朱愛民

（中鹽德邦（江蘇）化工股份有限公司，江蘇 連云港 222002）

1 項(xiàng)目建設(shè)的背景

德邦公司目前在安徽淮南聯(lián)堿裝置能力為30萬t／a，系統(tǒng)采用加壓變換氣制堿，同時(shí)結(jié)合常壓爐氣制堿。變換氣加壓制堿采用變換氣進(jìn)入制堿塔直接碳化，制堿塔尾氣進(jìn)入清洗塔進(jìn)行清洗，作業(yè)周期與清洗周期可以根據(jù)生產(chǎn)情況自由調(diào)整的工藝。此種變換氣制堿工藝是我國獨(dú)創(chuàng)的聯(lián)堿流程，其節(jié)能和節(jié)省投資的效果是十分顯著的，我公司一直以來堅(jiān)持采用加壓變換氣制堿技術(shù)，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。我公司變換氣制堿設(shè)備采用內(nèi)冷式索爾維碳化塔，原變換氣制堿塔型號(hào)為φ2.2／φ2.4×24.6m，單塔日生產(chǎn)能力為80t／d·塔；常壓爐氣碳化塔采用的是外冷式碳化塔，塔的型號(hào)為φ2.2×28.9m，單塔日生產(chǎn)能力為，75t／d·塔。隨著生產(chǎn)能力的增加，不管是變換氣制堿塔，還是外冷碳化塔，都不能滿足生產(chǎn)的要求，因此對(duì)變換氣制堿及常壓爐氣系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造。

2 設(shè)備選型及核心設(shè)備改造方案

碳化系統(tǒng)技術(shù)改造涉及的主要設(shè)備包括變換氣碳化塔、常壓爐氣碳化塔、中和泵、AⅡ液泵、稠厚設(shè)備及尾氣凈化系統(tǒng)設(shè)備。核心設(shè)備變換氣碳化塔及常壓爐氣碳化塔主要由我公司自行設(shè)計(jì)。

2.1 加壓碳化塔

將φ2.2／φ2.4×24.6m 改造為φ2.2／φ2.7×26.4m，額定工作壓力為1.1MPa，設(shè)計(jì)壓力1.3 MPa，換熱面積537m2，全容積123m3，單塔產(chǎn)能120t／d·塔，上部笠帽24個(gè)，下部笠帽9個(gè)。對(duì)碳化塔重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，針對(duì)碳化塔不同高度，設(shè)計(jì)了笠帽的不同開孔率，同時(shí)考慮合適的氣相及固相流道，計(jì)算流通通道的具體尺寸。同時(shí)考慮單塔負(fù)荷的增加，調(diào)整了冷卻水箱布管型式及冷卻水箱數(shù)量。

2.2 常壓爐氣碳化塔

原來采用的是φ2.2×28.9m外冷式碳化塔，碳化結(jié)晶質(zhì)量較差。在這次改造中淘汰了3臺(tái)外冷式碳化塔，采用公司自主設(shè)計(jì)φ3.0／φ3.5×30.7m異徑內(nèi)冷式常壓碳化塔。設(shè)計(jì)額定工作壓力為0.5 MPa，設(shè)計(jì)壓力0.6MPa，換熱面積1 564m2，全容積244m3，設(shè)計(jì)單塔產(chǎn)能200t／d·塔，上部笠帽24個(gè)，下部笠帽8個(gè)。由于采用爐氣制堿，同時(shí)使用空氣進(jìn)行清洗，故我公司對(duì)常壓爐氣碳化塔進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算了碳化塔總高度，同時(shí)設(shè)計(jì)了合適的反應(yīng)凈化段及結(jié)晶冷卻段，通過計(jì)算不同笠帽采用的不同的開孔率，以達(dá)到最佳的清洗效果。同時(shí)考慮合適的氣相及固相流道，計(jì)算出流通通道的具體尺寸。根據(jù)單塔負(fù)荷的具體情況，采用h＝1 250mm高水箱，調(diào)整冷卻水箱布管型式，以適應(yīng)大負(fù)荷的要求。同時(shí)根據(jù)碳化塔具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了底部氣體分布器，解決底部堆堿的問題。

2.3 中和泵及氨Ⅱ泵

均選用既耐腐蝕又耐沖刷的堿液泵。中和泵型號(hào)IJ125－80－250A技術(shù)參數(shù)流量Q＝135m3／h，揚(yáng)程H＝66m；氨Ⅱ泵型號(hào)IJ125－100－315技術(shù)參數(shù)流量Q＝200m3／h，揚(yáng)程H＝125m。

2.4 旋液分離器

變換氣加壓碳化塔取出的固液比為25%左右，直接進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)勢(shì)必增加濾堿機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，所以本改造采用φ380×1 904旋液分離器進(jìn)行稠厚，可以有效提高稠厚后的固液比至32%左右。

