聯(lián)堿法是在氨堿法工藝基礎(chǔ)上改進發(fā)展而來的,由我國“現(xiàn)代化工先驅(qū)”侯德榜博士在1938年創(chuàng)立,因此又稱侯氏制堿法。當年,侯德榜海外留學(xué)歸來,結(jié)合中國缺鹽的國情進一步改進了索爾維法(即氨堿法),并將純堿和合成氨兩大工業(yè)行業(yè)聯(lián)合,通過與氨廠進行“一次加鹽、兩次吸氨、一次碳化”聯(lián)合循環(huán)生產(chǎn),利用氨廠的NH3和CO2同時生產(chǎn)出純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品。

按照CO2供應(yīng)方式的不同,聯(lián)堿法可分為兩大類:一類是以合成氨的變換氣為制堿原料的所謂變換氣制堿;另一類則是以合成氨的脫碳氣及爐氣為原料的所謂濃氣制堿。

變換氣制堿,是將合成氨裝置的變換氣送至聯(lián)堿裝置的碳化塔,在其中脫除變換氣中的CO2,同時進行聯(lián)堿的碳酸化過程(制取NaHCO3結(jié)晶),脫除CO2后的氣體再送回合成氨系統(tǒng)。聯(lián)堿裝置的碳化工序既是制堿工序,也是合成氨裝置的脫碳工序,兩者合二為一,使合成氨、純堿與氯化銨生產(chǎn)實現(xiàn)了“真正”的聯(lián)合。它是我國首創(chuàng)的新技術(shù)——變換氣制堿。該法缺點是爐氣不能完全回收,純堿的質(zhì)量不如濃氣制堿好,操作管理水平要求嚴格。

濃氣聯(lián)合制堿是利用合成氨裝置的脫碳氣及聯(lián)堿裝置煅燒爐氣制堿,該法同樣是合成氨裝置與聯(lián)堿裝置聯(lián)合制堿和氯化銨,只是該法采用的是合成氨裝置脫除的濃度達到98%以上的CO2氣體。目前,國內(nèi)各聯(lián)堿廠均采用“一次加鹽、一次碳化、兩次吸氨”的工藝流程。該法的優(yōu)點是工藝流程成熟可靠,技術(shù)先進,生產(chǎn)操作穩(wěn)定,裝置運行率高,管理費用低。

聯(lián)堿法的具體生產(chǎn)流程見圖1。

圖1　聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)流程

資料來源:光大期貨研究所。

聯(lián)堿法的化學(xué)反應(yīng)如下:

第一步,母液吸氨。氨氣、水、二氧化碳反應(yīng)生成碳酸銨(NH4)2CO3。

NH3+H2O=NH4OH

CO2+H2O=H2CO3

H2CO3+NH4OH=(NH4)2CO3

第二步,氨鹽水碳酸化制得碳酸氫鈉(NaHCO3)。此步驟由碳酸銨碳化生成碳酸氫銨后,再與氯化鈉反應(yīng)生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨,過濾后得到碳酸氫鈉固體。

CO2+H2O=H2CO3

(NH4)2CO3+H2CO3=2NH4HCO3

NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl

第三步,煅燒碳酸氫鈉制得純堿。上一步生成的部分碳酸氫鈉可直接銷售,剩余的碳酸氫鈉則進入與溶液分離、加熱煅燒等步驟生成碳酸鈉(即純堿),同時回收二氧化碳,經(jīng)壓縮機壓縮后回到第一步循環(huán)利用。

2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O

聯(lián)堿法克服了氨堿法的部分缺點,原鹽利用率大幅提升至96%以上,無須石灰石和焦炭(煤),且整個過程中二氧化碳是被循環(huán)利用的,節(jié)約了燃料、原料、能源和運輸費用,同時避免了大量廢渣和廢液的排放,其副產(chǎn)品氯化銨還可用于氮素化學(xué)肥料、電池制造、電鍍和印染等。目前,國內(nèi)的大中型聯(lián)堿廠工藝運行穩(wěn)定可靠,技術(shù)日臻完善。近年來,國內(nèi)聯(lián)堿法生產(chǎn)的純堿產(chǎn)量比例已經(jīng)逐步從過去的1/3提升到接近1/2。但該方法同時也存在工藝流程相對復(fù)雜、生產(chǎn)裝置投入成本較高等不足。