聯(lián)堿法φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組新技術開發(fā)與應用

(成都華西化工研究所股份有限公司，四川 成都 610031)

專論與綜述

聯(lián)堿法φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組新技術開發(fā)與應用

劉應峰

(成都華西化工研究所股份有限公司，四川 成都 610031)

結合碳化塔結疤與清洗的影響因素，論述了鴻化聯(lián)堿法φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組技術的可行性與實踐應用情況，實現(xiàn)了聯(lián)堿行業(yè)碳化塔五塔一組不堵塔的設想，提高了碳化塔的有效利用率，減少了設備投資費用，同時也大大節(jié)省了清洗碳化塔的能耗。

聯(lián)堿法；碳化塔；五塔一組；開發(fā)；應用

眾所周知，聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)過程中，碳化塔制堿到一定時間，塔壁、菌帽(篩板)、小管外壁逐漸產(chǎn)生以碳酸氫鈉、碳酸氫銨為主的結疤，影響碳化塔的正常作業(yè)，必須對制堿塔進行清洗，溶解結疤恢復碳化塔的正常作業(yè)。

1 鴻化聯(lián)堿廠碳化塔使用簡介

鴻化聯(lián)堿廠φ3400/φ3000索爾維碳化塔四塔一組運行已經(jīng)20年，沒有出現(xiàn)堵塔、洗塔現(xiàn)象，2001年又推廣到φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔運行，也沒有出現(xiàn)堵塔、洗塔現(xiàn)象。2008年，我公司聯(lián)堿廠在四塔一組的基礎上，通過技術改造，在φ2500索爾維碳化塔上實施五塔一組運行的中間試驗，通過兩年的運行、檢查，確認無堵塔、結疤現(xiàn)象，碳化塔清洗效果好。

隨著公司發(fā)展，聯(lián)堿廠逐步新建φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔后，開始摸索碳化塔五塔一組運行。

2 碳化塔結疤與清洗

2.1 碳化塔的結疤

聯(lián)堿碳化塔純堿生產(chǎn)中,碳化塔制堿一定時間，碳酸氫鈉和碳酸氫銨等結晶(如表1)會附著在塔的內(nèi)壁、菌帽、冷卻管上而結疤，嚴重影響碳化塔的連續(xù)運行。結疤主要與制堿塔作業(yè)周期、碳化塔清洗是否徹底、原料母液雜質(zhì)含量、碳化塔操作控制這些因素有關。因此，制堿塔作業(yè)一定時間后，都必須改為清洗塔。

表1 碳化塔結疤成分一覽表(%)

2.2 碳化塔的清洗

碳化塔的清洗流程有很多，最常用流程是AⅡ母液進行清洗，清洗后送到制堿塔作為制堿母液CAⅡ。影響碳化塔清洗效果的主要因素如下：

2.2.1 清洗母液AⅡ組成的影響

清洗母液AⅡ清洗結疤不僅是物理作用，而且伴隨有化學反應過程，2NaHCO3+2NH4OH→Na2CO3+(NH4)2CO3+2H2O。

碳化塔結疤的溶解度和溶解速度隨清洗母液AⅡ中的固定銨、二氧化碳含量的增加而減少；隨著清洗母液AⅡ中游離氨含量的增大而增大，見表2。

表2 清洗AⅡ組成與結疤物溶解度關系

2.2.2 清洗AⅡ溫度的影響

碳酸氫銨和碳酸氫鈉結疤都隨溫度的升高，溶解度和溶解速度都增大。因此提高清洗AⅡ溫度，有利于結疤的清洗。但是清洗AⅡ溫度過高，會導致清洗尾氣含氨過高，氨損耗大。因此，清洗AⅡ溫度一般控制在38～40 ℃，最高不超過42 ℃。

2.2.3 塔內(nèi)清洗氣的影響

清洗作業(yè)除了連續(xù)地從塔上加入清洗母液AⅡ外，還不斷地從塔底通入清洗氣攪拌，消除局部過飽和現(xiàn)象，增加結疤的溶解速度以提高清洗效率。但通入清洗氣流量、溫度、二氧化碳濃度都對清洗塔有一定的影響。一般控制清洗氣流量在1 800～2 000 m3/h，溫度大于60 ℃，二氧化碳濃度小于15%。

2.2.4 清洗塔液位控制

一般控制清洗塔液位大于22～25 m以上，確保碳化塔內(nèi)部構件充分的浸泡在清洗母液AⅡ中。

2.2.5 清洗時間

碳化塔的清洗時間，與碳化塔的組合有關。兩塔一組，制堿24 h，清洗24 h；三塔一組，制堿48 h，清洗為24 h；四塔一組，制堿時間48 h，清洗時間為16 h，也可以制堿時間為72 h，清洗時間為24 h。