2.5 尾氣凈化塔

選用φ2.8×24.7m泡罩式吸收塔，采用三級(jí)凈氨，一級(jí)采用冷AⅠ，二級(jí)采用淡液（回收蒸氨殘液），三級(jí)采用軟水，逐級(jí)進(jìn)行洗滌吸收，將回合成高壓機(jī)三段入口的氨含量降低到0.2%以下。

改造前后設(shè)備變化見表1。

表1 改造前后主要設(shè)備一覽表

3 項(xiàng)目投資情況

碳化系統(tǒng)改造總投資為：1 950萬元，其中

設(shè)備費(fèi)用：480萬元

安裝材料費(fèi)用：1210萬元

土建：25萬元

防腐保溫：85萬元

電器及儀表：140萬元

其它費(fèi)用：10萬元

4 項(xiàng)目運(yùn)行情況

碳化系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)能力，部分關(guān)鍵指標(biāo)超過了原設(shè)計(jì)參數(shù)。碳化塔三點(diǎn)溫度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)溫度，尤其中部反應(yīng)溫度高達(dá)66.4℃。無論從碳化塔的產(chǎn)能、制堿運(yùn)行周期、碳化轉(zhuǎn)化率，還是碳化取出結(jié)晶質(zhì)量、洗水當(dāng)量、噸堿氨耗各方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的內(nèi)冷式索爾維碳化塔，也優(yōu)于國內(nèi)其他類型碳化塔各項(xiàng)參數(shù)。具體運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2 大型加壓碳化塔、常壓爐氣碳化塔運(yùn)行數(shù)據(jù)一覽表

4.1 碳化塔生產(chǎn)能力

1）加壓變換氣碳化塔：根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)塔AⅡ母液及取出母液成分核算，德邦公司噸堿母液當(dāng)量在9.2～9.5m3／t堿，進(jìn)塔 AⅡ流量在51～56m3／h，單塔生產(chǎn)能力135t／d·臺(tái)。原加壓碳化塔生產(chǎn)能力為80t／d·臺(tái)，大型塔能力是原來加壓碳化塔的1.69倍，產(chǎn)能提升69%左右。

2）常壓爐氣碳化塔：根據(jù)目前進(jìn)塔AⅡ母液及取出母液成分核算，淮南公司噸堿母液當(dāng)量在9.2～9.5m3／t堿，進(jìn)塔AⅡ流量在95～100m3／h，單塔生產(chǎn)能力253t／d·臺(tái)。因此從以上查定數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù)，自主設(shè)計(jì)的內(nèi)冷式常壓碳化塔，單塔生產(chǎn)能力超過原設(shè)計(jì)能力（200t／d·臺(tái)）25%～28%，是原有的外冷式碳化塔（75t／d·臺(tái)）產(chǎn)能的3.4倍，實(shí)現(xiàn)了常壓爐氣塔的大型化。

4.2 碳化塔制堿、清洗周期及清洗效果

根據(jù)碳化塔投入使用來看，單塔制堿運(yùn)行周期采用的是48h（結(jié)晶質(zhì)量、碳化轉(zhuǎn)化率均較好情況下），清洗周期在24h情況下，均能徹底清洗好碳化塔。目前投入使用后6個(gè)月，在未發(fā)生事故狀態(tài)下未進(jìn)行煮塔作業(yè)。由表2可以看出，進(jìn)塔清洗的AⅡ液CO2濃度為17.2tt，大大提高了碳化塔的溶疤能力，溶疤速度也得到提高。改造前AⅡ液CO2濃度為22tt，碳化塔結(jié)疤溶解度為25g／L；改造后結(jié)疤，溶解度為43g／L，相當(dāng)于改造前的2倍，溶解速度常數(shù)達(dá)到0.85cm／h，是改造前1.3倍。

4.3 碳化轉(zhuǎn)化率

根據(jù)以上查定數(shù)據(jù)可以看出，無論是加壓變換氣碳化塔還是內(nèi)冷式常壓爐氣碳化塔，碳酸化后出堿液CNH3基本均在86.4tt以上，最高能達(dá)到87.6tt，平均86.6tt，進(jìn)塔AⅡ液固定銨38.2～40 tt，取出液固定銨增量能達(dá)到46～47.6tt，與原加壓碳化塔固定銨增量40～42tt相比較，增量提高了15%～20%，優(yōu)于國內(nèi)同行業(yè)固定銨增量40～43 tt，系統(tǒng)母液噸堿當(dāng)量下降了15%～20%，大大降低了系統(tǒng)的電耗。

