精銨裝置存在的問題及技術(shù)改造分析

李方彬

（自貢鴻鶴化工股份有限公司，四川 自貢 643000）

精銨有農(nóng)銨重結(jié)晶和冷析取出晶漿兩種生產(chǎn)方法，而主要以冷析取出晶漿最為普遍。自貢鴻化公司精銨裝置于2001年建成投運，年設(shè)計能力20kt／a。初期采用氣流干燥，但氯化銨結(jié)晶磨損嚴(yán)重，產(chǎn)品粒度僅為180～220μm，蒸汽消耗高；于2002年11月改為振動流化床干燥，2006年再次對振動流化床進行更新改造，但生產(chǎn)運行也一直不是很穩(wěn)定。

1 精銨裝置查定概況

2002年鴻化公司聯(lián)堿精銨干燥爐更換為振動流化床后，于2003年1月、4月進行了兩次系統(tǒng)查定。主要查定結(jié)果如下：

1）查定期間的平均日產(chǎn)量73.95t／d，如果按310天作業(yè)時間（聯(lián)堿行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計參數(shù)）計算，年生產(chǎn)能力達到22.93kt，達到甚至超過設(shè)計能力。

要說明的是，在查定期間由于振動流化床及生產(chǎn)不穩(wěn)定，對查定期間生產(chǎn)能力有一定影響。從后續(xù)實際生產(chǎn)來看，班產(chǎn)量可以達到75～90t，如果長期連續(xù)、穩(wěn)定運行，年生產(chǎn)能力可以達到23～28kt，也符合設(shè)計時適當(dāng)留有余地的初衷。

2）蒸汽消耗250～300kg／t精銨。

4）農(nóng)銨鹽分：查定期間，農(nóng)銨鹽分接近0.70%，其中有一個點的鹽分超過1.0%。

5）尾氣溫度：80～90℃。

6）MⅡNa＋：采用逆料流程的B＃結(jié)晶器為71 tt，采用并料流程的A＃結(jié)晶器為69tt，二者相差2 tt。

2 精銨裝置存在的主要問題

從目前生產(chǎn)來看，鴻化公司精銨裝置主要表現(xiàn)在以下三個方面的問題：

1）精銨采用訂單式生產(chǎn)，裝置時開時停，造成系統(tǒng)波動和消耗上升。

2）設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。

3）尾氣溫度高，熱損失大。

采用訂單式生產(chǎn)并不是一種好的生產(chǎn)組織方式，一方面造成系統(tǒng)人為波動，另一方面由于氯化銨具有吸潮和強腐蝕的特點，裝置長期停用將造成設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。至于尾氣溫度高造成的影響，在后文中將作詳細(xì)分析。

3 技術(shù)分析

3.1 精銨產(chǎn)量統(tǒng)計

鴻化公司歷年精銨產(chǎn)量見表1 。

表1 鴻化公司歷年來精銨產(chǎn)量統(tǒng)計 單位：t

3.2 精銨生產(chǎn)能力與市場分析

從表1看出，公司精銨最高年產(chǎn)量為2005年的18 071.125t，也只發(fā)揮裝置能力的90%左右，總的開工率在60%左右。由于公司精銨生產(chǎn)主要采用訂單生產(chǎn)方式，從側(cè)面也反映出精銨市場容量需求。由于受電池、冶金等下游行業(yè)影響，公司精銨產(chǎn)品月需求量在1 000t左右，全年市場需求在12 000t左右。近幾年受同行業(yè)精銨裝置能力擴建和出口影響，鴻化公司精銨產(chǎn)量有萎縮之勢，這不只是鴻化一家的問題。受整個宏觀環(huán)境影響，國內(nèi)一些精銨裝置也嚴(yán)重開工不足。

從產(chǎn)量表還可看出，精銨最高月份產(chǎn)量2 043t，已基本達到裝置設(shè)計能力。這也說明目前精銨裝置開工不足并不是裝置本身的問題，而是市場需求不足的問題。

3.3 蒸汽消耗影響因素分析

前面提到，尾氣溫度偏高是目前精銨裝置存在的問題之一，其結(jié)果是造成蒸汽消耗上升。蒸汽消耗的影響因素主要有以下幾方面：濕銨水分、熱風(fēng)溫度、尾氣溫度。濕銨水分對蒸汽消耗的影響是顯而易見的，在這不作分析，下面從熱風(fēng)溫度、尾氣溫度進行計算并進行相關(guān)分析（計算過于繁雜，在此不列出計算過程）。

