硫化钠生产工艺节能技术改造研究论文

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　　摘要：硫化钠是工业生产的重要原料之一。在考虑工业生产对硫化钠的大量需求的情况下，基于硫化钠生产中本身存在的环境污染问题，需要对硫化钠生产工艺进行节能改造，减少对环境造成的污染和对资源的大量消耗，才能够在推动工业化发展的同时，建设资源节约和环境友好型的社会。本文以硫化钠生产工艺为主要研究对象，着重对硫化钠生产工艺节能技术改造进行了研究和分析。

　　关键词：硫化钠；生产工艺；节能技术

　　近年来资源与环境问题是社会发展中重点关注和强调的问题，城市工业化的趋势在带动经济发展的同时，也对环境造成了较为严重的污染，各种不可再生资源也普遍存在浪费的情况。从工业生产的角度，对硫化钠生产工艺应用过程中的资源消耗和环境污染情况进行分析，从而提出一种能够应用于硫化钠生产工艺的节能技术，对减轻环境污染，促进工业化社会的发展具有重要的作用。

　　1硫化钠生产工艺原理

　　在工业发展当中，化工企业占据着重要的地位，化工企业生产中应用的化学原料种类较为复杂，各项生产工艺主要依赖化学反应来实现。而在各类化学原料经过高温、高压等条件发生化学反应的过程中，也会伴随着一定的污染物。同时，部分工业原料需要应用大量的化学原料才能够生产，很容易产生资源浪费和环境污染的问题。硫化钠在污染处理剂、矿石浮选剂、煤染剂以及脱毛剂等多个领域的产品中有着广泛的应用。当前用于生产硫化钠的工艺方法，以煤粉还原芒硝法、氢氧化钠吸收硫化氢法、硫酸钠与硫化钡复分解法和氢气还原硫酸钠法四种为主。其中，吸收法相比于其他几种方法拥有明显的节能优势，该方法依赖的原料来源有限，因而，一般被应用到化工企业的副产品生产当中，不作为生产硫化钠的主要方法；硫酸钡法与吸收法相同，都会受到原料的限制；应用气体还原法虽然能够保证得到优质的硫化钠，但由于生产成本较高，难以在大范围的工业生产中推广。煤粉还原芒硝法虽然会在实际生产中产生较多的能耗，对环境产生较大的污染，但从经济效益的角度来看，这种方法拥有更大的应用优势，能够被应用到大部分的工业生产当中，满足工业生产和发展的需要。

　　对于硫化钠生产工艺原理的分析，主要以煤粉还原芒硝法为例，应用该方法来生产硫化钠，主要基于硫化钠本身的化学性质，通过还原反应来得到硫化钠原料。具体而言，在生产硫化钠的过程中，大部分的硫酸钠原料会通过还原反应被还原，少量的硫酸钠会被一氧化碳还原生成二氧化碳，而二氧化碳在与煤发生反应后，又会重新变成一氧化碳。受到这种情况的影响，在应用煤粉还原芒硝法生产硫化钠的过程中，需要将整体的还原反应分为三个阶段。

　　首先需要向盛有炉料的炉中加入硫酸钠并加热，在硫酸钠逐渐熔融的过程中，还原反应的发生速度也会逐渐加快，在硫酸钠的熔融液呈现出类似沸腾的状态后，熔体会变成液态，在这一状态下的还原反应过程速度最大。等到了还原过程的末期，由于炉料变稠，且液相中的硫酸钠浓度逐渐下降，硫化钠的增长速度也会逐渐下降。在这个过程中，除了会发生化学还原反应生成硫化钠之外，还伴随着一定的副反应，会导致熔体内呈现出一定的亚硝酸钠、碳酸钠等物质。这样不仅会影响实际的硫化钠生产效果，还会导致硫化钠生产过程中产生的烟气含有较多的有害气体，对环境造成一定的污染。

