張杭，張建東

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津300450）

1 聯(lián)堿裝置碳化過(guò)程相關(guān)概念

1.1 介穩(wěn)區(qū)寬度

介穩(wěn)區(qū)寬度是指溶解度-溫度曲線上的飽和點(diǎn)到能自發(fā)成核的極限過(guò)飽和點(diǎn)之間的濃度區(qū)域即溶解度曲線和超溶解度曲線之間的區(qū)域。

1.2 二次晶核

二次晶核針對(duì)碳化塔內(nèi)的情況是指在結(jié)晶生成后，由于結(jié)晶和結(jié)晶之間，結(jié)晶和碳化塔壁之間，或者是結(jié)晶和冷卻水箱的水管表面的接觸碰撞而引發(fā)，或磨損、破碎而發(fā)生的晶核以及細(xì)小碎片。

1.3 過(guò)飽和度

過(guò)飽和是指溶液中溶質(zhì)的含量已經(jīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)飽和度，卻仍舊沒(méi)有晶體析出的現(xiàn)象。而過(guò)飽和度表示了溶液的過(guò)飽和程度。

1.4 碳化度

碳化度即溶液的碳酸化程度，即1當(dāng)量濃度的氨吸收了多少當(dāng)量濃度的二氧化碳，碳化度以百分?jǐn)?shù)表示。

2 聯(lián)堿裝置碳化過(guò)程中二次晶核概念、介穩(wěn)區(qū)寬度、懸浮液晶漿濃度與結(jié)晶質(zhì)量關(guān)系

2.1 二次晶核

我公司聯(lián)堿裝置碳化塔與其他大部分公司聯(lián)堿裝置碳化塔運(yùn)行情況一致，制堿塔中細(xì)小結(jié)晶的數(shù)量隨著塔中氣速的提高而增多，對(duì)于該類碳化塔，塔中細(xì)小結(jié)晶的數(shù)量除了隨著懸浮液晶漿濃度的提高而增加之外，還與塔中氣固液三相的湍動(dòng)條件有關(guān)，表現(xiàn)為塔底空塔氣速高時(shí)，塔中細(xì)小結(jié)晶數(shù)量大。

二次晶核的發(fā)生量以及發(fā)生程度與結(jié)晶段和冷卻段的接觸面積有關(guān)，即存在的可能導(dǎo)致結(jié)晶與之發(fā)生碰撞的表面積越大，理論上發(fā)生二次晶核的發(fā)生量和發(fā)生程度越高。區(qū)別于外冷碳化塔，我公司碳化塔為塔內(nèi)冷卻形式，結(jié)晶段下部設(shè)置了冷卻段，采用冷卻循環(huán)水進(jìn)行間接冷卻，冷卻水箱中設(shè)置了大量冷卻水小管，導(dǎo)致冷卻段塔內(nèi)容積大幅減小，冷卻段可與結(jié)晶發(fā)生碰撞的表面積大大增加，同時(shí)大大增加了塔中的實(shí)際氣速，加劇了塔內(nèi)物料的湍動(dòng)程度。在冷卻段結(jié)晶顆粒大量成長(zhǎng)，但由于碰撞和氣流的剪切作用，大量大顆粒的結(jié)晶破碎為大量細(xì)小結(jié)晶，導(dǎo)致懸浮液晶漿密度升高，這就是體現(xiàn)在我公司碳化塔內(nèi)比較典型的二次晶核現(xiàn)象。

我公司實(shí)際生產(chǎn)中，碳化塔二段進(jìn)氣較一段進(jìn)氣的結(jié)晶粒徑大，即適當(dāng)提高中段進(jìn)氣的CO2濃度對(duì)于增大NaHCO3結(jié)晶粒度是有促進(jìn)作用的。在結(jié)晶段，溶液已達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，此時(shí)需要吸收足夠的CO2，保證析出足夠量的NaHCO3以供晶核成長(zhǎng)。對(duì)于我公司碳化塔，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證結(jié)晶段有較好的結(jié)晶成長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)于中段氣的引入量是有一定控制的，既要一定程度上滿足晶核析出的CO2需求，又要防止大量引入中段氣，導(dǎo)致氣速過(guò)大，致使剛剛形成的大顆粒晶核被氣流剪切后又破碎為細(xì)小晶核。這一過(guò)程的把控需參考結(jié)晶沉降時(shí)間，根據(jù)不同工況，不同結(jié)晶質(zhì)量來(lái)靈活掌握，并非是一成不變的。

