联碱碳化五塔清洗工艺应用总结

韩启明，陈建园，杨明秋

（淮安华尔润化工有限公司，江苏 淮安 223001）

我公司联碱采用变换气和浓气制碱，碳化塔清洗为煮塔工艺，每台碳化塔运行30～40天后，就需进行停塔煮塔，将内壁、塔盘及分布孔上的聚集疤块清洗干净，以恢复碳化塔的性能。同时碳化塔在作业期间每天需定期倒换外冷器，以防止外冷器列管结疤，影响传热效果。自2004年10月份投运以来，煮塔工艺暴露出多项不合理之处，主要表现在：

1）环保上，由于煮塔水难以消化，未能完全返回系统，部分煮塔水需经蒸馏后排放，给环保上带来很大压力；

2）安全上，每次煮塔、检查内部结疤情况时，需将单塔与系统隔离，以防变换气进入塔内，加拆盲板工作量较大，且十分繁琐，稍有不慎，就存在较大安全隐患；

3）能耗上，蒸汽和水消耗较大，每次煮塔，需用水200m3左右，还需用蒸汽进行加热，同时煮塔水在回收或外排时，还需进行蒸馏，又需消耗蒸汽；

4）原料损失较大，在每次煮塔后投运时，由于塔内存在氧气，需对塔内气体进行置换放空，造成部分氢氮及氨气排入大气，损失较大。以上问题已给生产带来诸多不便。

随着工艺技术的不断更新，联碱行业外冷碳化制碱工艺正在逐步推广碳化塔清洗工艺，该工艺已在行业内部分厂家得到成熟应用，但均为四塔一组进行循环清洗作业，我公司重碱Ⅱ系统有五台碳化塔，为解决我公司碳化煮塔工艺存在的不足，采用清洗工艺取代煮塔工艺已势在必行，同时进一步探索五塔一组清洗工艺的可行性。

1 碳化塔清洗工艺流程

碳化塔的清洗是将热氨母液Ⅱ连续送入清洗塔内，并将碳化付塔尾气经过增压机加压后通入塔内，起到搅拌和扰动的作用，对外冷器和碳化塔进行同时清洗。热氨母液Ⅱ溶解塔内碳酸氢钠和碳酸氢铵等结疤的同时吸收少量的二氧化碳，达到清洗和预碳化的目的。清洗后的AⅡ由清洗塔内抽出，由清洗泵加压后与AⅡ经冷却器冷却后送入制碱塔制碱。

塔组编制：按5塔一组，1台清洗、4台作业。

气体流程：来自合成的变换气进入作业碳化塔，塔顶尾气再进入碳化尾气回收塔，出碳化尾气回收塔的气体，一路直接送往合成，一路进入增压机，经增压后送往清洗碳化塔（气量一般控制在12 000 Nm3／h左右），搅动塔内液体，以增加清洗效果，出清洗碳化塔的气体返回到碳化尾气回收塔的进口。

液体流程：加压AⅡ泵出口，部分AⅡ液直接送往AⅡ冷却器，部分AⅡ液送入清洗碳化塔进行清洗（流量正常在100～120m3／h），出清洗碳化塔AⅡ液，再用清洗AⅡ泵也送入AⅡ冷却器，经冷却后送入其它4台作业碳化塔。

2 主要新增设备及需改造设备

1）新增2台氢氮气增压机，一开一备。

参数 吸气压力：1.1MPa（绝）

排气压力：1.55MPa（绝）

打气量：27m3／min

数据依据：原料气按最高压力1.0MPa核算，碳化塔压差按0.35MPa核算，清洗气量按最高15 000 Nm3／h核算，（正常控制在12 000Nm3／h左右）。

2）清洗泵：新增2台清洗泵，一开一备。

参数 Q＝110m3／h

H＝58m

进口压力：1.35MPa（表）。

3）碳化塔取出管口：现有管口为DN125，不能满足流量需要，改造为DN150。

3 项目效益测算

1）氨耗：按照氨耗降低3kg计算，联碱二期规模为20万t／a，全年可减少氨损失600t。按现有合成氨成本2 900元／t计算，全年可增加效益174万元；

2）消耗水量上，按单塔每次煮塔需200m3计算，5台碳化塔全年可节水330／35×200×5＝9 500 m3，环保压力大大减少；

3）煮塔蒸汽消耗：正常煮塔时间为24h，按三个外冷器蒸汽吹堵阀（DN50）全开、加热时间为20 h、使用1.6MPa蒸汽计算，则每次煮塔消耗蒸汽量为：3.14×0.025×0.025×3 600×30×8.525×3×20＝108 412kg，约需要110t蒸汽，则全年5台碳化塔煮塔需用蒸汽为330／35×110×5＝5 185t，按现有蒸汽成本170元计算，全年可增加效益8 185×170＝88万元；

