優(yōu)化工藝操作管理 提高碳化液總氯

袁 江

（連云港堿廠，江蘇連云港 222042）

優(yōu)化工藝操作管理 提高碳化液總氯

袁 江

（連云港堿廠，江蘇連云港 222042）

闡述優(yōu)化鹽水制備、吸收塔進(jìn)氣溫度控制、冷卻設(shè)備維護(hù)等方面的工藝操作管理，提高碳化液總氯，以達(dá)到增產(chǎn)降耗的目的。

碳化液；濃度；優(yōu)化；控制

在氨堿法生產(chǎn)中，提高反應(yīng)物濃度，能推動(dòng)碳化平衡向正方向移動(dòng)，提高Na HCO3產(chǎn)量和氯化鈉轉(zhuǎn)化率，作為反應(yīng)物之一的氯化鈉濃度較其它反應(yīng)物來說，在生產(chǎn)中，又受到諸多因素的影響。正常情況下，氨鹽水TCl－（總氯）控制在86.5～90 tt，這樣的指標(biāo)能較好地滿足生產(chǎn)需要。為了提高碳化液TCl－，本文從鹽水制備、吸收塔進(jìn)氣溫度控制、冷卻設(shè)備維護(hù)等方面進(jìn)行了論述和分析，并提出技術(shù)改造建議。

1 氨鹽水制備及碳酸化流程簡述

從江蘇石油公司輸送來的鹵水（NaCl含量為295 kg／m3）經(jīng)蒸餾循環(huán)冷卻出水間接加熱后送入化鹽桶，再加入原鹽（NaCl含量為92%）得到粗鹽水，然后在粗鹽水中加入石灰乳和純堿液，除去粗鹽水中的鎂、鈣離子，經(jīng)澄清得到精鹽水；精鹽水送至碳化凈氨塔和吸收尾氣凈氨塔，吸收尾氣中少量的NH3和CO2，得到淡氨鹽水；淡氨鹽水送到吸收塔吸氨，得到氨鹽水；氨鹽水送到碳化塔與壓縮來的CO2進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，制得Na HCO3懸浮液。

2 優(yōu)化鹽水工序控制，提高鹽水濃度

鹽水制備及精制工序的任務(wù)是制備符合吸氨和碳化工序要求的精鹽水。鹽水精制過程主要是除去鹽水中的鈣、鎂離子及泥砂，從而達(dá)到提高純堿品質(zhì)、減少吸氨過程中塔器和管道的結(jié)疤，并減少生產(chǎn)過程中氨、鹽損失。在鹽水制備及精制過程中，其工藝控制的優(yōu)劣直接影響了精鹽水TCl－的高低。

2.1 優(yōu)化化鹽工序控制，提高粗鹽水濃度

原鹽經(jīng)化鹽皮帶自化鹽桶上方進(jìn)入和淡鹽水泵送來的淡鹽水、經(jīng)換熱器加熱的鹵水逆流接觸（水從化鹽桶下方加入），將原鹽溶解成飽和的粗鹽水，經(jīng)粗鹽水流槽進(jìn)入粗鹽水貯槽，粗鹽水經(jīng)泵送至精制崗位除鎂反應(yīng)器。

為了提高并保證粗鹽水TCl－，一方面要合理控制好加水量和上鹽量，維持化鹽桶的鹽層料位在液面以下1 m之內(nèi)，保證鹽水達(dá)到飽和狀態(tài)；另一方面，要控制好化鹽桶出水溫度在38～44℃。根據(jù)溶液溶解度的變化規(guī)律，互不起化學(xué)反應(yīng)的溶質(zhì)共溶于同一溶液內(nèi)，其各自的溶解度比單獨(dú)溶解時(shí)的溶解度小，由于粗鹽水中因鹵水帶入的SO2－4，因此NaCl的溶解度略有下降，粗鹽水的TCl－≥105.5 tt。

氯化鈉易溶于水，其溶解熱為－4.9 kJ／mol，溶解過程為吸熱反應(yīng)，當(dāng)制成飽和溶液時(shí)，可使溶液溫度降低；另外，氯化鈉的溶解度隨著溫度升高而呈緩慢上升趨勢，見表1。

表1 氯化鈉飽和溶液在不同溫度時(shí)的濃度

從表1可以看出，氯化鈉飽和溶液從25℃上升至40℃時(shí)，溶液濃度上升了0.86 tt，即氯化鈉飽和溶液溫度平均每上升1℃，濃度平均上升約0.06 tt。另外，在純堿生產(chǎn)中，粗鹽水中還溶有SO2－4、Ca2＋、Mg2＋等離子，根據(jù)同離子效應(yīng)，氯化鈉的溶解度會(huì)略有下降。

