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纯碱（北方民族大学）第一章绪论1.1概述纯碱又称苏打，白色细粒结晶粉末，分子式Na2CO3,密度2533kg/m3,熔点851℃，热容1.04kJ/kg。纯碱广泛应用玻璃、制皂、纺织、造纸、石油化工、化肥、冶金、医药等工业。纯碱被业内人士称为工业之母，一个国家的纯碱生产和消费水平，实际上也反映了该国的工业水平。随着近两年国内外化工行业、冶金行业、电子工业、建材行业、装饰行业等快速发展，对纯碱需求十分旺盛，使得纯碱产销量呈现连续、稳定的增长，行业开工率保持在90%以上，预计未来几年中国纯碱将会继续保持较快增长。1.2纯碱工业发展史纯碱工业始于18世纪末，随着工业的需要和制碱原料的改变，纯碱(Na2CO3）生产技术得到迅速发展，生产装置趋向大型化、机械化、自动化。1983年世界纯碱产量约30Mt。在纯碱工业史上，法国人N.吕布兰，比利时人E.索尔维，中国人侯德榜等，都作出了突出的贡献。吕布兰法的盛衰18世纪中叶，英、法爆发了七年战争(1756～1763)，当时依赖于西班牙植物碱的来源断绝。1775年法国科学院悬赏巨金，征求可供实用的制碱方法。吕布兰提出以普通食盐为原料，用硫酸处理得芒硝（见硫酸钠）及盐酸，芒硝再与石灰石、煤粉配合入炉煅烧生成纯碱的方法（见吕布兰法）。1783年，法国科学院同意授予吕布兰奖金，但终未颁发。1791年，吕布兰获得专利权，同年由奥尔良公爵筹集巨款，在巴黎附近的圣但尼建立第一个吕布兰法碱厂。1823年英国取消盐税，引进吕布兰法，在利物浦建成纯碱工厂投入生产。从此，英国制碱工业突飞猛进，远远领先于法国。1825～1880年间是吕布兰法制碱的极盛时期。它带动了硫酸、盐酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工产品的生产;对于化工装置，如气体洗涤器、旋转炉、机械烤炉、开口式特兰锅和香克式浸溶装置等的出现，也起了很大的促进作用。吕布兰法是化学工业兴起的重要里程碑。但其产品纯度低，生产成本高，劳动效率低，生产过程均固相操作，难以连续作业，加之回收的盐酸腐蚀性强，必须外销或另作处理。这些缺点促使探索新的制碱方法。索尔维法的崛起和演变1861年，E.索尔维在煤气厂从事稀氨水的浓缩工作时，在用盐水吸收氨和二氧化碳的试验中得到碳酸氢钠。同年，他获得了用食盐、氨和二氧化碳制取碳酸钠的工业生产方法的专利。此生产方法被称为索尔维法，又称氨碱法。1863年，E.索尔维与兄弟A.索尔维筹集资金，组建至今依然存在的索尔维公司，并在比利时库耶建立纯碱厂，1865年1月投产，1872年产量达到日产10t。1873年索尔维公司所产纯碱在维也纳国际博览会上获得了质量纯净荣誉奖，从此索尔维法为世人所公认。1872年在法国南锡附近的栋巴勒另建一厂，现在年生产规模已达600kt。1874年英国在诺斯威奇附近的威灵顿、1881年美国在纽约州的锡拉丘兹、1883年俄国卢比莫夫索尔维公司在别列兹尼基相继建立碱厂。中国实业家范旭东于1917年筹办永利制碱公司，1920年在天津塘沽兴建永利碱厂，1924年8月开工生产，1926年8月红三角牌纯碱获得万国博览会(美国费城)金质奖章。索尔维法生产纯碱所用原料易得，成本低廉，产品纯净，而且是以液相和气相作业过程为主，适于大规模连续生产，因而使当时每吨纯碱价格由13英镑降到4英镑多，并逐步取代了吕布兰法。但索尔维法仍有不少缺点，如盐利用率低（以钠计最多为75％）；每产1t碱，排放9～10m3废渣、废液，淤塞港湾，污染环境。因此，索尔维法不断演变，在德国、中国和日本出现了多种改进的方法：侯氏制碱法1937年日本进一步入侵中国。位于塘沽的永利碱厂被迫迁至四川五通桥。当时盐价昂贵，牛华溪一带地下黄卤浓度过淡，不符合索尔维法要求，加之在该地区排放废液亦有困难，必须予以改进。该厂在侯德榜博士主持下，从事改进索尔维法的研究。几年后，获得成功。