在碳化塔冷卻段中，由于冷卻水的冷卻作用，導(dǎo)致大量結(jié)晶析出，同時(shí)冷卻段由于冷卻水小管的存在，導(dǎo)致該區(qū)域的塔內(nèi)容積較之結(jié)晶段迅速變小，同時(shí)增大了冷卻段的碰撞面積，一定程度上促進(jìn)的二次晶核的形成，此時(shí)需對(duì)冷卻水冷量進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免驟冷加劇細(xì)小結(jié)晶的生成，從而導(dǎo)致二次晶核的集中爆發(fā)。

2.2 介穩(wěn)區(qū)寬度

在溶液碳化度120%～140%范圍內(nèi)，隨著碳化度的增加，過(guò)飽和介穩(wěn)區(qū)寬度急劇下降，而且，在這范圍內(nèi)溶液碳化度對(duì)于過(guò)飽和介穩(wěn)區(qū)寬度的效應(yīng)要大大超過(guò)溫度的效應(yīng)。

例如臨界點(diǎn)溶液的碳化度在小于125%時(shí)，即使臨界點(diǎn)溫度達(dá)到60℃，NaHCO3結(jié)晶過(guò)飽和介穩(wěn)區(qū)寬度仍在9tt以上；而當(dāng)臨界點(diǎn)溶液的碳化度提高到140%時(shí)，臨界點(diǎn)溫度為30℃，過(guò)飽和介穩(wěn)區(qū)寬度卻不超過(guò)7tt。

這也是我公司碳化工序已經(jīng)提上日程的工作，待儀表等條件具備后，開(kāi)始逐步摸索預(yù)碳化度的合適范圍，既要更好的降低介穩(wěn)區(qū)寬度，也要避免預(yù)碳化過(guò)程中結(jié)晶及制堿塔菌帽層結(jié)晶造成塔器堵塞，影響生產(chǎn)。

2.3 懸浮液晶漿濃度

懸浮液晶漿濃度是近代鹽類溶液工業(yè)結(jié)晶過(guò)程主要的操作參數(shù)之一。早期結(jié)晶理論認(rèn)為，晶漿濃度低則結(jié)晶顆粒之間距離大，結(jié)晶物質(zhì)分子在未達(dá)到結(jié)晶顆粒表面時(shí)便析出成為新鮮晶核，導(dǎo)致產(chǎn)品粒度變?。痪{濃度過(guò)高則會(huì)出現(xiàn)“粥少僧多”大伙吃不飽現(xiàn)象，也會(huì)造成結(jié)晶長(zhǎng)不大的結(jié)果。對(duì)于二次晶核方面的研究將鹽類溶液工業(yè)結(jié)晶過(guò)程的研究推向了一個(gè)新階段。關(guān)于二次成核及其對(duì)碳化塔操作的影響，上文已經(jīng)介紹。在一定條件下二次晶核發(fā)生速率隨著懸浮液晶漿濃度的提高而增大，即產(chǎn)品結(jié)晶粒度將隨著晶漿濃度的增高而變小。

3 冷卻在碳化過(guò)程中的真實(shí)含義與冷卻碳化懸浮液的弊端

3.1 冷卻在碳化過(guò)程中的真實(shí)含義

NaHCO3在碳化液中的溶解度很低，且隨著溫度的下降，溶解度降幅不大，因此從NaHCO3結(jié)晶角度來(lái)看，結(jié)晶過(guò)程由于NaHCO3在堿溶液中的溶解度特性，過(guò)飽和度的產(chǎn)生并不主要依賴于冷卻降溫作用。但在工業(yè)生產(chǎn)中由于碳化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，按照化學(xué)反應(yīng)平衡的觀點(diǎn)，工藝過(guò)程必須設(shè)法將這部分反應(yīng)熱移走，控制過(guò)程終溫，以保證較高的MI轉(zhuǎn)化率和堿口固定銨濃度。另外移走反應(yīng)熱有利于CO2吸收效率的提高。