4.4 碳化重堿結(jié)晶情況

1）加壓變換氣碳化塔：依據(jù)表2可以看出，在變換氣碳化塔作業(yè)初期，取出液沉降時(shí)間基本在50s以下，取出固液比25%～30%，旋液后在50%以上；碳化塔作業(yè)到24h，取出液沉降時(shí)間也在62s，取出固液比旋液后在超過50%；當(dāng)碳化塔作業(yè)到48h以上時(shí)，取出液沉降時(shí)間也在60～70s，取出固液比旋液后超過50%；從以上數(shù)據(jù)可以看出，碳化塔重堿的結(jié)晶質(zhì)量非常好，取出液的固液比超過25%，經(jīng)過稠厚裝置進(jìn)一步稠厚，可以提高濾堿機(jī)的生產(chǎn)能力。

2）常壓爐氣碳化塔：依據(jù)表2，在常壓碳化塔作業(yè)初期，取出液沉降時(shí)間基本在40s以下，取出固液比也在30%以上；碳化塔作業(yè)到24h時(shí)，取出液沉降時(shí)間也在60s，取出固液比超過30%；當(dāng)碳化塔作業(yè)到48h以上時(shí)，取出液沉降時(shí)間也在65～75 s，取出固液比超過30%；從以上數(shù)據(jù)可以看出，碳化塔重堿的結(jié)晶質(zhì)量非常好，取出液固液比超過30%，可以不經(jīng)過稠厚裝置，直接進(jìn)入取出槽及濾堿機(jī)分離。

4.5 濾過洗水當(dāng)量、重堿水分及消耗情況

在碳化系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造前，系統(tǒng)的洗水當(dāng)量在700kg／t堿，母液系統(tǒng)呈現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，在改造后，系統(tǒng)的洗水當(dāng)量降低到650～670kg／t堿，系統(tǒng)母液連續(xù)收縮，每天大約收縮60～90m3，目前淮南公司各類含氨廢水全部進(jìn)入系統(tǒng)，同時(shí)間斷停掉蒸氨系統(tǒng)，冷凝液基本作為配制母液使用，這也降低了系統(tǒng)蒸汽消耗。重堿水分在本碳化系統(tǒng)改造后有所下降，從原來的18.5%下降到17%～17.5%，水分下降約1%～1.5%。同時(shí)公司主要消耗指標(biāo)均得到優(yōu)化，噸堿氨耗328kg／t堿，較改造前332kg／t堿下降 4kg／t堿。噸堿鹽耗由1 200kg／t堿下降到1 150kg／t堿，下降了50kg／t堿。具體經(jīng)濟(jì)消耗指標(biāo)見表3。

表3 大型碳化塔運(yùn)行數(shù)據(jù)一覽表

5 項(xiàng)目存在問題及擬采取的措施

5.1 爐氣壓力較低，影響碳化反應(yīng)平衡分壓

本次技術(shù)改造未對(duì)爐氣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，仍然配套原有的往復(fù)式爐氣壓縮機(jī)，壓縮機(jī)排氣壓力在0.38MPa，爐氣常壓塔進(jìn)氣壓力只有0.33MPa，這樣在爐氣濃度得不到提高的情況下，碳化反應(yīng)的平衡分壓不足，一定程度上影響碳化的轉(zhuǎn)化率。針對(duì)以上問題可以將壓縮機(jī)更新為0.6MPa壓力等級(jí)的螺桿式或離心式壓縮機(jī)，或者在原有往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)口增加提壓設(shè)備。

5.2 中段氣未投入使用

無論是變換氣加壓塔還是常壓爐氣塔，中段氣未投入使用，這多少會(huì)影響碳化塔的產(chǎn)能。建議增加中段氣進(jìn)氣管線，積累中段氣運(yùn)行數(shù)據(jù)。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

本技術(shù)改造項(xiàng)目投入生產(chǎn)使用后，碳化系統(tǒng)洗水當(dāng)量降低到650～670kg／t堿，母液系統(tǒng)連續(xù)收縮，含氨廢水全部進(jìn)入系統(tǒng)。噸堿氨耗降低4kg／t堿，噸堿鹽耗下降了50kg／t堿，由于碳化結(jié)晶質(zhì)量提高，重堿水分在本碳化系統(tǒng)改造后下降約1%，同時(shí)由于系統(tǒng)每天收縮母液約80m3，系統(tǒng)采用間斷停掉蒸氨系統(tǒng)，冷凝液母液配制使用，這也降低蒸氨系統(tǒng)蒸汽消耗，碳化系統(tǒng)改造后新產(chǎn)生的年經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)約1 756萬元。如果扣除系統(tǒng)固定資產(chǎn)折舊、系統(tǒng)運(yùn)行的費(fèi)用及其他各項(xiàng)費(fèi)用，1.2年即可回收全部投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］ 陳學(xué)勤.氨堿法純堿工藝［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1989

［2］ 韓行治.聯(lián)合制堿法［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1989

［3］ 王楚.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995