因此在生產(chǎn)中，如化鹽桶出水溫度低于規(guī)定范圍，會(huì)直接造成粗鹽水TCl－的下降。比如2012年2月6日～2月12日，期間化鹽桶出水溫度平均降至26℃時(shí)，造成了相關(guān)指標(biāo)的TCl－及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的變化，見表2。

表2 相關(guān)指標(biāo)平均值對(duì)比

從表2可以看出，與2011年同期相比，粗鹽水溫度平均下降10.17℃，粗鹽水TCl－平均下降0.63 tt，進(jìn)而導(dǎo)致精鹽水、氨鹽水、出堿液的TCl－及碳化轉(zhuǎn)化率指標(biāo)平均值的下降，噸堿鹽耗平均上升15 kg。

經(jīng)生產(chǎn)分析，造成以上工藝指標(biāo)出現(xiàn)波動(dòng)的原因是因?yàn)?012年2月份，正值寒冬，鹵水溫度較低；另外純堿市場下滑，企業(yè)響應(yīng)純堿經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體的要求，壓降生產(chǎn)負(fù)荷20%，故化鹽用的鹵水量能完全滿足生產(chǎn)需要，無法像平常那樣摻兌熱淡水（溫度高達(dá)60℃左右），因此造成當(dāng)前化鹽桶出水溫度出現(xiàn)較大幅度的下降?？梢?，一旦純堿市場復(fù)蘇，生產(chǎn)負(fù)荷恢復(fù)正常時(shí)，這個(gè)問題可基本能夠解決。

2.2 優(yōu)化精制工序控制，提高精鹽水濃度

將灰乳和純堿液按一定比例混合，送入苛化槽，經(jīng)攪拌使其充分混合反應(yīng)制得合格的苛化液，由苛化泵送至精制崗位的鎂反應(yīng)器混合，經(jīng)攪拌后，自流入鈣反應(yīng)器，經(jīng)過充分反應(yīng)，自流入曲徑槽。鈣、鎂反應(yīng)器底部定時(shí)放砂至泥漿槽。苛化鹽水經(jīng)曲徑槽流入澄清桶，在曲徑槽內(nèi)加入適量的助沉劑，清液由澄清桶上部溢流至精鹽水槽，鹽泥由底部排出?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：

苛化反應(yīng)：

從上面反應(yīng)可以看出，為保證精鹽水的TCl－濃度，主要是控制好灰乳和純堿液的濃度，一般地，灰乳濃度控制在160～170 tt（ACaO），純堿液中的Na2CO3濃度控制在55～70 tt、Na HCO3濃度控制在30 tt以下。

用灰乳和純堿液配制的苛化液有效成份為Na2CO3和NaOH，其濃度分別為15～40 tt和20～40 tt。當(dāng)苛化液先后進(jìn)入鎂、鈣反應(yīng)器，進(jìn)行除鎂和除鈣后，苛化鹽水中過量NaOH控制在0.06～0.18 tt，過量Na2CO3控制在0.08～0.3 tt；苛化鹽水中Mg2＋≤0.015 tt，Ca2＋≤0.02 tt。如果灰乳和純堿液的濃度控制較低，會(huì)加大苛化液用量，稀釋了苛化鹽水，降低苛化鹽水濃度（合格的苛化鹽水TCl－≥103.5 tt），最終降低精鹽水濃度。因此，適當(dāng)提高灰乳和純堿液的濃度，能有效保證精鹽水濃度，這樣，精鹽水的TCl－≥103.5 tt，溫度為40℃左右。

精鹽水溫度之所以控制在40℃左右，有兩個(gè)原因：一是流體粘度與溫度有關(guān)，一般溫度越高，則流體粘度越小。因此在鹽水精制工序中，為降低鹽水粘度，加速澄清桶中的固體顆粒沉降，就要求提高鹽水溫度，故維持粗鹽水溫度在38～44℃十分重要。二是在吸收工序，如溫度過高，會(huì)造成精鹽水對(duì)氨的吸收不完全，上部可發(fā)生氨的解吸，精鹽水失去調(diào)節(jié)塔溫及洗滌的作用，如溫度過低，可使液體流經(jīng)的關(guān)鍵部位有鹽結(jié)晶析出。