因此結(jié)晶和溫度控制應(yīng)分開(kāi)討論。在本文第二部分中已對(duì)結(jié)晶理論做了簡(jiǎn)單的分析，下面對(duì)于碳化塔的溫度控制做一個(gè)簡(jiǎn)單的探討。

3.2 冷卻碳化懸浮液的弊端

制堿塔實(shí)際操作中，由于冷卻小管間壁溫差較大，造成結(jié)疤現(xiàn)象，結(jié)疤會(huì)導(dǎo)致一些不良后果：

1）冷卻水箱的換熱效率下降，冷卻水消耗增加。在制堿塔后期，由于結(jié)疤嚴(yán)重，換熱效率低下，不得不加大冷卻水投量以穩(wěn)定終溫，末期塔比初期塔平均增加30%左右。

2）冷卻水管結(jié)疤惡化了制堿塔操作的三項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，包括堿口固定銨濃度、尾氣CO2濃度和重堿結(jié)晶粒度。

冷卻水管結(jié)疤后，冷卻效果下降，出堿溫上升，導(dǎo)致堿口固定銨下降，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，母液膨脹。冷卻段小管壁上結(jié)疤后，導(dǎo)致冷卻段容積進(jìn)一步縮小，導(dǎo)致塔內(nèi)氣速進(jìn)一步增大，CO2無(wú)法與溶液更充分的接觸，導(dǎo)致碳化塔下部的CO2吸收效率下降，從而增加了塔中上部的CO2吸收負(fù)荷，引起反應(yīng)臨界點(diǎn)上移，易造成尾氣CO2濃度升高，影響CO2消耗。由于制堿末期塔，水箱換熱效率大大下降，需要增加水量以保證出堿溫，正由于冷卻水量的增加和液相平均溫差提高，更加速了冷卻小管的結(jié)疤和新晶核的生成，因此，取出重堿結(jié)晶粒度變小的趨勢(shì)已無(wú)法扭轉(zhuǎn)。此時(shí)需要加強(qiáng)清洗工作，盡快將冷卻段的結(jié)疤清洗干凈，恢復(fù)碳化塔的生產(chǎn)能力，對(duì)于提升各項(xiàng)指標(biāo)的合格率大大有益。

4 渤化永利化工聯(lián)堿裝置目前取得的改造成果及后續(xù)待實(shí)施項(xiàng)目

為響應(yīng)渤化永利“公關(guān)創(chuàng)效、降本增收”的工作主題，堿業(yè)公司重堿黨支部作為優(yōu)秀黨支部的代表，積極發(fā)揮黨支部及黨員的先進(jìn)性，結(jié)合勞模工作室與廣大職工的力量，針對(duì)碳化工序進(jìn)行了一系列工藝改造，取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

4.1 已完成的工藝改造及實(shí)施效果

4.1.1 鼓風(fēng)機(jī)管線冷凝水引出項(xiàng)目

由于鼓風(fēng)機(jī)管線屬于真空系統(tǒng)管線，管線底部積存一定冷凝水，造成系統(tǒng)真空差偏大，影響裝置整體真空度，對(duì)帶式過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾效率、真空吸收塔及綜合回收塔的回收效果產(chǎn)生影響。該項(xiàng)目引入一臺(tái)臥式罐，將真空管線與臥式罐相連，利用排氣閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作，將真空管線內(nèi)冷凝水引入臥式罐及排放至凝水泵入口。該方案原理簡(jiǎn)單，類似于真空取樣瓶，施工難度低，效果明顯，為后期的帶式過(guò)濾機(jī)改造提供了基礎(chǔ)條件。