一組塔的數(shù)量越多，碳化塔的利用率越大，投資越省，但是容易清洗不干凈，造成堵塔、水洗塔，造成氨氮污水排放、物耗能耗升高，后果非常嚴重。那么，聯(lián)堿法碳化塔如何組合才是最經(jīng)濟合理的，是我們每個制堿工作者的追求目標。

3 φ2500索爾維碳化塔五塔一組技術開發(fā)與應用

碳化塔組塔個數(shù)的多少，關鍵在于碳化塔能否清洗干凈。我們首先選擇φ2500索爾維碳化塔進行改造運行。利用停產(chǎn)大修的機會，將1#、2#、3#、4#、6#(5#塔已經(jīng)拆除)φ2500索爾維碳化塔的倒鹵管線、AⅡ管線、CAⅡ管線進行聯(lián)通改造，實現(xiàn)五塔一組的生產(chǎn)工藝路線。

確定工藝路線后，通過配管改造、制定詳細的試運行方案，開始進行對φ2500索爾維碳化塔五塔一組生產(chǎn)運行。嚴格控制制堿時間、清洗塔壓力、清洗氣流量，對清洗CAⅡ采集大量樣品，對其CO2含量進行分析，并與原四塔一組的進行對比，確認無異常變化后，每月定期對碳化塔水箱部分小管和菌帽進行檢查，清洗都較為干凈，并沒有發(fā)現(xiàn)由結疤和堵塞現(xiàn)象。

通過半年時間的運行，φ2500索爾維碳化塔沒有出現(xiàn)清洗不好和堵塔現(xiàn)象，因此，確認φ2500索爾維碳化塔從四塔一組運行改變?yōu)槲逅唤M運行是成功的。

4 φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組開發(fā)與應用

在φ2500索爾維碳化塔五塔一組技術開發(fā)與應用的基礎上，將新8#索爾維篩板碳化塔并入到新1#、2#、3#、4#碳化塔，形成φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組。

2009年4月份開始試運行，發(fā)現(xiàn)四個制堿塔的CAⅡ量不能滿足生產(chǎn)需要。在保障了出堿量時，碳化塔清洗液位不能保障。保障了清洗塔液位時，又不能保障出堿量。在運行一個月后，打開1#塔觀察孔，發(fā)現(xiàn)碳化塔小管有結疤，因此停止φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組的運行。

2009年10月，公司再一次組織各級工程技術人員，對φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組的運行問題進行認真梳理，通過對碳化塔清洗理論進行認真分析，對工藝管道進行計算，確定管道大小，對工藝管道的連接方式進行現(xiàn)場確認，對輸送泵的能力進行核算。對φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組的管道、泵進行重新設計改造，于2010年4月，進入試運行階段。

五塔一組碳化塔清洗時間確定為12 h，制堿時間為48 h，AⅡ清洗量為制堿量的1.33～1.5倍，清洗氣量≥2 000 m3/h，清洗氣CO2濃度≤15%，清洗氣溫度≥60 ℃，AⅡ母液溫度≥38 ℃，清洗效果如表3。

表3 φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組清洗碳化塔運行指標

從運行結果，AⅡ和CAⅡ母液CO2指標來看，碳化塔清洗末期CO2差值小于0.5 tt，從理論角度證明了φ3400/φ3000碳化塔五塔一組是能夠清洗徹底的，連續(xù)運行是可行的。

為了進一步確認碳化塔能否清洗徹底，5月13日，打開3#塔4箱水箱觀察孔檢查，無結疤；6月23日和7月14日分別打開2#塔4箱水箱觀察孔檢查，無結疤。

5 應用結論

1)我公司開發(fā)的φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔“五塔一組” 新技術，能保證碳化塔清洗好，不煮塔，實現(xiàn)碳化母液封閉循環(huán)，無廢液排放，其運行是可行的。

2)五塔一組與四塔一組相比，每生產(chǎn)一噸純堿可以降低2～3 kWh，還可以減少排放含氨尾氣量35.2 m3，一年減少尾氣15 840 km3。

3)與四塔一組相比，五塔一組提高了碳化塔的設備利用率，碳化塔容積利用率從0.028 t/h提高到0.03 t/h，增長率為7%，減少一次性投資費用。

4)聯(lián)堿法φ3400/φ3000索爾維篩板碳化塔五塔一組新技術開發(fā)與成功應用，是國內(nèi)聯(lián)堿法索爾維碳化塔的首創(chuàng)，曾獲自貢市科學技術進步二等獎，對聯(lián)堿法碳化塔工藝技術具有重大意義。

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2017-07-04

劉應峰(1976—)，高級工程師，四川大學工程碩士，2000年畢業(yè)于四川理工學院(原四川輕化工學院)?，F(xiàn)任成都華西化工研究所股份有限公司脫硫脫硝工程項目經(jīng)理，曾任自貢鴻鶴化工股份有限公司聯(lián)堿廠總工程師。