3.3.1 熱空氣溫度的影響

表2 熱空氣溫度對蒸汽消耗的影響（尾氣溫度75℃，濕銨水分7%）

將表2數(shù)據(jù)制圖如圖1。

圖1 熱風(fēng)溫度對蒸汽消耗的影響

從表2和圖1可以看出，熱風(fēng)溫度對蒸汽消耗的影響是比較大的，尤其在氣溫低（冬季）時影響更為明顯。但在熱風(fēng)溫度達到180℃以后，熱風(fēng)溫度對蒸汽消耗的影響趨于平緩，因此氯化銨干燥熱風(fēng)設(shè)計溫度一般設(shè)定為180℃。熱風(fēng)溫度低，一方面造成所需空氣量大，由其帶走的熱量增加，蒸汽消耗上升；另一方面，熱風(fēng)溫度傳熱推動力降低，失水時間長，不利于氯化銨的干燥。但熱風(fēng)溫度太高，也必須考慮到氯化銨的物理特性——揮發(fā)（100℃）和升華（338℃）的問題。

3.3.2 尾氣溫度的影響

將表3數(shù)據(jù)繪于圖2。

表3 尾氣溫度對蒸汽消耗的影響（熱風(fēng)溫度180℃，濕銨水分7%）

圖2 尾氣溫度對蒸汽消耗的影響

由表3和圖2可以直觀的看出，尾氣溫度對蒸汽消耗的影響更為明顯，因此要盡量控制較低的尾氣溫度。要說明的是，蒸發(fā)氯化銨水分后的尾氣，其露點溫度約為39.5℃，為防止尾氣中蒸汽被冷凝，尾氣溫度一般應(yīng)控制在50℃以上。

目前鴻化公司氯化銨新系統(tǒng)3臺干銨爐熱風(fēng)溫度分別為125℃、140℃和119℃（估計檢測儀表溫度不準(zhǔn)，從原查定數(shù)據(jù)應(yīng)在182～192℃左右），尾氣溫度在50℃（一般在45℃左右），再加上其利用了部分0.4MPa蒸汽，農(nóng)銨蒸汽消耗在180kg／t氯化銨以下就不足為奇。而目前精銨熱風(fēng)溫度為150℃，尾氣溫度85℃以上，這也是其蒸汽高的原因所在，其理論蒸汽消耗在夏季334.9kg／t銨、冬季404.1kg／t銨。后面還將分析，由于精銨干燥爐操作彈性較低，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，精銨尾氣溫度要降到新干銨的水平是比較難、甚至是不可能的。

3.4 精銨取出對農(nóng)銨產(chǎn)品質(zhì)量的影響

前已述及，目前精銨的主要生產(chǎn)方式是取出冷析結(jié)晶器“較純”的氯化銨晶漿，加水洗滌并加酸與晶漿中的中和后，使產(chǎn)品中的雜質(zhì)和pH達到規(guī)定要求。這就意味著，從冷析結(jié)晶器取出“較純”的半Ⅱ晶漿以后，洗滌含鹽較高的鹽析結(jié)晶器晶漿的半Ⅱ量就必然減少，這一方面限制了鹽析結(jié)晶器加鹽量的提高，影響純堿Ⅰ過程碳化操作，及至影響過濾和煅燒操作，最后影響整個聯(lián)堿系統(tǒng)循環(huán)；另一方面，由于鹽析晶漿得不到半Ⅱ的充分洗滌，由MⅡ帶入產(chǎn)品中的鹽分增加，使農(nóng)銨產(chǎn)品鹽分超標(biāo)，在加鹽不穩(wěn)定時這種情況更易發(fā)生。因此，從冷析結(jié)晶器取出晶漿生產(chǎn)精銨也不是無節(jié)制的，它還必然受到農(nóng)銨產(chǎn)品質(zhì)量的限制。

為保證農(nóng)銨產(chǎn)品質(zhì)量，通過從產(chǎn)品鹽分反算，從冷析結(jié)晶器中取出半Ⅱ晶漿原則上不超過冷析結(jié)晶器取出量的30%，最高不超過40%，這也是目前行業(yè)的通用做法。