　　2硫化钠生产工艺基本流程和改造效果分析

　　从当前我国化工企业运行的整体情况来看，在众多硫化钠的生产工艺方法中，煤还原芒硝法是应用最为普遍的一种硫化钠生产工艺。该工艺在实际的应用中不会消耗较多的成本，且操作过程也较为简单，但由于工艺生产中会产生较高的能耗和环境污染问题，很容易给正常的工业生产造成负面影响，也会影响环境保护事业的发展。对硫化钠生产工艺应用节能技术，能够通过降低工业生产能耗的方式来更好地改善硫化钠相关的工业生产环境。在对硫化钠生产工艺基本流程和改造效果进行分析时，主要可以从以下几个方面来入手。

　　2.1改造前生产流程

　　以煤粉还原芒硝法来进行硫化钠的生产，共需要经历包括配料、煅烧、热熔沉降、洗泥、蒸发、制片、包装9个环节。结合当前我国工业生产中应用煤粉还原芒硝法的经验来看，该工艺方法在应用中存在着以下几个方面的问题：首先，在煅烧环节产生的尾气会携带无法回收利用的700℃左右的热能，导致热能浪费，且尾气中含有的粉尘和二氧化硫排放到空气中会造成一定的环境污染问题。硫化钠生产工艺中的煅烧环节主要应用的是质量分数在68%以上的原料煤，在将其与含有85%硫酸钠的芒硝按照19%~25%的比例进行混合后，将混合料磨细后放入到煅烧炉中加热，加热的时间一般控制在30min~40min之内，在煅烧炉内的温度达到900℃~950℃时，混合物中的部分煤燃烧后硫酸钠会发生熔融现象，在温度继续升高的情况下，反应物内气泡体积逐渐增大，使炉内产生类似“沸腾”的现象，在15min左右之后，物料整体的体积会逐渐减少，凝固到煅烧炉内壁上；其次，经过煅烧后的高温料坯如果遇水会产生含有水蒸气和碱雾的大量气体，在炉塔内空间有限的情况下，塔内的气压会受到气体的影响而迅速升高，严重时还会发生爆炸事故，不仅影响各种热溶设备的使用寿命，也会影响工业生产整体的安全。

　　考虑到硫化钠本身所具有的化学性质，重点从溶解度的方面来对硫化钠生产工艺的应用流程进行分析，发现在硫化钠的溶解度主要会受到温度变化的影响。溶解度主要是指在100ml的硫化钠溶液中含有的硫化钠质量。举例而言，在温度为18℃的情况下，硫化钠在水中的溶解度为15.3g，而在温度为37℃的情况下，硫化钠在水中的溶解度为21.0g。由此可知，在温度不断升高的情况下，硫化钠的溶解度也会增加，同时还会呈现出易结晶的特点。受到硫化钠溶解度这种特性的影响，在超过48℃的情况下，硫化钠会结晶。在实际生产硫化钠的过程中，应用这种方法通常需要应用稀碱水来进行热溶，如果在这个过程中热溶的碱水温度未达到相应的标准，就会影响碱水的澄清速度，从而增加硫化碱在硫化钠生产中的消耗量。在这个过程中，携带碱水的泥渣也缺少统一规范的排放标准，导致排放的碱渣含碱量较高，进而对环境造成较为一定的影响。

　　除此之外，从煤粉还原芒硝法应用的设备角度来看，在蒸发工序中，需要将碱水从常温状态下加热到180℃左右才能够产出约60%的硫化钠，而这一生产环节应用的设备以敞口大锅为主，难以在室内空间内完成硫化钠的生产。而在室外应用敞口大锅的过程中，不仅会产生较大的能耗，还会因为较差的生产环境条件而影响到生产的硫化钠的产品品质。

　　2.2改造后生产流程

　　针对煤粉还原芒硝法实际应用中存在的这些能耗和环境污染问题，以节能技术的应用来对煤粉还原芒硝法进行改造，达到减少工艺生产能耗，提升工艺生产水平的目的。

　　具体而言，应用节能技术来对硫化钠生产工艺进行改造，主要包括几个方面。

　　首先是热能阶梯的利用。在硫化钠工艺生产的煅烧环节，在煅烧炉的尾部增设一个余热锅炉。结合当前工业生产中硫化钠工艺生产的经验，主要选择3.5t/h型号的余热锅炉。在实际生产硫化钠的过程中，可以应用余热锅炉来吸收还原反应产生的高温烟气，经过余热锅炉吸收后的烟气温度能够从500℃~1000℃下降到200℃~300℃左右。为了保证烟气热量的吸收效果，还可以在余热锅炉的内部设置一个烟道式换热器，以便能够对烟气的温度进行进一步地控制，让烟气温度能够下降到100℃~200℃左右。