4.1.2 淡液蒸餾塔減蒸項(xiàng)目

由于淡液產(chǎn)生量較大，造成淡液蒸餾塔蒸量大，淡液蒸餾塔長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行，蒸汽消耗量增大。該項(xiàng)目將水質(zhì)較好的壓縮工序冷凝液改送至洗水桶作為洗水使用，與此同時(shí)減小了淡液蒸餾塔的運(yùn)行負(fù)荷，節(jié)約蒸汽。

4.2 目前正在實(shí)施的改造項(xiàng)目

四塔五清洗項(xiàng)目，該項(xiàng)目在四座清洗塔外，在非滿負(fù)荷狀態(tài)時(shí)對(duì)結(jié)疤嚴(yán)重的碳化塔利用多進(jìn)AII進(jìn)行塔內(nèi)循環(huán)清洗。

目前正在試驗(yàn)階段，已完成#16碳化塔清洗工作，清洗效果良好，正在清洗#17碳化塔。后面陸續(xù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的工藝改造，配備一臺(tái)自調(diào)閥，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)精準(zhǔn)操作。

4.3 后續(xù)工作計(jì)劃

4.3.1 帶式過(guò)濾機(jī)下堿分布器改造項(xiàng)目

對(duì)目前的下堿裝置進(jìn)行改造，優(yōu)化下堿分布器，使帶機(jī)下堿液均勻分布，提高下堿液平衡性，減小下堿液前沖距離，達(dá)到平緩均勻下堿目的的同時(shí)也會(huì)相應(yīng)的小幅提高帶機(jī)過(guò)濾能力。

4.3.2 帶式過(guò)濾機(jī)下堿擋板調(diào)整項(xiàng)目

在現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行情況中發(fā)現(xiàn)，帶機(jī)下堿液前沖距離較長(zhǎng)，造成南北兩側(cè)吸液不均勻，一邊很早就完全吸收，另一邊會(huì)沖過(guò)擋板。根據(jù)此情況考慮在老擋板前新增一條擋板，用以平衡下堿液分布，充分利用真空將下堿液吸收，減小下堿液整體前沖距離。由于目前考慮下堿分布器的引入，因此在引入下堿分布器后，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察評(píng)估，確定是否需要將下堿液擋板移位或新增。

4.3.3 過(guò)濾尾氣分離器引入旋流器項(xiàng)目

由于過(guò)濾尾氣分離器真空管線為切向進(jìn)入罐體，因此在分離器內(nèi)部形成類似漩渦狀流動(dòng)狀態(tài)，且分離器底部構(gòu)造迅速趨于平緩，上部被真空作用，下液不暢，真空管下部積液，致使真空管內(nèi)液面偏高，造成實(shí)際作用在濾餅上的真空降低，對(duì)生產(chǎn)造成影響。

擬增加漩流阻斷裝置置于分離器內(nèi)部，破壞漩流狀態(tài)，緩解上述問(wèn)題。

4.4 針對(duì)“公關(guān)創(chuàng)效、降本增收”的工作主題，暢想今后的工作方向

4.4.1 濕重堿預(yù)干燥項(xiàng)目

受“鼓風(fēng)機(jī)管線冷凝水引出項(xiàng)目”的啟發(fā)，在化工生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)良好效益的項(xiàng)目并非那么“高大上”，而是要立足現(xiàn)場(chǎng)，貼近實(shí)際，以最簡(jiǎn)單的原理，最小的投入，獲取最大的回報(bào)。因此在參考了相關(guān)文獻(xiàn)后，“濕重堿預(yù)干燥項(xiàng)目”漸漸浮出水面。

煅燒爐運(yùn)行現(xiàn)狀：我公司帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾后，重堿水份約為14%，經(jīng)過(guò)皮帶輸送進(jìn)入煅燒爐煅燒制堿，但煅燒爐對(duì)于進(jìn)入爐體的重堿水份要求要小于8%，這里就需要引入“返堿”裝置，將已經(jīng)干燥過(guò)的重堿二次送進(jìn)煅燒爐，與新重堿混合，使整體水份小于8%，從而完成煅燒操作。

