工序二次蒸汽,蒸发液送入结晶罐进行冷却结晶,然后再通过皮带输送机送至离心机进行离心分离,分离后的固体为无水芒硝,送至仓库备用,离心母液再返回至蒸发器中进行循环。

原料含铬芒硝和脱水芒硝分别存入专门的储仓,经过破碎后保证进入工艺系统的芒硝粒径不超过50mm,芒硝、焦炭粉分别通过斗式提升机、皮带计量机送至混料机,按一定比例混合,再通过混料皮带输送机送入储料仓,然后经送料螺旋机送入煅烧工序。

(2)煅烧工序

物料在长转炉(Φ2500×45000)内进行还原反应所需的热量由燃料煤燃烧提供。

燃料煤由煤库经皮带输送机送至雷蒙机研磨后,再用斗式提升机送到煤粉仓,由皮带输送机送到炉头煤粉斗,再经下端送料螺旋机送入送风管道内,由罗茨鼓风机吹入长转炉内燃烧。

来自储料仓的芒硝与焦炭粉先进入预热器,然后进入长转炉尾部,燃料煤粉从转炉头部进入,与原料成逆向流动,当炉内温度为1050-1150℃时,芒硝与焦炭粉发生如下化学反应:

Na2SO4+2C+→Na2S+2CO2生成硫化碱;

Cr6++C→Cr3+毒性较大的Cr6+变为无毒稳定的Cr6+;

同时,在有水蒸汽存在条件下,发生副反应

Na2S+CO2+H2O→Na2CO3+H2S生成碳酸钠和硫化氢。

物料在转炉内经预热、熔化、沸腾、成熟制得熔体黑灰,从炉头送入热熔罐中,进入化坯洗渣工序,进行热溶。

每台转炉配套一台特制预热器,高温转炉烟气先经过预热器对生料进行预热,然后经降尘室降尘,再用麻石水膜除尘器进行除尘,除尘后进入脱硫塔进行脱硫,达标后排空。

回收粉尘经过酸洗后外运至园区指定地点,可用作制砖。

(3)化坯洗渣工序

由煅烧工序来的熔融态黑灰由炉头直接进入热溶罐进行热溶,在搅拌机的作用下,用沉淀洗泥工序的洗渣水(稀卤水)直接制取浓卤碱水,当溶液中Na2S浓度达到23%左右时,用浓卤液下泵将其打至沉淀罐,沉淀罐上层清液送至沉淀洗泥工序浓卤储槽。

沉淀泥渣经过一号铰刀输送至一洗罐,在一洗罐中进一步浸取泥渣中含有的Na2S,一洗罐洗净的渣泥经二号绞刀送至二洗罐,当渣泥中碱含量小于1%时,将渣泥进行酸洗后外运至园区指定地点。

洗渣用水为沉淀洗泥工序送来的洗泥水(稀卤水),洗渣水送至热熔罐循环使用。

化坯过程中,Na2S与H2O反应产生少量的H2S气体,故热溶罐为封闭装置,热溶过程中产生的碱雾及H2S气体经喷淋塔洗涤后,由高度为15m的排气筒排空,洗涤液循环使用,浓度增加至一定值时送至热溶罐;喷淋塔污泥定期排至热溶罐,供化坯用。

(4)沉淀洗泥工序

由化坯工序来的浓度为23%的浓卤碱水进入浓卤储槽,通过浓卤泵送入低铁澄清罐中,通入蒸汽,加热浓卤水碱水至70-80℃后恒温静置16小时以上,然后经过浓卤泵送至箱式压滤机进行压滤,压滤后合格的23%的清液送至浓卤清液中转槽中,然后用清液泵送至低铁反应罐进行制备低铁硫化碱。

滤渣卸至洗泥地罐,热水洗涤,当洗涤液中碱含量小于1%时,将渣泥送至酸洗罐进行酸洗后外运至园区指定地点,用于制砖。

洗泥水送至化坯洗渣工序化坯用。

(5)低铁硫化碱制液工序

制备原理:

硫化碱浓卤中的铁是以FeS的胶团微粒形式存在,并处于亚稳定状态。

由于浓卤中含有较多的Na2CO3、Na2SO4、Na2S2O3、Na2SO3等可溶性杂质,会影响产品的质量和颜色,本工艺选择加入硫化钡溶液和氧化锌,硫化钡溶液可与这些杂质生成沉淀而除去,硫酸锌和硫化钠生成硫化锌沉淀,沉淀的生成破坏了溶液中FeS胶粒的稳定性,同时生成的沉淀将FeS微粒包裹、吸附、共沉淀,从而达到除铁目的。