　　在将烟气降低到100℃~200℃之后，可以对烟气进行后续的除尘和脱硫处理。在这个利用热能阶梯的过程中，余热锅炉吸收的烟气热量能够产生蒸汽，将这些蒸汽作为蒸发器的热源，能够直接解决蒸发器的热源问题。由蒸发器产生的蒸汽和冷凝水可以分为两个部分，一部分被应用到沉降工序当中，通过对盘管加热的方式来提高碱水的温度，另一部分则可以被应用到车间供暖当中。具体而言，对硫化钠生产工艺进行余热阶梯利用的改造，首先需要利用余热锅炉将煅烧炉内产生的700℃高温烟气吸收掉，在经过0.4MPa~0.8MPa的加压下传入蒸发器，在超过85℃的冷凝水和低温蒸汽的环境中处理之后，以过滤和热熔工序的方式将冷凝水导入冷凝水罐中。然后再由余热锅炉将烟气中的热能进行转化，在烟气下降到200℃~300℃之后，烟气进入到烟道式换热器当中，温度下降后产生的水或稀碱水在再次降温到80℃~100℃之后，由锅炉和热熔工序再次将水和稀碱水进行划分，而进入烟道式换热器中的烟气在经过除尘脱硫之后，可以达到烟气排放的标准进行排放。

　　其次，节能技术还能够被应用到烟气除尘脱硫工序当中，应用脉冲袋式的除尘器进行除尘，除尘效率最高可以达到96%以上。而经过除尘处理后的烟气可以再次经过单塔直排式脱硫塔，对烟气中含有的残余二氧化硫进行吸收处理。而对于硫化钠生产工艺热溶工序中排放的碱雾，则可以应用引风机将碱雾送入喷淋塔，由热水来对碱雾进行回收利用，保证硫化钠生产工艺排放的烟气能够达到国家规定的工业污染物排放标准。

　　应用节能技术还能够被应用到生产工艺的蒸发系统改造当中。在将余热锅炉收集的热量作为蒸汽热源之后，可以在真空环境条件下应用单效强制循环列管蒸发器来对浓缩碱液进行蒸发处理。在得到蒸发后的浓缩碱液之后，对其进行加热可以得到质量分数约60%左右的成品碱。对硫化钠生产工艺中的蒸发系统进行改造，可以应用蒸发器来代替以往的敞口大锅，在提升产品产量的同时，也无需因为高温条件而消耗较多的热能，生产环境质量也有了明显的提高。

　　考虑到应用以往生产工艺过程中，由于煤粉较粗和燃烧环节供热不均的影响，导致煤粉燃烧不充分的情况，在应用节能技术对硫化钠生产工艺的燃烧技术进行改造时，可以应用摆式磨粉机来代替以往的锤式破碎式来对煤粉进行研磨，并通过多风道旋风煤粉燃烧器来燃烧煤粉，能够代替以往燃烧室的人工操作，保证煅烧炉的供热稳定，也能够有效提升硫化钠的产能和烧成率。出于节能和环境保护的工艺优化目标，在对燃烧技术进行改造的过程中，还可以在燃烧环节增加一个富氧燃烧装置，进一步提高煤粉热能的利用效率。

