一种制备纯碱的供氨系统及方法与流程

本发明涉及化工设备领域，具体涉及一种制备纯碱的供氨系统及方法。

背景技术：

在氨碱法生产纯碱的过程中，氨不参与产品之中，而只是作为中间介质参与化学反应，最终经蒸馏工序重新获得。但实际生产系统过程中往往伴随着氨损耗，例如废液排放、滤过系统曝空、管道设备跑冒滴漏、尾气排空和设备倒换等。所以氨碱法的纯碱厂都设有氨库工序，不定时地为蒸馏工序补充液氨。将气态的氨气通过加压得到液态氨，液氨还具有腐蚀性，且容易挥发，氨气为易燃易爆、有毒有害有剌激性气味的有毒气体，所以液氨的事故发生率相当高；在储存输送液氨的过程中，由于各种原因或意外情况的发生，可能会发生液氨泄漏导致火灾爆炸、人员中毒窒息、灼烫等严重的潜在风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种制备纯碱的供氨系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种制备纯碱的供氨系统，所述系统包括换热单元、蒸馏单元、氯化铵制备单元和氢氧化钙制备单元；

所述氯化铵制备单元包括氯化铵溶解槽、旋风分离器和尾气洗涤塔，所述氯化铵溶解槽设置有进液口、出液口和固体进料口，所述尾气洗涤塔的上部设置有洗涤水入口，所述尾气洗涤塔的下部设置有洗涤液出口和化灰尾气入口，所述尾气洗涤塔的洗涤液出口与所述旋风分离器管路连通，所述旋风分离器的液体出口与所述氯化铵溶解槽的进液口管路连通；

所述蒸馏单元包括蒸馏塔、闪发器和反应桶，所述蒸馏塔设置有气帽层，所述气帽层将蒸馏塔分隔为位于气帽层上方的加热层和位于气帽层下方的蒸馏层，所述蒸馏层的下部设置有蒸馏塔的废液出口、蒸馏塔的蒸汽入口和蒸馏塔的闪发蒸汽入口，所述蒸馏层的上部设置有蒸馏塔的反应液入口，所述蒸馏塔的废液出口与所述闪发器的液体入口管路连通，所述蒸馏塔的蒸汽入口用于输入蒸馏蒸汽，所述蒸馏塔的闪发蒸汽入口与所述闪发器的蒸汽出口管路连通，所述加热层设置有蒸馏塔的氯化铵溶液入口、氨气输出管路和氯化铵溶液出口，所述蒸馏塔的氯化铵溶液入口与所述氯化铵溶解槽的出液口管路连通，所述反应桶的顶部设置有氨气出口，所述反应桶的氨气出口与所述加热层管路连通，所述反应桶的底部设置有反应液出口，所述反应桶的反应液出口与所述蒸馏塔的反应液入口管路连通，所述反应桶设置有氯化铵溶液入口和氢氧化钙入口，所述反应桶的氯化铵溶液入口与所述蒸馏塔的氯化铵溶液出口管路连通；

所述换热单元包括换热器，所述换热器具有冷媒入口、热媒入口、冷媒出口和热媒出口，所述换热器的冷媒出口与所述尾气洗涤塔的洗涤水入口管路连通，所述制备纯碱的供氨系统与制备纯碱单元配合使用，所述制备纯碱单元设置有煅烧工序，所述换热器的热媒入口与制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水排液管管路连通；

所述氢氧化钙制备单元包括化灰机，所述化灰机设置有进液口，所述化灰机的进液口与所述旋风分离器的液体出口管路连通，所述化灰机设置有氢氧化钙出口，所述化灰机的氢氧化钙出口与所述反应桶的氢氧化钙入口管路连通，所述化灰机设置有化灰尾气出口，所述化灰机的化灰尾气出口与所述洗涤塔的化灰尾气入口管路连通。