工艺流程:

1)硫化钡的制备

焦炭粉和重晶石分别通过斗式提升机、下料管预热器。

然后送入原小长转炉(Φ2000×32000)内进行高温煅烧,煅烧热源同煅烧芒硝相同,燃料煤粉由罗茨鼓风机吹入长转炉内燃烧,与重晶石成逆向流动,当炉内温度为1100℃左右时,重晶石与焦炭粉发生如下化学反应:

BaSO4+2C+→BaS+2CO2生成硫化钡。

转炉烟气先经过预热器回收余热,加热生料重晶石,然后再用麻石水膜除尘器进行除尘,除尘后进入脱硫塔进行脱硫,达标后排空。

回收粉尘与渣泥一同经过酸洗外运至园区指定地点,用于制砖。

2)硫化钡溶液的制备

煅烧来的熔融态黑灰由炉头直接进入硫化钡浸取槽进行热溶,在电机搅拌的作用下,用新鲜水直接制取硫化钡溶液,洗涤至一定浓度后,将硫化钡溶液送至硫化钡溶液储罐备用。

硫化钡溶液制取工艺流程简图

3)低铁硫化碱制液

浓卤清液进入低铁反应罐后,将配制好的硫化钡溶液及氧化锌加入到低铁反应罐内搅拌20min左右,使溶液中的Na2CO3、Na2SO4、FeS等杂质充分与除铁剂反应,静置16-24h后,将沉淀下的不溶物通过溜槽排放到低铁地下泥槽,然后将泥渣送至沉淀洗泥工序洗泥地罐进行洗泥;除杂后的澄清液用低铁清液泵送至低铁清液储槽中以备蒸发。

(6)蒸发工序

将低铁清液送入列管蒸发器,通入蒸汽进行加热真空浓缩,当碱液浓缩至34-38%时,调整碱液温度到100℃,直接浓缩至60%后,通过成品液泵打入成品罐。

蒸发产生的二次蒸汽送至备料上料工序,用作制备无水芒硝,蒸汽冷凝生成的冷凝水送回锅炉装置。

(7)制片包装工序

由成品罐来的60%浓卤液经泵缓慢送至制片机,经冷却后得到低铁硫化碱,通过皮带输送机输送到自动包装机料斗,包装后送库房储存待售。

低铁硫化碱工艺流程简图

4.2.2物料平衡说明

物料平衡图见附图3。

4.2.3工艺消耗定额

原材料及动力消耗定额

项目

单位

消耗量

(以t产品计)

年耗量

原材料消耗

芒硝

t

34000

焦炭粉

t

8000

重晶石

t

2000

氧化锌

kg

1500

稀盐酸

t

900

石灰

t

1000

包装袋

40

800000

公用工程消耗

燃料煤

t

8300

生产用水

m3

 

36720

工艺生产用电

kW?

h

6103800

蒸汽

t

 

 24624

循环水

t

864

主要设备选择

本项目属于搬迁项目,为了减少投资,只淘汰部分落后及废旧设备,其余设备仍用以前硫化碱生产设备,本项目主要设备选择如下:

一、搬迁设备

(1)雷蒙机:

燃料煤每小时消耗量为,原厂5R4018摆式磨煤机1台,磨煤量为2~5t/h,可满足本项目使用要求。

(2)长转炉:

煅烧芒硝,炉长度45米,炉体直径2.5m,共2台;煅烧重晶石,炉长度32米,炉体直径2m,共1台,转炉内砌筑高铝耐火砖,另外附属设备有转炉减速机、托辊、托带、挡轮、密封装置等,可满足本项目使用要求。

(3)沉淀罐:

沉淀浓卤碱液中的较大颗粒渣体,入口设有隔板,外设保温层,设备直径3米。

(4)蒸发器:

按照进液浓度和蒸发使用蒸汽的温度进行计算,仍用以前换热面积为43m2和120m2的强制外循环蒸发器各1台,换热面积为90m2的强制外循环蒸发器2台,能够保证生产正常运行。

(5)制片机:

浓度为60%的片碱产量为h,因此设计中选择5台生产能力为1t/h的制片机。

二、新增更换设备

(1)热化罐:

设备附件有搅拌装置和布料盘,考虑到物料的冲刷腐蚀等因素,设备壁厚应选δ=20mm;考虑劳保卫生条件,化灰槽上方设置集气罩。

(2)钡卤浸取箱:

