外冷碳化塔在联碱中的应用与改进

王顺好,唐克军

(自贡市富源化工有限公司,四川 自贡 643202)

外冷碳化塔在联碱中的应用与改进

王顺好,唐克军

(自贡市富源化工有限公司,四川 自贡 643202)

外冷碳化塔;浓气制碱;工艺状况

自贡市富源化工有限公司是一家采用天然气为原料制氨、浓CO2气联合制碱的中型化工企业。公司自2002～2008年,陆续将所有的索尔维塔淘汰,更换为中国成达工程公司设计的φ2 800/3 800外冷碳化塔。碳化塔外冷器换热管采用钛材制作,这是因为钛管不易结疤、堵塞,同时不易被联碱母液腐蚀,延长了设备的使用寿命;另一方面提高了外冷器的换热效率。

外冷式碳化塔在我公司应用以来,与索尔维塔相比已表现出诸多优点:结构简单易大型化,单塔的生产能力大;作业周期长,使生产更平稳;产品结晶粒度大,易于过滤;尾气CO2含量低,更节能等。所以被越来越多的纯碱厂家所接受。

1 碳化塔的基本生产工艺状况

1.1 碳化塔的生产组合

碳化塔采用3塔1组作业,其中1塔清洗,2塔作业。清洗塔用AⅡ清洗,清洗气分别从中、下段进清洗塔进行鼓泡,一方面清洗塔内的结疤,另一方面补充AⅡ中的CO2,清洗碳化塔制得的CAⅡ供制碱塔制碱用。进入制碱塔的CAⅡ中CO2含量不宜控制得过高,过高将使制碱塔尾气CO2含量高,加速上部塔板的结疤而严重影响制碱塔的作业周期。CAⅡ中CO2的浓度一般控制在1.25～1.35 mol/L。制碱塔下段进脱碳气与炉气的混合气,中段进窑气以补充CO2。

1.2 碳化塔的倒塔及清洗

制碱塔计划性的定期倒塔用AⅡ清洗,窑气和过滤尾气作为清洗气,避免了因制碱塔出现问题后被动倒塔对生产造成的波动。外冷器2台作业,1台用AⅡ清洗,定期倒换。

由于长期用AⅡ液和含CO2的清洗气清洗碳化塔,难免造成塔内清洗不彻底、结疤累积。我公司采取制碱塔定期倒塔AⅡ清洗,以使其结疤不至于累积过多;每年水洗煮塔1～2次,洗水回收入系统,既解决了碳化塔结疤问题,又避免了水洗带来的原料损失以及污染物的排放等问题。

1.3 制碱塔正常的工艺控制

CAⅡ入塔温度,℃ ≤35

T1点温度,℃ ≤CAⅡ入塔温度+1

中部温度(T4、T5点),℃ 45～52

尾气CO2,% <4

出碱液CN H3,tt >80

1.4 结晶质量及产能

碳化取出液结晶含量,% >25

重碱沉降时间,s <80

重碱结晶平均粒度,μm ～90

制碱塔的单塔产能现已达到设计产能150～160 t/d。由于我公司制碱塔下段气的浓气气量偏少,单塔只有3 000 m3/h,如果下段气的浓气气量增加,碳化塔的产能还可以进一步增加。

2 碳化塔的不正常现象分析及处理

2.1 取出管喷气

发生此现象的原因为塔下部结疤,下段气上升不畅所致。用蒸汽对塔下部进行吹除后,喷气现象会有所好转甚至消失。当蒸汽吹除不能消除喷气现象时,应及时倒塔清洗。

2.2 取出不畅

发生此现象的原因为取出管结疤或塔底堆碱。发生此现象后,倒换出碱管或者用蒸汽从出碱管倒吹塔底即可解决问题。

2.3 气顶、托液

由于塔负荷过重或波动过大,容易造成碳化塔上部筛板结疤堵塞,上升的气体与液体抢道,挤占降液管通道,液体无法下流而致使塔内拉空。其表现为下段气压力明显下降,塔顶部液位上涨,尾气带液且CO2含量升高,塔上部塔板温度明显上升。正常生产中应注意塔的负荷不宜过重且波动不能过大,中段气量不宜过多,一般控制在1 000～1 200 m3/h,控制反应不要上移,以免发生气顶、托液现象。