1941年3月15日永利公司总经理范旭东集会宣布，决定将新法命名为侯氏碱法。1943年12日侯氏制碱法在中国化学学会第十一届年会上公布，现称联合制碱法。侯氏制碱法的突出特点，在于使工艺过程连续化，从而规模得到扩大；其次，此法不从固体碳酸氢铵开始，而是用盐卤先吸氨后碳酸化进行连续生产。由于该法不需中间盐作辅助剂，成本可以降低。1952年，中国在大连化工厂建立了日产10t的联合制碱中试车间，1957年加以改进，通过实验确定了一次加盐、二次吸氨、一次碳化的工艺流程，并对设备选型、操作指标加以肯定。1964年，大型联合制碱装置在大连化学工业公司建成投产。中国纯碱工业的发展1949年，仅在天津塘沽、大连有两家纯碱厂，总产量为88kt。50年代，纯碱工业有了很大发展，除对原有厂进行扩建、改造外，从1958年起，先后兴建了四川自贡、山东青岛、湖北应城三个中型纯碱厂和一批小型纯碱厂。1985年生产纯碱2Mt（不包括台湾省），产量仅次于美、苏两国。生产方法主要是索尔维法和侯氏制碱法，1984年以侯氏制碱法生产的纯碱占总量的44.6％，农用氯化铵产量居世界第一。但现在纯碱产量仍然不能满足国民经济发展需要，为使纯碱的供应能满足需要，已确定了建设新厂的计划并与小型氨厂结合改建一些新的小型联合制碱法工厂。1.3世界纯碱生产发展动态近年来全球纯碱工业发展出现了新的变化,主要表现为以下特点:天然碱发展速度继续加快,占市场份额不断增大;地区发展不平衡;纯碱由80年代旺销转为90年代供求基本平衡。1996年全球纯碱生产能力已超过4000万t/a,消费量约3800万t。今后一段时间内,全球纯碱市场将呈现供略大于求的饱和状态,纯碱价格呈稳中有升的态势,但变化幅度较小。1美国美国是全球纯碱产量最大的国家。自1953年美国建立第一家27万t/a的天然碱加工厂以来,由于不断改进采矿技术和加工工艺,使天然碱的成本比合成碱低一半左右。美国索尔维法合成碱厂终因排污费多,生产成本高,经营亏损,到1986年10个合成碱厂全部关闭。至此,美国全部转向天然碱生产。近年来,美国的天然碱工业发展较快,天然碱厂家不断增多,生产能力不断扩大。目前,美国天然碱生产能力已达1300万t/a,实际产量在1100万t以上,国内年消耗量在650万～700万t,年出口量为350万～400万t。由于天然碱的冲击,合成碱在西方发达国家呈萎缩之势,这更加刺激了美国天然碱厂商出口的积极性,一些企业开始扩大其生产能力。美国最大的也是唯一股权100%归美国自己所有的纯碱生产企业FMC公司,1997年初完成了70万t/a扩建项目,使其总生产能力达到了355万t/a。该公司还计划本世纪末再增加65万/a的产能,该项目将与日本的平板玻璃公司和住友公司合资经营,以扩大该公司在日本及亚洲的纯碱市场。OCI公司1993年通过全面改造扩建,使其天然碱生产能力从170万t/a增加到210万t/a,计划1998年末至1999年初再扩建60万t/a的生产能力。北美化学公司正计划扩建它在加利福尼亚的工厂规模,扩建能力为30万t/a。2拉丁美洲近几年,拉美国家中墨西哥和哥伦比亚的纯碱厂相继关闭。目前,墨西哥只有1家28万t/a的纯碱厂;巴西在东北部有1家21万t/a的纯碱厂,1995年实际生产量为20.8万t,据报道该公司在执行扩建计划,以便使其产品能同进口的美国天然碱竞争。拉丁美洲是美国天然碱出口的第二大用户3非洲ICI公司在肯尼亚利用天然碱生产纯碱,生产能力为30万t/a,但实际量只有23万t左右,主要因为电力供应不足和煅烧炉技术落后所致。最近,其煅烧炉已被升造,故产量可能接近生产能力。该厂生产的纯碱由ICI公司协调上市。博茨瓦纳有一天然碱生产企业,该厂1995年的产量为18万t/a,产品主要供给南非和津巴布韦。据报道,近期该厂遇到了财政问题和技术问题,已被迫退出纯碱行业,让出的市场由美国天然碱填补。此外,埃及在亚历山大里亚也有合成碱生产,但规模较小。4亚太地区东南亚地区由于受美国天然碱的冲击,生产能力至少减少了100万t/a,目前仅剩下日本90万t/a的生产能力。