筛板碳化塔在南碱的成功应用

张远方

(广东南方碱业股份有限公司,广东 广州 510760)

对于一个纯碱厂来说,无论是新建还是技改更新,碳化塔的选型是一个非常重要的决策。碳化转化率在很大程度上决定全厂各工序所需处理或加工的物料当量,转化率高时,不但可使产量增加,而且使系统中循环和消耗的物料减少,就能减轻盐水、蒸吸、石灰等工序的负荷,达到盐、石、氨、汽、电、水充分利用和节约的目的。

我司在新增碳化塔建设中,经过充分调研,向中国成达工程公司采购了先进的筛板结构技术,从而放弃了传统的笠帽结构。新增的5台筛板碳化塔于2009年开始建设,并于2010年逐步投入生产,编号为5#～9#碳化塔。我司重碱车间老碳化塔为笠帽异径塔结构,塔内用于气液分布的部件是铸铁笠帽,于1994年2月投入生产,至今已使用超过20年。在实际生产中,发现老碳化塔存在碳化尾气CO2含量偏高、重碱结晶状况不好,以及停塔后容易出红碱的情况。经检查发现,老碳化塔内部分笠帽由于使用时间较长,已出现相当严重的腐蚀,部分地方甚至出现破损或穿孔,已经失去作用,因此,对老碳化塔必须进行改造性大修。从开始使用筛板碳化塔以来,已经陆续完成四台碳化塔的技改,用筛板替代笠帽作为气液分布部件,目前已改造的筛板塔编号为0#、1#、2#、4#碳化塔,至今只有3#碳化塔仍采用笠帽,其余碳化塔全为筛板碳化塔。筛板碳化塔操作初期按笠帽塔的操作方式,以后逐渐摸索出适合筛板塔的操作方法,在实践中我们积累了一些筛板碳化塔操作方面的经验。

1 筛板碳化塔的优点

1.1 生产能力大

碳化塔的能力是碳化塔选型的第一要素。实践证明,同样塔径的筛板塔和笠帽塔相比,筛板塔生产能力大10%～15%。总管尾气压力按50 kPa左右控制,制碱塔压稳定维持在0.29～0.31 MPa,比笠帽塔提高约0.01～0.02 MPa。相同放量下,筛板碳化塔的进气量比笠帽塔的少约1 000～1 500 Nm3/h。平均中段气用量6 000～7 000 Nm3/h,下段气量约3 100～3 500 Nm3/h,平均放量约70～75 m3/h,如25圈温度提高至58 ℃,中温可维持在60～62 ℃,比生产低负荷时(放量≤60 m3/h),提高约2 ℃。目前采用一段循环水冷却,即使在夏、秋季高温时节,出碱温度仍可维持在30～32 ℃。碳化转化率平均为75.4%,碳化转化率提高1%～2%。

1.2 吸收效率高

与笠帽塔相比,筛板碳化塔泡沫化良好,有较大的气液接触表面,有效抑制轴面的返混,径向混合好,塔板效率高约15%。在相同条件下,碳化尾气CO2含量可以下降2%～3%,相当于在60万t/a的纯碱生产能力下,可以减少石灰石消耗约3 t/h、块煤0.27 t/h。按年生产8 000 h计算,每年可减少石灰石消耗24 000 t、块煤2 160 t。

1.3 结晶质量好

筛板塔出碱液沉淀量50%左右,碱质较好,可以有效提高重碱滤饼的透水性,据经验数据估算,筛板碳化塔的重碱滤饼水分可以比笠帽碳化塔的重碱滤饼水分降低0.5%以上。按照年产60万t纯碱,重碱水分每下降1%,轻灰煅烧中压蒸汽消耗下降30 kg/t碱估算,仅此每年即可节省中压蒸汽消耗1.8万t。碳化尾气CO2含量为2%(用1/2H2SO4溶液简单除氨),尾气温度比笠帽塔的降低约6～8 ℃,这有利于降低尾气含氨。

1.4 塔清洗容易,不易出红碱

清洗塔的清洗气用量约4 000～5 000 Nm3/h,清洗效果较好。即使偶而延长作业时间,塔况仍能运行平稳,较少出现堵塔情况,适合高负荷生产。即使堵塔严重,倒换为清洗塔后,可以不进清洗气或中段气,直接用氨盐水清洗2～3 h后,就可正常进清洗气或中段气清洗,目前尚未出现需用蒸汽煮塔的情况。筛板塔部件设计采用TA2材质加工,不存在腐蚀破损问题,有利于解决碳化塔停塔后出红碱的问题,保证产品质量。同时,筛板的使用寿命长,如果加工质量能够保证,以后基本上不需要进行大修更换,有利于减少维护费用。

1.5 塔盘的造价较低,性价比高

由于碳化塔的内部结构和塔径有着较大的差异,因此也导致在投资上有很大的差异。显然,由于筛板塔的塔板数量在吸收反应段比笠帽塔减少1倍。筛板塔的投资要远远小于笠帽塔,有资料表明筛板塔的造价与笠帽塔相比可降低40%左右。

2 存在问题及解决

1)筛板塔的抗干扰性较差,操作弹性较小,调节气量的幅度不宜过大,操作难度相对较大。如25圈温度上升过快,中段气量不及时减少,则容易冒塔;且筛板碳化塔冒塔时尾气带液多,塔内产生气顶,塔压低至0.24 MPa,甚至无法出碱;碳化塔压提至正常需较长时间,需要大幅减气或短时间全减中、下段气量,然后加入额外多的中和水或氨盐水量,才能提起或恢复原有的塔压,对塔况影响较大,甚至干扰其它正常作业的制碱塔,不利生产的平稳与高产。操作要点:控制氨盐水中的氨盐比至1.13～1.16,控制合适进塔气量及中和水CO2含量,提高碳化塔压及尾气压力,降低入塔中和水温度,维持较高的单塔出碱量,采用以上措施后,碳化塔工况可做到长周期稳定生产。

2)筛板碳化塔不适宜低负荷生产,如出碱放量≤60 m3/h,或中、下段气浓度偏低时,则制碱塔的中部温度偏低(55～57 ℃),影响出碱质量,且积碱容易堵塔。相比原泡罩碳化塔的制碱温度控制,5#～9#筛板塔的制碱中温偏低约3～5 ℃(即使是满负荷,中温最高仅为62 ℃左右)。我司及时将此情况反映给筛板塔设计单位,经专家现场考察论证,通过改变筛板孔径及开孔率,取得了较好的效果,数据如表1。

表1 5#～9#筛板碳化塔塔盘规格

表2 0#、1#、2#、4#筛板碳化塔塔盘规格

在0#、1#、2#、4#筛板塔安装投用后,通过实际运行数据对比,相比5#～9#筛板碳化塔的温度控制,0#、1#、2#、4#筛板塔的制碱中温可高约2～4 ℃,即使单塔生产负荷偏低,其制碱塔的中温与笠帽塔相差无几,从而证实碳化塔设计单位对筛板孔径及开孔率的技改是比较成功的。