3 優(yōu)化蒸餾出氣的冷凝控制，適當(dāng)降低吸收進(jìn)氣溫度

3.1 吸收系統(tǒng)流程簡述

精鹽水的一小部分送至吸收凈氨塔，逆流洗滌吸收尾氣中的NH3和CO2，然后流入淡氨鹽水桶與從碳化尾氣凈氨塔來的淡氨鹽水（精鹽水洗滌碳化尾氣）匯合，淡氨鹽水經(jīng)鈦板換熱器冷卻后，進(jìn)入吸收塔上部洗滌段，洗滌從底部上來的氣態(tài)NH3和CO2，液體下流進(jìn)入吸收塔冷卻吸收段，與管程內(nèi)的循環(huán)水換熱，經(jīng)吸收冷卻后，制成熱氨鹽水，最后，熱氨鹽水經(jīng)鈦板換熱器冷卻后制成合格的冷氨鹽水，供碳化制堿使用。

2011年上半年，我廠淡液真空蒸餾吸收裝置投入運(yùn)行。它利用廢液閃發(fā)蒸汽（不足部分補(bǔ)充低壓汽），將來自煅燒和蒸氨系統(tǒng)冷凝液中的游離氨和二氧化碳在真空淡液塔中蒸出，并送到真空吸收塔，用淡氨鹽水吸收含氨混合氣體，制成半氨鹽水輸送到老系統(tǒng)吸收制備氨鹽水。從真空淡液蒸餾塔出來的氣態(tài)NH3、CO2經(jīng)塔頂冷卻水箱冷卻后和淡氨鹽水泵送來的淡氨鹽水由頂部進(jìn)入真空吸收塔，在塔內(nèi)自上而下，氣液并流吸收。吸收后的尾氣從真空吸收塔的下部引出，經(jīng)真空凈氨塔凈氨后通過濾過真空機(jī)外排。從真空吸收塔自流下來的半氨鹽水進(jìn)入半氨鹽水桶，經(jīng)半氨鹽水泵輸送到淡氨鹽水泵出口總管。精鹽水進(jìn)入真空凈氨塔，吸氨后進(jìn)半氨鹽水泵入口。

3.2 優(yōu)化控制吸收塔進(jìn)氣溫度的作用與方法

3.2.1 吸收塔進(jìn)氣溫度的影響

從蒸氨工序出來的氣汽混合氣，混合氣中主要含氣態(tài)NH3和CO2，另外還夾帶一定量的水蒸汽，混合氣溫度越高，水蒸汽含量就越高，在62～65℃時(shí)，進(jìn)氣中水汽含量約占21～23%（重量），進(jìn)入吸收塔冷凝成水，將氨鹽水稀釋，造成吸收塔制備的熱氨鹽水TCl－下降。因此必須適當(dāng)降低蒸餾出氣冷凝后的溫度（即吸收塔進(jìn)氣溫度），一般地，吸收塔進(jìn)氣溫度控制在60～65℃，如過高，不僅增加循環(huán)水的冷卻負(fù)荷，而且冷凝水會(huì)稀釋氨鹽水；如過低，則可形成銨的碳酸鹽結(jié)晶析出，堵塞冷凝設(shè)備。這樣，蒸氨工序出來的氣汽混合氣經(jīng)冷凝后進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)與淡氨鹽水逆流接觸，制得合格的熱氨鹽水，其TCl－≥86.5 tt。另外，真空淡液蒸餾塔出來的混合氣經(jīng)塔頂冷卻水箱冷卻后，其溫度控制在58～65℃。

在生產(chǎn)中，如吸收塔進(jìn)氣溫度高于規(guī)定范圍，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。比如，2012年1月2日～1月8日，期間有一臺(tái)蒸餾塔的氨冷器出現(xiàn)冷卻水泄漏，對(duì)上段進(jìn)出水進(jìn)行隔離，導(dǎo)致其冷卻效率的下降，造成吸收進(jìn)氣溫度的上升，進(jìn)氣溫度平均接近70℃，從而導(dǎo)致氨鹽水及出堿液TCl－平均值的下降，同時(shí)造成純堿日產(chǎn)量的下降和噸堿鹽耗的上升。經(jīng)工藝調(diào)整，將吸收進(jìn)氣溫度降下后，相關(guān)指標(biāo)基本恢復(fù)正常，見表3。

表3 相關(guān)指標(biāo)平均值對(duì)比

從表3可以看出，在吸收進(jìn)氣溫度較高的一周內(nèi)，進(jìn)氣溫度平均上升3.34℃，在精鹽水TCl－基本相同的情況下，氨鹽水TCl－平均值卻下降1.77 tt，進(jìn)而導(dǎo)致碳化工序相關(guān)指標(biāo)的下降，并造成純堿日產(chǎn)量平均下降452 t，噸堿鹽耗平均上升25 kg。