上述制备纯碱的供氨系统可以用于氨法制碱工艺中提供氨气，避免了氨法制碱工艺中使用液氨贮槽提供氨气，避免了液氨贮槽的事故发生，消除了氨法制碱工艺中的重大危险源，降低了人工物耗成本；冷媒介质的水洗涤化灰尾气后为弱碱性，用于溶解制备氯化铵溶液时能产生反应热，提高氯化铵溶液的温度，氯化铵溶液送至蒸馏塔后能减少蒸汽用量；上述制备纯碱的供氨系统使得作为冷媒介质的水洗涤化灰尾气后分别用于制备氯化铵溶液和氢氧化钙，使得的氯化铵溶液的温度和氢氧化钙的温度接近，将氯化铵溶液和氢氧化钙混合后通过蒸馏塔的蒸馏塔的原料入口进入蒸馏塔，由于氯化铵溶液的温度和氢氧化钙的温度接近，减少了蒸馏过程中蒸汽用量，节约了能源；上述制备纯碱的供氨系统将换热后作为冷媒介质的水洗涤化灰尾气后的洗涤液用于制备氢氧化钙，不要需额外补充蒸汽给水升温用于制备氢氧化钙，使得热能得到充分有效利用；反应桶的顶部设置有氨气出口，所述反应桶的氨气出口与所述加热层管路连通，使得反应过程中从反应液中溢出的氨气直接进入加热层从蒸馏塔的氨气输出管路输出，减少了蒸馏所消耗的能量。

优选地，所述蒸馏塔的氨气输出管路设置在所述加热层的顶部，所述蒸馏塔的氯化铵溶液出口设置在所述加热层的底部，所述制备纯碱的供氨系统与制备纯碱单元配合使用，所述制备纯碱单元设置有煅烧工序，所述换热器的热媒入口与制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水排液管管路连通。

上述制备纯碱的供氨系统将制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水经过换热后进行余热利用，避免了冷凝水高质低用或直接排空的问题，通过将冷凝水中的部分热量通过换热器转送到冷媒介质水中，通过作为冷媒介质的水洗涤化灰尾气后用于制备氯化铵溶液，降低了蒸馏过程中的能耗。

优选地，所述闪发器包括第一闪发器和第二闪发器，所述第一闪发器设置有蒸汽出口、冷凝水入口和冷凝水出口，所述第二闪发器设置有蒸汽出口、冷凝水出口和冷凝水入口，所述蒸馏塔的废液出口与所述第一闪发器的冷凝水入口管路连通，所述蒸馏塔的闪发蒸汽入口与所述第一闪发器的蒸汽出口管路连通，所述第二闪发器的蒸汽出口与蒸馏塔的闪发蒸汽入口管路连通，所述第二闪发器的冷凝水出口与所述换热器的热媒入口管路连通，所述第二闪发器的冷凝水入口与制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水排液管管路连通。

