首页
协会介绍 工程咨询 勘察设计 项目管理 执业注册 容器管道 标准规范 工程评优 专有技术 专业培训 信用建设
 
你的位置:首页 > 专题交流 > 我国纯碱工业的技术进步和在设计中创新的一些体会(中国成达工程公司 周光耀)
  2007-5-30
【 字体: 】【 打印 】【 关闭 加入收藏

  

我国纯碱工业的技术进步和在设计中创新的一些体会
中国成达工程公司   周光耀


  我是从事纯碱工程设计工作的,我们的前辈在纯碱工业就有自主创业的光荣传统,侯德榜博士在范旭东先生的支持下,艰苦奋斗八年创建了我国的纯碱工业,后来他又对氨碱法纯碱生产工艺作了重大改进,发明了联合制碱法(侯氏制碱法)。此后,我国一代代的纯碱工作者继承并发扬这种自主创新的精神,特别是在改革开放以后,通过与国外的交流,看到了差距,更激励了我们自主创新的精神。
  从上世纪六十年代开始,我国纯碱供应长期处于短缺状况,每年从国外进口大量纯碱。为了改变这种状况,国家计划新建大型纯碱厂。为了提高新建厂的技术水平,1979年化工部组团到国外考察(我是其中的一员),并准备引进一些先进的工艺技术和设备。通过考察我们感到由于长期封闭我国的纯碱工业在一些方面还很落后,如产品品种单一、缺少大型化设备,一些厂可以说是塔成林,机成群、换热设备效率低、包装运输设备十分落后、自动化水平很低等等。参加考察的设计院和企业的人员,回国后都做了很多工作,想尽早改变这种状况。1981年国家决定新建三个年产60万吨的大型纯碱厂,技术上要求达到当时的世界水平,并安排了一千多万美元的外汇,准备引进一部份国外的先进技术和设备,以提高新建厂的技术水平。后因其它地方更需外汇,化工部要求我院设计的唐山和连云港二个碱厂从设计、设备制造到施工安装要全部立足国内。年产60万吨规模的纯碱厂,一次建成,这在国内是首次,世界上也不多见。笫一次设计这样大的纯碱厂,而且要大幅度提高技术水平,设计难度是很大的。我们通过广泛吸取国内纯碱行业开发的新技术;移植其它行业的一些先进技术;根据设计人员的工程经验新设计了十几种大型、新型主体设备;通过查阅国外资料,结合设计人员的工程经验或通过室内局部小型试验后,大胆的在设计中采用一些国内还未使用过的新工艺。唐山、连云港二个年产60万吨的纯碱厂都于1989年建成投产,一次试车成功。此后这两个厂建设时开发的新工艺、新设备,在国内其它厂得到了推广,使我国纯碱工业的技术水平有了很大的提高。三大纯碱厂建成后,我国由纯碱进口大国变为纯碱出口国。2002年后我国纯碱产量超过美国而跃居世界首位,连续多年每年出口纯碱一百多万吨。1998年“年产60万吨纯碱装置新技术的开发及应用”获国家科技进步二等奖。
  与此同时,我国首创的联碱法生产技术也不断发展提高。1979年我们考察日本的联碱厂时发现,我们虽然是联碱法首创国,但当时日本联碱厂的技水平已超过了我们。经过十年努力,我国联碱生产的技术水平有很大提高,1990年我们参加印尼联碱项目投标,国外有好几家公司参加竞标,其中也有日本公司,经过激烈竞争,我们获胜中标,这是我国笫一个大型化工成套出口项目。近几年我公司又在好几个国外纯碱建设项目竟争中中标。回想起来,如果不是长期坚持技术进步,就不可能在国际竞标中获胜。近二十年我国纯碱工业的技术创新,促进了我国纯碱工业的快速发展,并使我国纯碱技术走向世界。
  我国纯碱工业的技术进步,是全行业努力的结果,但我感到设计起了比较主导的作用。例如对某些工艺技术的改进,大型、高效设备的设计,露天化、一体化的布置,自动化水平的提高,物料与能量的综合利用等等,都是在设计阶段提出并付诸实施的。
  过去有个公认的概念;工厂建成后要能顺利投产,在设计上必须采用成熟可靠的技术,不能做试验。这样设计只能照搬照抄现有技术,设计变成了抄计,其结果是出现大量低水平重复建设局面,严重影响了我国在国际市场上的竞争力。在市场经济环境下,工程设计不但要可靠,还必须技术先进。可靠性与先进性是有矛盾的,要先进就必须对原有技术进行改进,要改进就会有风险,影响可靠性。过分强调可靠,就不可能做到先进,时间长了因为技术落后,就会被淘汰,结果可靠变成了不可靠,因此在工程设计中必须处理好可靠性与先进性的关系。
  下面我以纯碱生产中新型碳化塔的开发为例子,汇报一下我在设计工作中进行技术创新的一些做法和体会。