1）優(yōu)化蒸餾系統(tǒng)操作，保證冷卻溫度

3.2.2 優(yōu)化控制吸收塔進(jìn)氣溫度的方法

除了保證低壓蒸汽壓力維持在0.088～0.12 MPa外，還要控制好蒸餾塔各項(xiàng)溫度指標(biāo)：預(yù)熱母液溫度控制在91～97℃，中部溫度控制在90～100℃，塔頂出氣溫度控制在88℃以下。

另外，蒸餾出氣量要均勻分配于各氨冷器，如果氨冷器的出氣溫度過高，可以酌減蒸量或加開冷凝設(shè)備，保證氨冷器的出氣溫度控制在60～65℃。

2）優(yōu)化淡液真空蒸餾塔的操作，保證冷卻溫度

合理控制淡液真空蒸餾塔生產(chǎn)負(fù)荷，適當(dāng)控制進(jìn)汽溫度在82～102℃，合理調(diào)節(jié)冷卻水流量，塔頂出氣冷卻后溫度控制在58～65℃。

4 加強(qiáng)冷卻設(shè)備的維護(hù)檢查，防止冷卻水泄漏

在鹽水制備（鹵水化鹽前通過換熱器加熱）、蒸氨冷卻（氨冷器）、吸氨冷卻（吸收塔內(nèi)置冷卻水箱）、氨鹽水冷卻（淡氨鹽水和熱氨鹽水使用鈦板換熱器）及碳化（碳化塔內(nèi)置冷卻水箱）過程中，需要用到許多換熱器，在換熱過程中，因設(shè)備老化、腐蝕等原因，常常出現(xiàn)冷卻水泄漏現(xiàn)象，最終導(dǎo)致碳化液TCl－的下降。

另外，碳化塔使用的下段氣、中段氣和清洗氣（簡稱“三氣”），在壓縮工序，由于冷卻器老化、腐蝕等原因，致使冷卻水漏入“三氣”中，造成碳化液TCl－下降。如“三氣”中帶水量較少時(shí)，可通過疏水閥外排，減少冷卻水進(jìn)入碳化塔內(nèi)。

因此，生產(chǎn)中要定期對(duì)涉及影響碳化液TCl－的換熱設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，及時(shí)堵漏。

5 技術(shù)改造建議

5.1 利用低壓蒸汽加熱鹵水

我廠淡液真空蒸餾吸收裝置投入運(yùn)行后，低壓蒸汽出現(xiàn)過剩，汽電平衡困難，常常出現(xiàn)低壓汽外排現(xiàn)象。因此建議將低壓蒸汽引入經(jīng)循環(huán)水間接加熱后的鹵水貯桶中，直接加熱鹵水，進(jìn)一步提高冬季化鹽桶出水溫度。

5.2 對(duì)輸鹵管線采取保溫措施

我廠加熱后的鹵水輸送至化鹽桶附近時(shí)，有一段約30 m的總管（φ350）及3根支管（φ250）未加保溫層，建議采取保溫措施。

5.3 更換氨冷器

我廠自1989年投產(chǎn)以來，有5臺(tái)氨冷器從未進(jìn)行過更換，因年久老化和腐蝕，發(fā)現(xiàn)有的氨冷器已經(jīng)出現(xiàn)冷卻水泄漏，迫切需要更換，因此建議我廠有計(jì)劃地對(duì)氨冷器進(jìn)行逐臺(tái)更換，否則嚴(yán)重影響氨冷器的換熱效果。

6 結(jié) 語

在鹽水制備、吸收塔進(jìn)氣溫度控制、冷卻設(shè)備維護(hù)等方面，必須逐一優(yōu)化工藝過程控制，加強(qiáng)操作管理，才能保證碳化液TCl－控制在正常范圍內(nèi)，才能提高氯化鈉轉(zhuǎn)化率和增加純堿產(chǎn)量，并且可以減少系統(tǒng)中循環(huán)和消耗的物料，達(dá)到降低鹽耗，節(jié)約能耗目的。

［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］ 中國純堿工業(yè)協(xié)會(huì).純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

TQ 114.161

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1005－8370（2012）03－21－04

2012－02－27

袁 江（1971－），1994年畢業(yè)于鹽城工學(xué)院無機(jī)化工專業(yè)，工程師，現(xiàn)任連云港堿廠生產(chǎn)處調(diào)度長。已在《純堿工業(yè)》雜志發(fā)表論文6篇。