　　硫化钠生产工艺的应用对电能的消耗也比较大，在应用节能技术对硫化钠生产工艺进行改造的过程中，还需要重视节电技术的应用。从煤还原芒硝法实际应用的各种生产设备来看，电动机、变压器等三相异步交流用电设施都属于感性负荷的范畴，这些设备在实际运行中，通常需要消耗无功功率。为了能够达到节电的效果，在对硫化钠生产工艺进行优化的过程中，可以在电网中依据各类生产设备的应用情况，选择安装串联或并联的电容器，让电容器这类无功补偿设备能够降低由于感性负荷运行消耗的无功功率，在减少电能消耗的同时，也能够对延长各类生产设备的使用寿命起到有效的作用。除了实际应用的各种生产设备之外，工艺生产中应用的泵和风机等输送设备的运行也会产生较多的电能消耗，以降低电能消耗为主要目标，可以在对硫化钠生产工艺的流程进行设计时，应用节流调节法来满足实际的工艺生产需求，重点考虑管网阻力可能对输送设备运行产生的影响，避免因管网阻力的影响而增加系统整体运行的阻力，也会增加电机的负荷。基于这一情况，还可以应用变频设备来对输送设备的电流运行情况进行调速控制，以减少启动电流的方式来降低对电网整体运行情况造成的冲击。例如，如果硫化钠生产工艺中应用的泵规格为90kW，在应用变频设备将电流频率降到40Hz时，输送设备实际运行中产生的功耗为90×(40/50)3=46.08kW，能耗能够降低48%左右。

　　2.3应用节能技术前后能耗对比

　　在应用节能技术对硫化钠生产工艺进行改造时，选择当前我国工业中应用最为广泛的煤还原芒硝法来进行分析，对于提升硫化钠的生产工艺水平，推广节能技术在大部分工业企业中的应用具有重要的作用。应用节能技术对硫化钠的生产工艺进行改造，主要从热能阶梯利用、烟气除尘脱硫、蒸发系统改造、燃烧技术改造以及节电技术五个方面入手。在明确技术改造的相关原理和改造后的工艺流程之后，设定煤的价格为200元/t，芒硝的价格为100元/t，电费价格为0.5元/kW·h，得到硫化钠生产工艺前后对比情况。假设单位产品在应用节能技术之后可以节省约200元成本，按照2万吨/年的标准来对节能改造后硫化钠生产工艺的节约成本进行计算，节约的成本可以达到400万元。具体而言，在对硫化钠的生产工艺进行改造之前，应用煤还原芒硝法生产硫化钠需要消耗2450kg芒硝800kg原料煤，800kg还原燃料煤，740kg的蒸发燃料煤，66kW·h电，8.5t水，产生的蒸汽量为0。而在对生产硫化钠的煤还原芒硝法工艺进行改造之后，实际生产硫化钠需要的各种原料变为2100kg芒硝，730kg原料煤，580kg还原燃料煤，消耗的蒸发燃料煤为0，消耗的电量为148kW·h，消耗的水量为6.0t，产生的蒸汽消耗量2.82t·t-1。

　　而从改造后的硫化钠生产工艺环境效益角度来看，应用蒸发器、燃烧器等来代替以往应用的对环境造成较大污染的设备，能够在降低工人劳动强度、为促进硫化钠生产工艺的机械化和自动化营造良好条件的基础上，有效改善工业周围的生产环境，在降低能耗的同时，还能够有效降低环境污染。

　　在现代化工业发展的过程中，节能已经成为大部分生产工艺改造和调整的主要趋势，硫化钠在工业生产中有着广泛的应用，应用节能技术来对其进行改造，对促进工业发展具有重要的意义。本文中主要选择当前工业生产中用于硫化钠生产的普遍方法进行改造，在对生产工艺进行改造的过程中，注重降低由于硫化钠生产导致的高污染和高能耗问题，重点从除尘脱硫以及蒸发工序改造等方面对传统工艺流程进行了调整个改进。在对技术改进的相关原理和内容进行分析和实验论证之后，发现对硫化钠生产工艺进行改造的方法是符合实际工业生产情况的，能够有效降低环境污染的方法。同时，该方法在实际的应用中还能够通过简化以往的工艺流程来降低企业生产工人的实际劳动强度，对提高硫化钠产品的生产质量和促进工业企业经济效益的提高，促进工业的整体发展具有重要的作用。

　　3结论

　　综上所述，硫化钠生产工艺节能技术的应用，能够有效降低硫化钠工艺生产过程中的能耗，达到节能的目的。现阶段，工业仍在我国的社会发展中占据着重要的比重，作为工业生产应用的主要原料之一，在资源节约和环境保护事业不断发展的背景下，硫化钠的生产工艺需要能够符合环境保护和可持续发展的相关要求，以节能技术来降低工艺生产的能耗，同时能够推动生产设备的改造升级，有效促进工业的整体发展。
 
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