优选地，所述第二闪发器的冷凝水出口与所述换热器的热媒入口之间的管路上连通有闪发泵。

优选地，所述制备纯碱单元设置有氯化铵排液管，所述蒸馏塔的氯化铵溶液入口与制备纯碱单元的氯化铵排液管管路连通。

上述制备纯碱的供氨系统可以将制备纯碱单元在制备纯碱过程中产生的氯化铵回收利用，降低生产成本。

优选地，所述换热单元还包括脱盐水桶，所述脱盐水桶设置有进液口，所述换热器的热媒出口与所述脱盐水桶的进液口管路连通。

上述制备纯碱的供氨系统将蒸汽冷凝水收集后，经过闪发器、换热器热能置换，所得的高品质冷凝水补充至脱盐水桶中，实现了高品质热能的有效利用。

优选地，所述蒸馏塔的蒸馏塔的氯化铵溶液入口与所述氯化铵溶解槽的出液口之间的管路上连通有串联的缓冲液罐和氯化铵输液泵。

优选地，所述制备纯碱的供氨系统还包括净化单元，所述旋风分离器的固体出口与所述净化单元管路连通，所述换热器为液液板式换热器。

本发明提供了一种制备纯碱的供氨方法，所述制备纯碱的供氨方法应用上述任一所述制备纯碱的供氨系统；

所述制备纯碱的供氨方法包括以下步骤：

(1)在氯化铵溶解槽中制备氯化铵溶液，氢氧化钙制备单元制备氢氧化钙，将氯化铵溶液输送至蒸馏塔对的氯化铵溶液中的游离氨蒸发后，氯化铵溶液进入反应桶，同时氢氧化钙进入反应管与氯化铵溶液混合反应后反应液进入蒸馏塔蒸馏，蒸馏塔产生的氨气从蒸馏塔的氨气出口输出用于制备纯碱的供氨；

(2)制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水进入换热器的热媒入口同时作为冷媒的水进入换热器的冷媒入口进行换热；

(3)换热器换热过程中从冷媒出口流出的水输入尾气洗涤塔后从尾气洗涤塔的洗涤液出口流出进入旋风分离器；

(4)洗涤液经过旋风分离器分离后从旋风分离器的液体出口进入氯化铵溶解槽。

优选地，所述步骤(2)中，闪发器产生的冷凝水的温度为90～96℃，作为冷媒的水的温度为25～30℃，热媒出口的冷凝水的温度为35～40℃，冷媒出口的水的温度为48～52℃。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种制备纯碱的供氨系统，本发明的制备纯碱的供氨系统可以用于氨法制碱工艺中提供氨气，避免了氨法制碱工艺中使用液氨贮槽提供氨气，避免了液氨贮槽的事故发生，消除了氨法制碱工艺中的重大危险源，降低了人工物耗成本；本发明的制备纯碱的供氨系统将蒸馏塔闪蒸后产生的冷凝水经过换热后进行余热利用，避免了冷凝水高质低用或直接排空的问题，通过将冷凝水中的部分热量通过换热器转送到冷媒介质水中，通过作为冷媒介质的水洗涤化灰尾气后用于制备氯化铵溶液，降低了蒸馏过程中的能耗；冷媒介质的水洗涤化灰尾气后为弱碱性，用于溶解制备氯化铵溶液时能产生反应热，提高氯化铵溶液的温度，氯化铵溶液送至蒸馏塔后能减少蒸汽用量。

附图说明

图1为本发明实施例的制备纯碱的供氨系统的示意图；

其中，1、换热器，101、热媒入口，102、冷媒入口，103、冷媒出口，104、热媒出口，2、蒸馏塔，201、蒸馏层，202、加热层，203、气帽层，204、蒸馏塔的氨气输出管路，205、蒸馏塔的氯化铵溶液入口，206、蒸馏塔的闪发蒸汽入口，207、蒸馏塔的废液出口，208、蒸馏塔的蒸汽入口，209、蒸馏塔的氯化铵溶液出口，2010、蒸馏塔的反应液入口，3、尾气洗涤塔，301、尾气洗涤塔的洗涤水入口，302、尾气洗涤塔的洗涤液出口，4、氯化铵溶解槽，401、氯化铵溶解槽的固体进料口，402、氯化铵溶解槽的进液口，403、氯化铵溶解槽的出液口，404、缓冲液罐，405、氯化铵输液泵，5、化灰机，501、化灰机的进液口，502、化灰机的氢氧化钙出口，503、化灰机的化灰尾气出口，6、旋风分离器，601、旋风分离器的进料口，602、旋风分离器的液体出口，603、旋风分离器的固体出口，7、第一闪发器，701、第一闪发器的冷凝水入口，702、第一闪发器的蒸汽出口，703、第一闪发器的冷凝水出口，704、废液桶，8、第二闪发器，801、闪蒸泵，802、第二闪发器的冷凝水出口，803、第二闪发器的冷凝水入口，804、第二闪发器的蒸汽出口，805、制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水排液管，9、净化单元，10、反应桶，1001、反应桶的氨气出口，1002，反应桶的反应液出口，1003、反应桶的氢氧化钙入口，1004、反应桶的氯化铵溶液入口，11、脱盐水桶。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