1996年9月,日本东洋曹达关闭山口市新南洋32万t/a的合成氨厂,旭硝子将在1998年关闭30万t/a的千叶工厂。1.4我国纯碱工业的现状与发展1.4.11989年全国纯碱生产、建设的进展和1990年的任务1989年纯碱产量的国家计划是280万吨,实际完成了303万吨,第一次突破了300万吨大关,比国家计划超产23万吨,比1988年增长15.69%,是纯碱生产史上增长幅度最大的一年。其中,原有6个重点企业实际完成3万吨,比国家计划超产9万吨,比1988年增长2.7%,6个厂都创造了本厂产量的最高纪录;潍坊、唐山、连云港三大碱厂实际完成14.63万吨,其中潍坊完成了n万吨,比计划超产2万吨;中小碱厂的生产计划为63万吨,实际完成85.8万吨,超产22.8万吨,比1988年增长34.7%。1989年共生产氯化按147万吨,比1988年增长17.9%。纵观1989年纯碱行业的生产建设形势,下列十件大事比较突出,应予以记载：一、‘潍坊、唐山、连云港三个600kt/a纯碱广建成投产,并且都实现了一次开车成功。二、纯碱产量突破300万吨大关,在外部条件困难很多的情况下,实现了15.69%的增长速度。三、利税总额增长52.29%,利润增长42.23%。四、大化公司通过国家一级企业的预考核;青岛、自贡、湖北、孟二化进入国家二级企业。五、大化公司碱厂荣获国家质量管理奖,天碱获化工部质量管理奖。纯碱的扣个金牌产品通过复查,8个厂的纯碱评为化工部优质产品;2个厂的氯化按评为银牌产4纯减工业晶,5个广的氯化按评为化工部优质产品。六、天津碱厂厂长蔡超群荣获全国优秀企业家称号。七、在中小碱厂开始开展达标升级活动。八、中国纯碱工业协会举办第一期具有大专水平的《纯碱制造》专业证书班,培养30名学员,举办两期中小联碱厂车间主任学习班,培训82人。组织出版《联合制碱工艺》、《氨碱法纯碱工艺》、《纯碱生产分析》三本中级工培训教材。九、印发并执行《纯碱企业工艺管理制度》和《对纯碱企业涉外技术交流、技术合作保密范围的规定(暂行)》。十、重点企业中的四个氨碱厂的氮耗全部升高;仍有六个小碱厂亏损。1.4.21990年纯碱工业的主要任务(一)坚定信心,克服困难,确保完成860万吨的生产计划(二)确保完成基建技改计划,充分发挥投资效益(三)以加强企业管理为动力,以节能降耗为重点,继续深入开展企业升级(四)新建三大碱厂要完成生产、基建双重任务(五)深入开展学吉化活动,不断深化企业改革,全面提高企业素质1.4.31993至1994年,是我国纯碱工业蓬勃向上,迅速发展的两年。1993年,我国纯碱产量已突破5的万吨,1994年又增至565万吨,全行业实现利润也创纯碱行业近几年来总利润最高记录。伴随着纯碱生产的持续、健康、快速发展,以节能降耗,扩大生产能力为中心的扩建改造;以改善产品结构,适应市场需求为宗旨的新产品开发;和以创新国产化为目标的引进技术的消化吸收工作均取得可喜成果。1.4.4中国近代纯碱工业发展研究日本留学归来的范旭东于1918年在天津成立永利制碱公司，准备采用索尔维法生产纯碱。索尔维法是1862年比利时人索尔维以食盐、氨、二氧化碳为原料，制得了碳酸钠的工艺，该法对于原料的利用率得到提高，产品质量纯净，因而被称为纯碱，但最大的优点还在于成本低廉。1867年索尔维设厂制造的产品在巴黎世界博览会上获奖，此法被正式命名为索尔维法。时正在从事路布兰法制碱的英国哈琴森公司取得了独占索尔维法的权利。1873年哈琴森公司改组为卜内门公司，建立了大规模生产纯碱的工厂，后来，法、德、美等国相继建厂。这些国家发起组织索尔维公会，设计图纸只向会员国公开，对外绝对保守秘密。由于如此严密的组织方式，凡是没有得到索尔维公会特许权者，根本无从问津生产详情。亚洲第一强国日本曾尝试索尔维法制碱，但最终失败。抗战期间，为改进技术，侯德榜用3年多时间设计出一条能同时生产纯碱和氯化铵的制碱新流程，1941年命名为“侯氏碱法”，并于1943年经改进后对外公布。侯氏碱法既能制造高纯度碳酸钠，又能将食盐的利用率提高到