气顶、托液现象大多发生在制碱塔,清洗塔在清洗初期也有可能发生。当清洗塔发生气顶、托液时,减少清洗气量即可缓慢恢复正常。制碱塔发生气顶、托液后会严重缩短塔的作业周期,应尽量避免。当制碱塔发生气顶、托液时应及时处理:立即大幅减小进气负荷,改用AⅡ补液。当下段气压力回升至正常水平后,加大取出及补液量,用AⅡ清洗上部塔板一段时间之后,再改用CAⅡ进液并缓慢恢复正常生产。

3 外冷碳化塔的改进及存在的问题

3.1 回收滤碱机的过滤尾气作为清洗塔的清洗气

由于天然气造气合成氨配套联碱生产工艺中的CO2不能平衡自产的合成氨,需另设窑气补充CO2。另一方面,滤碱机过滤重碱后放空的过滤尾气中又含有约15%的CO2和少量的NH3。所以,我公司将滤碱机过滤尾气回收作为清洗塔的清洗气,回收其中的CO2和NH3,以降低单位产品的原料消耗。

回收流程为:真空泵出来的过滤尾气经软水洗涤(防止压缩后 CO2与 NH3分压升高生成NH4HCO3而堵塞管道),压缩后进清洗塔下段,清洗塔中段进窑气。洗涤过滤尾气后的含NH3软水在洗涤碳化尾气后,送淡液蒸馏回收其中的NH3。

通过回收滤碱机的过滤尾气作为清洗塔的清洗气,不仅回收了其中的CO2和NH3,可使吨碱耗CO2下降约20 m3,还增强了清洗塔的清洗效果,因为实践证明:CO2浓度过高的清洗气不利于碳化塔的清洗。

3.2 将中段气管口从生成段与冷却段之间提至生

成段中上部

由于我公司的煅烧炉炉体严重变形,炉体与炉头密封不严,造成炉气浓度偏低,炉气与脱碳气混合后的下段气浓度约为80%,下段气压力0.42 M Pa (A),则CO2分压为0.42×80%=0.336 M Pa,该CO2分压不算太高,如果大量的中段气(窑气CO2浓度30%)从生成段下部进入制碱塔,将会使生成段的湍动过大,至使生成的结晶破裂,取出的重碱结晶偏细。将中段气进气管口上移之后,重碱结晶的质量明显改善,洗水当量保持在700 kg左右,使联碱总水长期处于收缩状态,完全消化了合成氨罐弛放气洗下的稀氨水。加上公司的其它节能、节氨改造措施,使公司的吨碱氨耗下降至330～335 kg之间,吨碱盐耗保持在1 150 kg(实物)左右。

3.3 塔筛板与塔圈的螺丝连接改为固定焊

由于塔内气液长期的湍动,会使螺丝松动脱落,将给设备的安全及长周期运行带来威胁。我公司曾发生螺丝进CAⅡ泵,至使泵损坏的事故,将塔筛板与塔圈固定焊,取消螺丝连接后就完全解决了这一问题。

3.4 增加1根出碱管

制碱塔作业到末期常发生出碱管堵塞,塔底积碱而取出不畅的情况。出碱管增加为2根以后,便可倒换为另一根出碱管取出,将取出不畅的出碱管进行吹堵,不至于影响塔的正常生产。

3.5 存在的问题

制碱外冷碳化塔生成段塔板平均每天结疤1 mm,影响外冷碳化塔的作业周期,还有待探索。

总之,外冷碳化塔将碳化液的冷却器移至塔外,冷却器倒换清洗,碳化塔可长周期作业,延长了碳化塔的作业时间,使联碱生产更加平稳;冷却器外置使塔内结构简化,制作、安装方便,易于大型化,是设计、制造产能更大碳化塔的发展方向。

[1] 周光耀.外冷式碳化塔的开发及应用[J].纯碱工业. 2004,(5):3～7

[2] 方 翔.外冷式碳化塔的操作应用[J].纯碱工业. 2009,(2):31～33

TQ 114.162

B

1005-8370(2010)05-25-02

2010-05-18

王顺好(1978—),1998年毕业于原四川省泸州化工学校(现四川化工职业技术学院)无机化工工艺专业,助理工程师。