综述我国纯碱行业主要工艺特点及发展趋势
唐山三友化工股份有限公司技术中心 河北唐山 063305摘 要：综述我国纯碱行业发展现状和不同制碱工艺及其特点，分析国内不同制碱工艺面临困难及发展趋势。
关键词：纯碱行业；联碱法；氨碱法；天然碱法
一、行业现状
我国的纯碱工业开始于 1917 年，由“中国重化学工业的奠基人”范旭东创办了永利制碱公司
[1] ，经百余年的发展，国内产能规
模已达到 3249 万吨/年，约占世界纯碱总产能的 45%，2015-2019年国内纯碱行业年均产能增速 0.64%、产量增速 2.11%、表观消费量增速 2.56%。我国纯碱产能主要分布在华北、华东、西北以及华中等地区，其中，青海、江苏、河南、山东和河北是中国主要的纯碱生产省份，江苏省纯碱产能约 560 万吨/年；河南省纯碱产能约 510 万吨/年；青海省纯碱产能约 500 万吨/年。国内产能百万吨以上（包含百万吨）生产厂家共有 13 家，产能超过 300 万吨/年的企业有 3 家，分别为：唐山三友化工股份有限公司（340 万吨/年，氨碱法）、山东海化股份有限公司（300 万吨/年，氨碱法）、河南金山化工集团（300 万吨/年，联碱法）。
二、不同制碱工艺特点
按照制碱工艺不同，主要分为：联碱法、氨碱法、天然碱法。
在我国这三种工艺均存在，联碱法和氨碱法占比较大，天然碱法占比较小，据统计联碱法产能约 1600 万吨/年，占比 49%；氨碱法产能约 1500 万吨/年，占比 46%；天然碱产能 180 万吨/年，占比 5%。
2.1 联碱法
联碱法也称侯氏制碱法，是由我国杰出的化学家侯德榜在1940 年发明，考虑到国内缺乏原盐资源，在充分总结索尔维制碱法的基础上，有效的将纯碱与合成氨两大工业进行联合，生产纯碱的同时生产氯化铵，大大的提高了原盐利用率。
作为纯碱生产的主要工艺，联碱法具有如下优点：1）原料的利用率高，原盐利用率可达到 95%以上，生产纯碱的同时又可生产等量的氯化铵；2）联碱法生产纯碱的过程中，不需要使用石灰石、焦炭；3）排放少量废液，不会有大量的废液废渣排出。劣势是纯碱产品质量差于氨碱法纯碱产品，联碱工艺流程相对复杂，装置投入成本高于氨碱法，检修复杂，必须配套建设合成氨和氯化铵装置，氯化铵容易受农业发展和复合肥行业的制约。
2.2 氨碱法
氨碱法又称为索尔维制碱法或索氏制碱法，该方法是由比利时人索尔维于 1861 年发明，氨碱法以原盐、石灰石、氨为主要原料制取纯碱。
作为纯碱生产主要的另一种工艺之一，氨碱法具有如下优点[2] ：1）技术成熟可靠，实现了大规模连续化生产；2）原料石灰石、原盐易开采，成本低；3）氨在整个系统中可实现循环利用，损耗少；4）相较其他工艺，其产品纯度高、品质好。但也存在资源消耗大，原盐的利用率较低（最高只能达到 75%），副产品氯化钙用途较少，碱渣处理难度大，环境污染较大等劣势。
2.3 天然碱法
天然碱
[3] 是指主要成分为碳酸钠和碳酸氢钠的一类矿物（或卤水），经过加工精制得到纯净的纯碱。根据碱矿成分的差异性，其主要生产工艺可分为蒸发法和碳化法。碱矿主要成分为倍半碳酸钠（Na 2 CO 3 ·NaHCO 3 ·2H 2 O）的，一般使用蒸发法，蒸发法工艺可分为一水碱工艺和倍半碱工艺。一水碱工艺生产重质纯碱，采用边蒸发、边湿分解的一步法生产重质纯碱；倍半碱工艺是在蒸发前使碳酸氢钠分解，可通过干法分解（煅烧）、湿分解或溶采时注入烧碱中和，蒸发中析出一水碳酸钠（Na 2 CO 3 ·H 2 O）。天然碱矿中主要成分为十水碳酸钠（NaCO 3 ·10H 2 O）的，一般使用碳化法，通过提取碱矿进行碳化、干燥和煅烧，进行纯碱生产。