按目前新系統(tǒng)生產(chǎn)能力240kt／a、冷鹽析結(jié)晶器產(chǎn)量比45∶55計算，從B＃冷析結(jié)晶器取出生產(chǎn)精銨的量為240／2×0.45×40%＝21.60kt／a，這也是當(dāng)初確定精銨裝置能力的主要依據(jù)。如果按A＃系統(tǒng)同樣生產(chǎn)精銨考慮，精銨最大量為21.60×2＝43.2kt／a。

在介紹精銨生產(chǎn)方式時已提到，精銨生產(chǎn)只能采用并料流程，其實質(zhì)是以犧牲MⅡNa＋指標(biāo)為代價。其直接結(jié)果是影響聯(lián)堿Ⅰ碳化及后續(xù)工序操作，其間接結(jié)果是造成聯(lián)堿系統(tǒng)循環(huán)當(dāng)量的升高和產(chǎn)能的下降。從這一點說，如果一味追求精銨產(chǎn)量，對整個聯(lián)堿系統(tǒng)生產(chǎn)其實是不利或者說是不經(jīng)濟的。

3.5 精銨干燥設(shè)備型式選擇問題

精銨選用何種干燥方式，爭議一直較大，氯化銨干燥方式的選擇需根據(jù)具體情況具體分析。目前精銨的干燥有氣流干燥、振動流化床干燥、沸騰床干燥以及前蘇聯(lián)的回轉(zhuǎn)爐干燥等幾種方式，國內(nèi)主要為前三種干燥方式。

氣流干燥前已述及，精銨產(chǎn)品磨損嚴(yán)重，難以達到對精銨產(chǎn)品粒度的要求。如果采用沸騰爐干燥，又會存在什么問題呢？

如果按40kt／a裝置能力計算（限于篇幅，不列于本文），以2.3MPa蒸汽作為熱源，沸騰爐直徑約為2m；按20kt／a裝置能力計算，以2.3MPa蒸汽作為熱源，沸騰爐直徑僅約為1.5m。前者基本能操作運行，但為保證精銨產(chǎn)品水分要求，尾氣溫度較高（不低于80℃），由于沸騰爐必須處于完全流態(tài)化狀態(tài)，其所需風(fēng)量高于振動流化床，其熱損失高于振動流化床也就必然；后者由于沸騰床層太低，操作彈性較小，作業(yè)周期短，極易出濕銨，難以保證產(chǎn)品質(zhì)量，甚至根本無法穩(wěn)定運行。從這一點分析，想通過改造為沸騰床降低蒸汽消耗并不是最佳方案，如果操作不精心，反而還會引起消耗上升。因此在一定程度上，振動流化床倒不失為一種較佳的選擇。

當(dāng)然，如果采用回轉(zhuǎn)爐干燥也不失為一種好的選擇。但回轉(zhuǎn)爐干燥一方面受場地改造限制，另一方面，也必須考慮氯化銨的揮發(fā)（100℃）和分解（338℃）的問題，這兩種情況都會造成系統(tǒng)結(jié)疤，影響生產(chǎn)穩(wěn)定運行。目前國內(nèi)還無采用回轉(zhuǎn)爐用于氯化銨干燥的先例可借鑒。

4 結(jié) 語

1）熱風(fēng)溫度是影響蒸汽消耗的最大因素，在允許條件下盡量提高進風(fēng)溫度，以降低空氣相對濕度和空氣用量，提高傳熱、傳質(zhì)推動力。。

2）尾氣溫度是影響蒸汽消耗的重要因素，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量和尾氣中蒸汽冷凝的情況下盡量控制較低的尾氣溫度。

3）氣流干燥器對產(chǎn)品結(jié)晶磨損嚴(yán)重，在產(chǎn)量不高的情況下，采用振動流化床或內(nèi)熱式沸騰床是不錯的選擇。

［1］ 自貢鴻鶴化工股份有限公司.精銨查定報告（內(nèi)部資料）［R］，2003

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

［3］ 化學(xué)工程手冊編輯委員會.化學(xué)工程手冊（4）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989

［4］ 大連化工研究設(shè)計院.純堿工學(xué)（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

［5］ 于才淵，等.干燥裝置設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005