作为本发明实施例的一种制备纯碱的供氨系统，如图1所示，包括换热单元、蒸馏单元、氯化铵制备单元和氢氧化钙制备单元；

氯化铵制备单元包括氯化铵溶解槽4、旋风分离器6和尾气洗涤塔3，氯化铵溶解槽4设置有进液口402、出液口403和固体进料口401，尾气洗涤塔3的上部设置有洗涤水入口301，尾气洗涤塔3的下部设置有洗涤液出口302和化灰尾气入口，旋风分离器6设置有旋风分离器的进料口601和旋风分离器的液体出口602，尾气洗涤塔的洗涤液出口302与旋风分离器的进料口601管路连通，旋风分离器的液体出口602与氯化铵溶解槽的进液口402管路连通；

蒸馏单元包括蒸馏塔2、闪发器和反应桶10，蒸馏塔设置有气帽层203，气帽层203将蒸馏塔分隔为位于气帽层上方的加热层202和位于气帽层下方的蒸馏层201，蒸馏层201的下部设置有蒸馏塔的废液出口207、蒸馏塔的蒸汽入口208和蒸馏塔的闪发蒸汽入口206，蒸馏层201的上部设置有蒸馏塔的反应液入口2010，蒸馏塔的废液出口207与闪发器的液体入口管路连通，蒸馏塔的蒸汽入口208用于输入蒸馏蒸汽，蒸馏塔的闪发蒸汽入口206与闪发器的蒸汽出口702管路连通，加热层202设置有蒸馏塔的氯化铵溶液入口205、氨气输出管路204和氯化铵溶液出口209，蒸馏塔的氯化铵溶液入口205与氯化铵溶解槽的出液口403管路连通，反应桶10的顶部设置有氨气出口1001，反应桶的氨气出口1001与加热层202管路连通，反应桶10的底部设置有反应液出口1002，反应桶的反应液出口1002与蒸馏塔的反应液入口2010管路连通，反应桶10设置有氯化铵溶液入口1004和氢氧化钙入口1003，反应桶的氯化铵溶液入口1004与蒸馏塔的氯化铵溶液出口209管路连通；

换热单元包括换热器1，换热器1具有冷媒入口102、热媒入口101、冷媒出口103和热媒出口104，制备纯碱的供氨系统与制备纯碱单元配合使用，制备纯碱单元设置有煅烧工序，换热器的热媒入口101与制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水排液管805管路连通，换热器的冷媒出口103与尾气洗涤塔的洗涤水入口301管路连通；

氢氧化钙制备单元包括化灰机5，化灰机设置有进液口501，化灰机的进液口501与旋风分离器的液体出口602管路连通，化灰机设置有氢氧化钙出口502，化灰机的氢氧化钙出口502与反应桶的氢氧化钙入口1003管路连通，化灰机5顶部设置有化灰尾气出口503，化灰机的化灰尾气出口503与洗涤塔3的化灰尾气入口管路连通。

进一步地，蒸馏塔的氨气输出管路设置在加热层的顶部，蒸馏塔的氯化铵溶液出口设置在加热层的底部。

为了进一步提高蒸发效率，闪发器包括第一闪发器7和第二闪发器8，第一闪发器设置有蒸汽出口702、冷凝水入口701和冷凝水出口703，蒸馏塔的废液出口207与第一闪发器的冷凝水入口701管路连通，第一闪发器的冷凝水出口703连通有废液桶704，第二闪发器设置有蒸汽出口804、冷凝水出口802和冷凝水入口803，蒸馏塔的闪发蒸汽入口206与第一闪发器的蒸汽出口702管路连通，第二闪发器8的蒸汽出口804与蒸馏塔的闪发蒸汽入口206管路连通，第二闪发器的冷凝水出口802与换热器的热媒入口101管路连通。