  纯碱生产中的主要化学反应在碳化塔内进行,因此碳化塔被称为制碱的心脏设备。碳化塔内兼有化学反应、传质、传热、结晶等多种过程,又是具有气、液、固三相的复杂体系。过去碳化塔的设计很大程度上依赖于经验,传统的索尔维碳化塔已有一百多年历史,很少变动,有时稍作改动,弄不好就要出问题,因此这种结构被视作经典。但传统的索尔维塔结构复杂,用铸铁制造,难于进一步大型化。同时由于冷却表面结疤,作业几十小时就要倒换清洗,造成生产周期性波动,也不易实现自动化。据了解比利时索尔维公司和日本旭硝子公司都在探索开发新型碳化塔,但前者只停留在室内小型试验阶段,后者只建了一台称为“NA”型的工业生产塔,但未见进一步推广使用。1980年我院与鸿鹤化工总厂决定联合开发新型外冷式碳化塔。经过几次改进,获得成功。我国自主开发的外冷式碳化塔,其结构完全不同于传统的索尔维塔,也不同于旭硝子公司的“NA”塔。新型塔可长期连续作业,不必经常倒换,使生产连续稳定;吸收效率高,出塔尾气二氧化碳浓度从10%左右降至2%以下;设备重量只有老式塔的三分之一;制造周期短而且可以大型化。此种新型碳化塔开发成功后,立即在几个新建的联碱厂中使用。
  为了进一步降低联碱法能耗和减少建设费用,我国制碱专家们于20世纪60年代又开发出了变换气制碱新流程,这种流程将合成氨生产中的变换气直接送入联碱碳化塔,在脱除变换气中二氧化碳的同时,又生成碳酸氢钠。这是我国继侯德榜发明联合制碱法后又一次在世界上首创新的纯碱生产工艺。变换气制碱将纯碱生产与合成氨生产进一步联合起来,纯碱的碳化工序同时又是合成氨的脱碳工序,它省掉了合成氨生产中的脱碳工序、联碱生产的CO2压缩工序,同时还节省了合成氨脱CO2溶液再生需要消耗的能量,经济效益十分显著。但由于变换气制碱沿用了传统的索尔维碳化塔,这种塔型在塔的吸收效率和操作压力等方面不太适合变换气制碱要求,存在需要串塔作业,不能大型化和结晶质量差等问题。因此,三十多年来变换气制碱技术只在少数几个小型厂中使用,总产量只有十几万吨。为此提出了开发一种适合变换气制碱特点的新型碳化塔的课题。我们找了石家庄市联碱厂一起开发这个项目。
  因为外冷碳化塔具有吸收效率高和结构上能适应高的操作压力等优点,我们决定将外冷塔移植到变换气制碱工艺中。但已开发成功的外冷塔的尾气CO2浓度约为2%,与变换气制碱要求CO2﹤0.2%,尚有不少差距,而且变换气中的CO2浓度只有26~28%,而常规联碱法的进塔气体CO2浓度在90%左右,两者有很大差别。因此必须开发出一种吸收效率更高的塔板。
  前面已经提到以往碳化塔的设计很大程度上依赖于经验,塔板数和换热面积都没有准确的计算方法,主要靠经验确定。变换气制碱气体浓度低,而尾气CO2浓度又要求降至0.2%,差别很大。在外冷碳化塔开发时,原来在塔内部冷却,有气体剧烈搅动,现移至塔外,靠重度差进行自然循环冷却。这些都不能套用原有经验。必须在理论上进行一定研究。
  设计院和工厂都不是专业研究单位,没有专门的研究人员和设备,基本上没有研发经费。当时我从纯碱设计技术中心技术服务收入中拿出几百元钱,请我院模型组做了几个有机玻璃模型,然后搬到工厂做冷模、热模试验,通过模试建立了碳酸化过程吸收动力学和自然循环冷却的数学模型。试验装置虽然极为简陋,但得到的数学模型对新型碳化塔的开发起了十分重要的作用。通过对碳酸化过程吸收动力学的研究,明确了碳酸化反应是一个缓慢的化学反应,因此原有碳化塔采用以液相为连续相的塔型是正确的,应当保留。考虑到碳化塔内有大量结晶,而且溶液有一定过饱和度,塔内极易结疤、堵塞,由于这些特点,现有化学工程中的高效塔板都不适用,必须另行开发能适应这些条件的新型塔板。我们设计了一种低开孔率的筛板,通过模试找出了避免轴向反混的临界条件,证明这种塔板在以液相为连续相的条件下当达到临界气体速度后可以避免塔液的轴向反混,从而大大提高了塔板的吸收效率,而且可以在有大量晶体及过饱和溶液中长期作业。在此基础上设计了一台年产一万吨的小型工业生产试验塔安装在大生产边上进行试验。开车后除塔的作业周期未达到预期要求外,其余各项指标都达到或超过预期要求。经过几次改进后,作业周期也达到了要求。随即请中国纯碱工业协会组织国内专家进行查定和评议,然后又请中国石油化工协会进行技术鉴定。紧接着就设计大型生产塔,在石联厂扩建中使用。新型变换乞制碱塔出气CO2浓度可稳定地达到含成氨生产要求,不必再采用双塔串联作业,系统压降由0.45-0.5MPa,降至0.32-0.35,减少了能耗,塔作业时间由三天延长到四十天以上,塔体无大开孔,已实现大型化,结晶平均粒度由90μm,增加到120-130μm,对后续的分离、干燥工序很有利。国家石油和化学工业局对该技术的鉴定结论中认为:“该技术具有流程短,设备投资省,运行费用低能耗低易于实现自动化等明显优势。该技术属国内外首创,在合成碱领域处于国际领先水平,为我国合成碱技术的发展开创了一条新路”。新型变换气制碱碳化塔开发成功后,我国变换气制碱生产能力,在短短几年内, 从年产十几万吨迅速发展到年产200万吨。目前有五十多台外冷式碳化塔在各厂运行。