钢板厚度δ=20mm;内设搅拌桨,设备尺寸为长5米,宽1.6米,高1米。

(3)低铁反应罐:

钢板厚度δ=20mm;内设搅拌桨,设备尺寸为直径3米,高2米。

(4)洗泥地罐:

回收沉淀洗泥工序中残留的硫化钠,钢板厚度δ=20mm,内设搅拌桨。

主要设备一览表

新增更换设备

序号

名称

规格型号

单位

数量

备注

工艺装置

1

结晶罐

Φ2000×1800

1

2

化硝罐

Φ3000×4000

2

3

离心机

Q=800m3/h,N=45kW

1

4

斗式提升机

N=3kW

3

5

皮带计量机

B=500,L=3000,N=

3

6

混料机

B=650,L=5500,N=

1

7

储料仓

2000×2000×1200

1

需防渗防风防雨

8

送料螺旋机

Φ400,L=3000,N=

3

9

皮带输送机

B=650,L=5500,N=

5

10

预热器

3

11

除尘设备

3

12

脱硫塔

3

13

烟囱

H=30米

3

14

热化罐

Φ3000×1800

3

2520

附:

搅拌电机

N=20kW

15

浓卤储槽

Φ5000×4000

9

附:

搅拌电机

N=15kW

16

浓卤清液中转罐

Φ3000×2000

7

17

清液泵

Q=10m3/h,H=21.5m,N=

7

18

低铁总卤罐

Φ3000×2000

6

19

低铁反应罐

Φ3000×2000

6

附:

搅拌电机

N=

20

洗泥地罐

Φ2000×1800

1

附:

搅拌电机

N=

21

低铁地下泥槽

Φ3000×2000

1

附:

搅拌电机

N=

22

钡卤浸取箱

5000×1600×1000

3

23

钡卤输送泵

Q=15m3/h,H=30m,N=

3

24

硫化钡溶液储槽

Φ3000×2000

2

附:

搅拌电机

N=

25

低铁清液泵

Q=15m3/h,H=30m,N=

6

26

溜槽

B=500,L=2500

2

空压制氮站

1

空气压缩机

排气量Q=min

2

备一

排气压力P=,N=15kW

2

微热再生干燥器

处理气量Q=min,N=3kW

2

备一

3

工艺空气储罐

V=2m3

1

16MnR

搬迁设备

1

颚式破碎机

PE250×400,N=

1

2

雷蒙机

5R4018,N=

1

3

喷淋塔

LD18-54,N=111kW

1

4

破碎机

MFD-65,N=10kW

1

5

鼓风机

8-18-6A,N=

3

6

煤粉旋转

非标,Φ=150,N=

3

7

斗式提升机

N=3kW

3

8

煤粉仓

Φ2500×2000

3

9

浓卤液下泵

Q=20m3/h,H=60m,N=15kW

3

10

沉淀罐

Φ3000×1800

2

11

一号铰刀

N=3kW

2

12

一洗罐

Φ2500×2000,N=

2

13

一洗吊泵

Q=9.5m3/h,H=17m,N=4kW

2

14

二号铰刀

N=3kW

2

15

二洗罐

Φ2500×2000,N=

2

16

二洗吊泵

Q=9.5m3/h,H=17m,N=4kW

2

17

酸洗罐

Φ2500×2000

1

18

酸洗循环泵

Q=10m3/h,H=21.5m,N=

1

19

浓卤泵

Q=10m3/h,H=21.5m,N=

9

20

送混浓卤管线

Φ=89mm

180

材质304

21

箱式压滤机

XAY-100-U,N=3kW

7

22

洗泥吊泵

Q=9.5m3/h,H=17m,N=4kW

2

一开一备

23

真空泵

SK-6,N=

8

四开四备

24

蒸发器

蒸发面积43m2,N=22kW

1

2520

25

蒸发器

蒸发面积120m2,N=22kW

1

2520

26

蒸发器

蒸发面积90m2,N=22kW

2

2520

27

凝结水罐

Φ3000×4500

1

28

凝结水循环泵

Q=3200m3/h,H=4m,N=75kW

2

一开一备

29

成品液泵

Q=30m3/h,H=35m,N=11kW

3

30

制片机

Φ1200×1000,N=

5

304

31

成品罐

Φ2500×2000

3

2520

附:

搅拌电机

N=

33

小长转炉

Φ2000×32000,N=30kW

1

34

长转炉

Φ2500×45000,N=37kW

2

35

热水罐

Φ2500×2000

2

36

地中衡

1000T

1

37

地中衡

10T

1

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