4）蒸馏蒸汽消耗：按现有淡液蒸馏塔蒸汽消耗量200kg／m3计算，5台碳化塔煮塔水全年需消耗蒸汽330／35×200×200×5＝1 885t，按现有蒸汽成本170元计算，全年可增加效益1 885×170＝32万元；

5）电耗：采用清洗工艺后，5台碳化塔循环轴流泵（装机功率45kW、煮塔水泵（装机功率30kW）停开，增加清洗泵（装机功率约30kW）和增压机（装机功率约200kW），从装机功率上看基本相当。

6）安全：采用清洗工艺后将大大减少员工及维修工的工作量，同时也可避免因角阀等设备故障给生产带来的影响，其潜在效益不可低估。

可以看出，如采用清洗工艺，在安全及环保上的效益不言而喻，在节能降耗上，全年可减少损失174＋88＋32＝294万元，预计不到一年即可收回投资。

2012年8月份，利用系统停车大修机会，我公司对重碱车间Ⅱ系统五台碳化塔进行了清洗工艺流程改造。

4 项目建成后运行情况

重碱车间Ⅱ系统于8月13日14：00利用4＃碳化塔进行清洗工艺试运行，整个清洗流程比较通畅，工艺试运行较顺利。8月15日，碳化塔清洗工艺正式运行，采用碳化塔四开一清洗模式。

1）清洗AⅡ温度36～38℃，进塔温度31～33℃，中温最高53℃，取出固定铵85.2～86.8tt，作业塔气量14 000～15 000Nm3／h，操作压力1.27MPa，清洗气气量达到8 000Nm3／h，碳化塔四开一清洗，每次倒塔有一个升温的过程，温度及指标波动较大。

2）从工艺数据来分析，清洗塔清洗后的AⅡ液内CO2含量要高于进清洗塔的AⅡ液内CO2含量1tt左右，反映出明显的清洗效果。清洗塔倒换成作业塔后，从碳化塔各温度点数据来看，特别从中部温度（中上、中下部温差1℃左右）及外冷器温差（3℃左右）能够反映出清洗效果。

3）在变换气总气量不变的情况下，清洗工艺运行后，Ⅱ系统日产纯碱量由原来的650t涨至700t。但由于原5个碳化塔的生产负荷由现在的4个碳化塔进行分解，因此，作业碳化塔生产负荷较以前提高，MI CNH3略有降低，由83tt降至80tt左右，AⅠCNH3也有一定的降低，但通过近段时间运行，母液总量略有收缩。

4）清洗工艺运行后，操作人员由每日的倒换5个碳化塔外冷器改为倒换1次碳化塔，此外，还避免因外冷器倒换后内漏而带来的一系列问题的处理。

5）清洗工艺的运行，碳化塔由每月1次蒸煮改为每半年1次蒸煮，一是解决了碳化塔每月蒸煮带来的废水回收的问题，减少旧蒸馏系统运行的次数约48次／年，减少外排，从很大程度上减轻了生产、环保压力；二是减少了因碳化塔蒸煮造成的氨损失，碳酸氢钠结晶的损失和蒸汽的消耗；三是避免了因开停塔而带来的一些安全隐患。

6）碳化塔清洗工艺不使用角阀、轴流泵，避免了阀门泄漏的影响，减少日常维修，现场跑冒滴漏、挂淋明显减少，操作环境有所改善，减少设备腐蚀；同时不会因煮塔时热胀冷缩原理而破坏设备防腐层，防腐工作量大幅度降低。

5 结 语

清洗工艺运行以后，由于增加了增压机岗位，需增加人员编制；且增压机内运行气体介质为氢、氮气，安全运行需引起高度重视；清洗工艺现场调节阀门因为人为手控调节波动较大，影响生产的平稳性，今后可以考虑更换为自控阀门进行调节。总体来说，我公司碳化塔五塔一组清洗工艺的运行效果良好，满足生产需要的同时做到了节能减排，产生了良好的经济效益和社会效益。