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1、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Na CO密度23,2533kg/m3，熔点851C，热容104kJ/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
2、改变，纯碱(Na CO )生产技术得到迅速发展，生产装置趋向大型化、23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(17561763),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
3、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。18251880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
4、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、188
5、1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910m3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
6、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
7、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、 山东青瓠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
8、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。13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4 000万t / a,消费量约3 800万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
9、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，由于不断改进釆矿技术和加 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1 300万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
10、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
11、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，
12、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。14我国纯碱工业的现状与发展1.4.1 1989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
13、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27%,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
14、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 个金牌产品通过复査,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
15、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。1.4.2 1990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
16、.4.3 1993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
