联碱法φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组新技术开发与应用

(成都华西化工研究所股份有限公司，四川 成都 610031)

专论与综述

联碱法φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组新技术开发与应用

刘应峰

(成都华西化工研究所股份有限公司，四川 成都 610031)

结合碳化塔结疤与清洗的影响因素，论述了鸿化联碱法φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组技术的可行性与实践应用情况，实现了联碱行业碳化塔五塔一组不堵塔的设想，提高了碳化塔的有效利用率，减少了设备投资费用，同时也大大节省了清洗碳化塔的能耗。

联碱法；碳化塔；五塔一组；开发；应用

众所周知，联碱法纯碱生产过程中，碳化塔制碱到一定时间，塔壁、菌帽(筛板)、小管外壁逐渐产生以碳酸氢钠、碳酸氢铵为主的结疤，影响碳化塔的正常作业，必须对制碱塔进行清洗，溶解结疤恢复碳化塔的正常作业。

1 鸿化联碱厂碳化塔使用简介

鸿化联碱厂φ3400/φ3000索尔维碳化塔四塔一组运行已经20年，没有出现堵塔、洗塔现象，2001年又推广到φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔运行，也没有出现堵塔、洗塔现象。2008年，我公司联碱厂在四塔一组的基础上，通过技术改造，在φ2500索尔维碳化塔上实施五塔一组运行的中间试验，通过两年的运行、检查，确认无堵塔、结疤现象，碳化塔清洗效果好。

随着公司发展，联碱厂逐步新建φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔后，开始摸索碳化塔五塔一组运行。

2 碳化塔结疤与清洗

2.1 碳化塔的结疤

联碱碳化塔纯碱生产中,碳化塔制碱一定时间，碳酸氢钠和碳酸氢铵等结晶(如表1)会附着在塔的内壁、菌帽、冷却管上而结疤，严重影响碳化塔的连续运行。结疤主要与制碱塔作业周期、碳化塔清洗是否彻底、原料母液杂质含量、碳化塔操作控制这些因素有关。因此，制碱塔作业一定时间后，都必须改为清洗塔。

表1 碳化塔结疤成分一览表(%)

2.2 碳化塔的清洗

碳化塔的清洗流程有很多，最常用流程是AⅡ母液进行清洗，清洗后送到制碱塔作为制碱母液CAⅡ。影响碳化塔清洗效果的主要因素如下：

2.2.1 清洗母液AⅡ组成的影响

清洗母液AⅡ清洗结疤不仅是物理作用，而且伴随有化学反应过程，2NaHCO3+2NH4OH→Na2CO3+(NH4)2CO3+2H2O。

碳化塔结疤的溶解度和溶解速度随清洗母液AⅡ中的固定铵、二氧化碳含量的增加而减少；随着清洗母液AⅡ中游离氨含量的增大而增大，见表2。

表2 清洗AⅡ组成与结疤物溶解度关系

2.2.2 清洗AⅡ温度的影响

碳酸氢铵和碳酸氢钠结疤都随温度的升高，溶解度和溶解速度都增大。因此提高清洗AⅡ温度，有利于结疤的清洗。但是清洗AⅡ温度过高，会导致清洗尾气含氨过高，氨损耗大。因此，清洗AⅡ温度一般控制在38～40 ℃，最高不超过42 ℃。

2.2.3 塔内清洗气的影响

清洗作业除了连续地从塔上加入清洗母液AⅡ外，还不断地从塔底通入清洗气搅拌，消除局部过饱和现象，增加结疤的溶解速度以提高清洗效率。但通入清洗气流量、温度、二氧化碳浓度都对清洗塔有一定的影响。一般控制清洗气流量在1 800～2 000 m3/h，温度大于60 ℃，二氧化碳浓度小于15%。

2.2.4 清洗塔液位控制

一般控制清洗塔液位大于22～25 m以上，确保碳化塔内部构件充分的浸泡在清洗母液AⅡ中。

2.2.5 清洗时间

碳化塔的清洗时间，与碳化塔的组合有关。两塔一组，制碱24 h，清洗24 h；三塔一组，制碱48 h，清洗为24 h；四塔一组，制碱时间48 h，清洗时间为16 h，也可以制碱时间为72 h，清洗时间为24 h。

一组塔的数量越多，碳化塔的利用率越大，投资越省，但是容易清洗不干净，造成堵塔、水洗塔，造成氨氮污水排放、物耗能耗升高，后果非常严重。那么，联碱法碳化塔如何组合才是最经济合理的，是我们每个制碱工作者的追求目标。