濕重堿預(yù)干燥項(xiàng)目：在帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾重堿后，進(jìn)入煅燒爐前引入濕重堿預(yù)干燥系統(tǒng)。皮帶將重堿送至立式干燥管下部，被底部來(lái)的熱氣流分散并吹入干燥管，在與熱氣流接觸中重堿水份被脫除，高度脫水后的重堿被送入到煅燒爐進(jìn)行煅燒操作。在找到合適的熱氣源前，可暫以煅燒一閃二閃蒸汽替代，雖然針對(duì)脫水過(guò)程在節(jié)能方面沒(méi)有明顯下降，但此舉的重大意義在于預(yù)干燥后的重堿水份可以降到1%～2%，完全具備進(jìn)入煅燒爐的條件，以至“返堿”裝置可以取消，從而提高煅燒爐的生產(chǎn)能力。

后期尋找到合適的熱氣源，對(duì)于節(jié)約蒸汽也是相當(dāng)可觀的。

4.4.2 銨堿比

根據(jù)相關(guān)資料研究成果，當(dāng)純堿鹽份0.5%～0.7%時(shí)，銨堿比在1.10～1.13之間。

我公司近兩年銨堿比基本在1.0左右，理論上氯化銨產(chǎn)量可以有所提高，產(chǎn)量提升的同時(shí)，不但單噸能耗下降，也給母液膨脹減少一定壓力。

4.5 企業(yè)管理模式的更新?lián)Q代

我公司正在積極推進(jìn)“阿米巴經(jīng)營(yíng)管理模式”，原來(lái)的管理模式類似“火車”，火車跑得快，全靠車頭帶，所有動(dòng)力來(lái)源于車頭；阿米巴模式類似“動(dòng)車”，每一節(jié)車廂都有動(dòng)力裝置，車頭只負(fù)責(zé)把握方向，該模式最主要的特點(diǎn)是充分調(diào)動(dòng)起每一名職工的積極性，讓每一名職工都成為生產(chǎn)的主角。

該管理模式充分體現(xiàn)了“多勞多得、少勞少得、不勞不得”的理念，讓每一名職工樹(shù)立“工資是掙出來(lái)的”觀念，積極地投身到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，為“公關(guān)創(chuàng)效、降本增收”這個(gè)主題獻(xiàn)言獻(xiàn)策，使整個(gè)部門(mén)乃至整個(gè)公司成為一個(gè)“命運(yùn)共同體”。

5 結(jié)語(yǔ)

聯(lián)堿生產(chǎn)中，影響結(jié)晶質(zhì)量的因素：

1）過(guò)飽和度和介穩(wěn)區(qū)寬度對(duì)結(jié)晶質(zhì)量的影響；

2）二次晶核在冷卻段的主控地位與結(jié)晶質(zhì)量的關(guān)系；

3）懸浮液晶漿濃度與結(jié)晶質(zhì)量的關(guān)系；

4）碳化塔冷卻的真實(shí)含義。

針對(duì)以上理論，結(jié)合我公司實(shí)際生產(chǎn)情況，為未來(lái)的工藝技術(shù)改造指明了方向，為后續(xù)的工作確立了目標(biāo)。

作為中國(guó)化學(xué)工業(yè)的搖籃，作為聯(lián)合制堿法的發(fā)源地，天津渤化永利化工股份有限公司在節(jié)能降耗的同時(shí)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素做出全面準(zhǔn)確的分析是重要的基礎(chǔ)工作，明確方向，探究深層次理論依據(jù)顯得尤為重要。“理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐檢驗(yàn)理論”這些理論經(jīng)驗(yàn)是歷代永利人傳承的寶貴財(cái)富。在今后的生產(chǎn)中我們還將繼續(xù)加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，發(fā)揮黨員帶頭作用，調(diào)動(dòng)職工的積極性，充分發(fā)揮集體的智慧，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，向節(jié)能要效益。為永利化工的騰飛，為中國(guó)化工的崛起貢獻(xiàn)一份綿薄之力。