  外冷式碳化塔
  

  外冷式变换气制碱碳化塔

 
大型外冷碳化塔

  我们的体会归纳起来有以下几点:
  一、由于设计面向产业,直接为产业服务,了解产业的需求,因此其提出的技术创新项目一般都符合企业需求。
  二、与企业联合开发,不但解决资金来源也使开发的技术更切合生产实际。同时经过生产厂使用,减少了风险。
  三、设计人员积累的丰富的工程经验,是技术创新的有利条件,但要进行重大创新,单靠经验是不够的。还需进行一定的理论研究。
  四、一个化工设计部门,一般都从事多种化工产品的设计,了解国内外这些产品的生产技术,可以相互移植或从中得到启发,有利于技术创新。
  我在设计岗位上已工作了五十多年,深感设计在工程项目建设中具有十分重要的作用。工程是在构思(或规划)—研究开发—设计—制造安装—运行管理,这一工程链中进行的。研究开发主要属于科学研究范畴,设计则是属于工程科技范畴。工程科技架起了科学发现与产业发展之间的桥梁,是经济发展和社会进步的强大杠杆。设计是综合运用各种工程科技,将科研成果转化为生产力的关键环节。设计的优劣,决定了工程项目的根本性能,可以说设计是工程链中的中坚环节。
  技术创新是设计工作的灵魂,没有灵魂就没有生命。设计工作如果没有创新,只是照搬照抄,甚至几十年不变,我们的民族就会在世界上无立足之地。所以我认为技术创新对设计工作者来说,不是可有可无,而是设计工作者的责任。

网站备案号:京ICP备05054875号                      
地址:北京市朝阳区安立路60号润枫德尚A座13层            
电话:010-64820646,传真:010-64820656、64820323
邮编:100101            信箱:ccesda@mx.cei.gov.cn