3 φ2500索尔维碳化塔五塔一组技术开发与应用

碳化塔组塔个数的多少，关键在于碳化塔能否清洗干净。我们首先选择φ2500索尔维碳化塔进行改造运行。利用停产大修的机会，将1#、2#、3#、4#、6#(5#塔已经拆除)φ2500索尔维碳化塔的倒卤管线、AⅡ管线、CAⅡ管线进行联通改造，实现五塔一组的生产工艺路线。

确定工艺路线后，通过配管改造、制定详细的试运行方案，开始进行对φ2500索尔维碳化塔五塔一组生产运行。严格控制制碱时间、清洗塔压力、清洗气流量，对清洗CAⅡ采集大量样品，对其CO2含量进行分析，并与原四塔一组的进行对比，确认无异常变化后，每月定期对碳化塔水箱部分小管和菌帽进行检查，清洗都较为干净，并没有发现由结疤和堵塞现象。

通过半年时间的运行，φ2500索尔维碳化塔没有出现清洗不好和堵塔现象，因此，确认φ2500索尔维碳化塔从四塔一组运行改变为五塔一组运行是成功的。

4 φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组开发与应用

在φ2500索尔维碳化塔五塔一组技术开发与应用的基础上，将新8#索尔维筛板碳化塔并入到新1#、2#、3#、4#碳化塔，形成φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组。

2009年4月份开始试运行，发现四个制碱塔的CAⅡ量不能满足生产需要。在保障了出碱量时，碳化塔清洗液位不能保障。保障了清洗塔液位时，又不能保障出碱量。在运行一个月后，打开1#塔观察孔，发现碳化塔小管有结疤，因此停止φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组的运行。

2009年10月，公司再一次组织各级工程技术人员，对φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组的运行问题进行认真梳理，通过对碳化塔清洗理论进行认真分析，对工艺管道进行计算，确定管道大小，对工艺管道的连接方式进行现场确认，对输送泵的能力进行核算。对φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组的管道、泵进行重新设计改造，于2010年4月，进入试运行阶段。

五塔一组碳化塔清洗时间确定为12 h，制碱时间为48 h，AⅡ清洗量为制碱量的1.33～1.5倍，清洗气量≥2 000 m3/h，清洗气CO2浓度≤15%，清洗气温度≥60 ℃，AⅡ母液温度≥38 ℃，清洗效果如表3。

表3 φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组清洗碳化塔运行指标

从运行结果，AⅡ和CAⅡ母液CO2指标来看，碳化塔清洗末期CO2差值小于0.5 tt，从理论角度证明了φ3400/φ3000碳化塔五塔一组是能够清洗彻底的，连续运行是可行的。

为了进一步确认碳化塔能否清洗彻底，5月13日，打开3#塔4箱水箱观察孔检查，无结疤；6月23日和7月14日分别打开2#塔4箱水箱观察孔检查，无结疤。

5 应用结论

1)我公司开发的φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔“五塔一组” 新技术，能保证碳化塔清洗好，不煮塔，实现碳化母液封闭循环，无废液排放，其运行是可行的。

2)五塔一组与四塔一组相比，每生产一吨纯碱可以降低2～3 kWh，还可以减少排放含氨尾气量35.2 m3，一年减少尾气15 840 km3。

3)与四塔一组相比，五塔一组提高了碳化塔的设备利用率，碳化塔容积利用率从0.028 t/h提高到0.03 t/h，增长率为7%，减少一次性投资费用。

4)联碱法φ3400/φ3000索尔维筛板碳化塔五塔一组新技术开发与成功应用，是国内联碱法索尔维碳化塔的首创，曾获自贡市科学技术进步二等奖，对联碱法碳化塔工艺技术具有重大意义。

[1] 许昌黎.联碱四塔一组运行的可行性分析及实践[J].纯碱工业，1994(2)：34-37

[2] 许昌黎.鸿化联碱30年回顾及对未来技术发展的展望[J].纯碱工业，2008(2)：5-9

[3] 韩行治.联合制碱工艺[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1989

[4] 大连化工研究设计院.纯碱工学[M].北京：化学工业出版社，2004

[5] ии帕申柯，王安印译，制碱碳化塔的清洗方案[J].化工设计，2006,16(3)：21-23

TQ114.16

C

1005-8370(2017)06-03-03

2017-07-04

刘应峰(1976—)，高级工程师，四川大学工程硕士，2000年毕业于四川理工学院(原四川轻化工学院)。现任成都华西化工研究所股份有限公司脱硫脱硝工程项目经理，曾任自贡鸿鹤化工股份有限公司联碱厂总工程师。