天然碱工艺与氨碱法、联碱法等主流生产工艺相比，最大优势在于成本低，也具有工艺简单、流程短且在生产过程中无大量废渣、废液排出等特点，但受限于资源的地理位置、供应等因素。
三、不同制碱工艺需要解决的难题
3.1 联碱法纯碱产品质量仍有待进一步提升
老旧的联碱企业由于工艺生产中母液平衡问题，需要将部分母液外排到河里、海里，排放量大易造成氨氮排放超标。随着国家环保政策收紧及节水节能要求提升，联碱企业通过实施雨水和污水采集回收，将其补充进生产系统循环利用。但因为回水中含各类杂质，容易造成母液污染，导致产品中杂质含量升高影响纯碱产品质量，与氨碱法产品存在一定差距。
3.2 氨碱法废渣、废液处置成为限制产业发展的瓶颈国内氨碱法生产装置每年要产生超过三百万吨废渣和七千万立方米的废液
[4] 。随着环保政策的加严，东部沿海省份氨碱企业已开展废渣、废液综合利用和治理技术攻关，但由于排放量大，废弃物很难得到有效利用，因此，我国东部沿海氨碱企业面临废渣、废液处置压力不断升高，环保问题已成为制约其发展的关键因素。
四、不同制碱工艺的发展趋势
4.1 联碱法设备大型化发展
联碱法生产装置朝着大型化发展，对联碱生产设备大型化提出了更高要求，通过减少装置设备台数，优化工艺流程管理，实现减少投资、降低能源消耗，不断降低联碱工艺生产成本。如氯化铵工序核心设备实现大型化后提升氯化铵干燥能力并实现尾气零排放，大型带式真空过滤机大型化实现了生产能力提升、洗水量少、过滤损失小等优点，在一定程度上降低纯碱生产成本。
4.2 氨碱法重心由东部向西部转移
东部沿海氨碱法企业废渣、废液堆存排放压力不断加大，而西部地区矿产、土地资源丰富，原料成本低于东部地区企业，区域环境容量大，废渣堆存成本低；区域降水少、蒸发量大，为废液蒸发提供较好的自然条件。国家已限制新增氨碱法、联碱法纯碱产能，随着东部沿海氨碱法企业面临环保生存压力增加，未来将有部分企业实施减产或者产能退出，凭借良好的资源、环境优势，预计西部地区将成为氨碱法工艺的主要阵地。
4.3 天然碱前景广阔
天然碱无废渣、废液产生环保压力小，加工过程不需要原辅材料，较联碱、氨碱工艺成本优势明显。当前国内天然碱产能约180 万吨/年，在内蒙古阿拉善盟发现的塔木素天然碱矿，设计规划纯碱产能 780 万吨/年、小苏打产能 80 万吨/年，项目全面投产后将对现有纯碱市场格局造成较大冲击，联碱、氨碱企业纯碱产品将面临天然碱产品直接挑战，因此，国内发展天然碱项目将有着光明的前景。
参考文献
[1]戎寿昌．中国纯碱工业四十年[J]．纯碱工业，1989年第5期：1-6.
[2]左艳梅，闵瑞高．氨碱法纯碱生产工艺与设备的发展特点研究[J] ．广东化工，2013年第13期第40卷：127，134.
[3]叶铁林．天然碱[M]．化学工业出版社，2003年第2版：4.
[4]尚建壮，石青松．我国纯碱行业发展回顾及未来发展重点[J]．化学工业，2021年第1期第38卷：13-17.
作者简介：王京，1988年1月，男，汉族，河北省唐山市，毕业于中国石油大学（北京），工业催化，硕士研究生，工程师，就职于唐山三友化工股份有限公司。