进一步地，第二闪发器的冷凝水出口802与换热器的热媒入口101之间的管路上连通有闪发泵801。

为了实现制备纯碱过程中产生的氯化铵的循环利用，蒸馏塔的氯化铵溶液入口205与制备纯碱单元的氯化铵排液管管路连通。

为了充分利用蒸馏后的冷凝水的高品质热能，换热单元还包括脱盐水桶11，脱盐水桶设置有进液口，换热器的热媒出口104与脱盐水桶的进液口管路连通。

为了控制氯化铵溶液进入蒸馏塔的流量稳定，蒸馏塔的蒸馏塔的氯化铵溶液入口205与氯化铵溶解槽的出液口403之间的管路上连通有串联的缓冲液罐404和氯化铵输液泵405。

进一步地，制备纯碱的供氨系统还包括净化单元9，旋风分离器的固体出口603与净化单元9管路连通，蒸馏塔的氨气出口204向制备纯碱单元输送氨气，换热器为液液板式换热器。尾气洗涤塔3可以净化制备氢氧化钙过程中产生的粉尘，避免了粉尘排入大气。

本实施例的制备纯碱的供氨系统可以用于氨法制碱工艺中提供氨气，避免了氨法制碱工艺中使用液氨贮槽提供氨气，避免了液氨贮槽的事故发生，消除了氨法制碱工艺中的重大危险源，降低了人工物耗成本；上述制备纯碱的供氨系统将蒸馏塔闪蒸后产生的冷凝水经过换热后进行余热利用，避免了冷凝水高质低用或直接排空的问题，通过将冷凝水中的部分热量通过换热器转送到冷媒介质水中，通过作为冷媒介质的水洗涤化灰尾气后用于制备氯化铵溶液，降低了蒸馏过程中的能耗；冷媒介质的水洗涤化灰尾气后为弱碱性，用于溶解制备氯化铵溶液时能产生反应热，提高氯化铵溶液的温度，氯化铵溶液送至蒸馏塔后能减少蒸汽用量。

一种制备纯碱的供氨方法，所述制备纯碱的供氨方法应用如实施例1所述制备纯碱的供氨系统；

所述制备纯碱的供氨方法包括以下步骤：

(1)在氯化铵溶解槽中制备氯化铵溶液，氢氧化钙制备单元制备氢氧化钙，将氯化铵溶液输送至蒸馏塔加热层对的氯化铵溶液中的游离氨蒸发后，氯化铵溶液进入反应桶，同时氢氧化钙进入反应桶与氯化铵溶液混合反应后反应液进入蒸馏塔蒸馏层中蒸馏，蒸馏塔产生的氨气从蒸馏塔的氨气出口输出用于制备纯碱的供氨；

(2)制备纯碱单元煅烧工序的蒸汽冷凝水进入换热器的热媒入口同时作为冷媒的水进入换热器的冷媒入口进行换热；

(3)换热器换热过程中从冷媒出口流出的水输入尾气洗涤塔后从尾气洗涤塔的洗涤液出口流出进入旋风分离器；

(4)洗涤液经过旋风分离器分离后从旋风分离器的液体出口进入氯化铵溶解槽。

进一步地，所述步骤(1)中，当氯化铵溶解槽中的氯化铵溶液的质量分数达到25％时，将氯化铵溶液输送至蒸馏塔对的氯化铵溶液中的游离氨蒸发。

进一步地，所述步骤(2)中，闪发器产生的冷凝水的温度为90～96℃，作为冷媒的水的温度为25～30℃，热媒出口的冷凝水的温度为35～40℃，冷媒出口的水的温度为48～52℃。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。