母液真空蒸餾技術的應用

張遠方,楊國仁,黃遠保

(廣東南方堿業股份有限公司,廣東 廣州 510760)

母液真空蒸餾技術的應用

張遠方,楊國仁,黃遠保

(廣東南方堿業股份有限公司,廣東 廣州 510760)

介紹真空蒸餾技術在氨堿母液蒸餾工藝中的實際應用。著重介紹母液真空蒸餾的工藝流程及操作控制要點;以及提升母液真空蒸餾單塔能力的技術措施及延長作業周期的方法;并提出下一步技改的方向。

真空蒸餾;操作控制

1 母液真空蒸餾技術工藝簡介

1.1 工藝簡介

我公司采用的真空蒸餾工藝:低真空母液蒸餾系統(包括蒸餾塔、加熱器、一閃、低真空吸收塔)回收系統的蒸餾氨氣,配以高真空淡液蒸餾系統(包括二閃、淡液蒸餾塔、高真空吸收塔)回收蒸餾廢液閃發的蒸汽,達到既回收了蒸餾氨氣,又能充分利用系統熱能的目的。

低真空蒸餾系統:用以蒸餾濾過母液,其蒸氨氣體冷卻后被低真空吸收系統回收,制備合格的氨鹽水。低真空蒸餾系統工藝流程與壓力蒸餾系統流程,無論設備還是操作完全一樣,差異僅僅是蒸氨系統絕對操作壓力值低,整個系統在負壓工況條件下運行。

高真空淡液蒸餾系統:用以回收蒸餾廢液閃發的蒸汽(氨氣),加熱母液蒸餾系統的冷凝液及煅燒系統的冷凝液,其蒸氨氣體冷卻后進入高真空吸收系統,制備半氨鹽水進入低真空吸收系統并流吸收低真空系統蒸氨氣體,制備合格的氨鹽水,供碳化制堿用。

1.2 工藝流程示意圖(見圖1)

圖1 真空蒸餾工藝流程圖

1.3 設備結構介紹(見表1)

表1 設備結構一覽表

2 本技術的特點及操作控制手段

2.1 真空控制

母液真空蒸餾技術最顯著特點是系統處于負壓條件下操作控制,目前我公司要求高真空系統壓力控制在-65～-74 kPa,低真空系統壓力控制在-40～ -45 kPa。

2.2 相對低溫操作條件下,蒸餾塔作業周期較長

真空條件的存在使蒸餾系統處于相對較低溫度下進行,蒸餾溫度的降低會有效改善、緩解蒸餾塔的結疤,延長蒸餾設備的運行周期。一般壓力蒸餾的作業周期為20～30 d之間,真空蒸餾的使用周期超過了90 d,我公司計劃運行周期控制在90～120 d,最長控制在150 d,其操作的關鍵是控制好調和液過剩灰的同時控制好系統的真空度和預熱母液溫度(預熱母液溫度控制在82±1℃)。

2.3 蒸餾廢液顯熱得到很好的回收,減少能耗

本系統蒸餾廢液采用二級閃發,一級閃發的蒸汽進入母液蒸餾塔,作為母液蒸餾塔的補充熱源。二級閃發的蒸汽作為冷凝液(淡液)蒸餾塔的熱源,回收的蒸汽能滿足淡液塔使用,不需另外補充蒸汽。經二級閃發后的廢液溫度85℃左右,相對壓力蒸餾來說是節能的,避免了過多(蒸餾廢液)余熱的浪費。

2.4 母液真空蒸餾技術操作控制的關鍵

關鍵是維持高、低真空系統適當的(真空)壓力差。真空差過小,蒸餾塔塔底壓力高,塔底液面過高(塔內件長期與反應物接觸,極易產生結垢),各塔盤反應物流動速度慢,造成塔盤汽液相通道沉砂、淤泥,導致偏流,甚至造成液泛,直接影響蒸餾質量,降低蒸餾塔的生產力;同時長期波動運行也會加快塔內汽液通道結垢、淤砂等現象產生,大大縮短蒸餾塔的運行周期,造成廢液“跑氨”嚴重。而真空差過大容易引起蒸汽串入閃發器,造成系統運行工況,操作條件無法平衡。正常情況下,維持高真空系統壓力控制在-65～-74 kPa,低真空系統壓力控制在-40～ -45 kPa。

3 蒸餾系統的挖潛改造

3.1 增加2臺蒸餾塔

原設計蒸餾系統單塔,單預灰桶,1套閃發器。運行證明:一是單系統生產能力與碳化系統能力不匹配,滿足不了碳化的需要;二是沒有輪換設備,如果清掃蒸餾塔時,需要生產系統全停,生產波動極大。1996年我公司增加了1臺蒸餾塔,1個預灰桶,1個閃發器,2套裝置并聯運行,清掃時單塔運行,輪換清掃。2005年又增加了1臺蒸餾塔,1個預灰桶,1個閃發器,2套裝置并聯運行,1套清掃備用。保證了生產的連續、高效。雙塔運行后母液蒸量達到230 m3/h,能力提高了80%(原單塔運行)。

3.2 二閃的改造

2001年增加了1臺汽機驅動壓縮機,碳化能力超過800 t/d純堿,母液蒸量超過200 m3/h,二閃的能力滿足不了生產的需要,2001年我們將原來的二閃由φ3500×6000擴大為φ4500×6000,能力增加了約50%,基本能滿足300 kt/a純堿的生產能力需要。

3.3 增加氨氣冷卻器的改造

原單塔運行配備氨氣冷卻器只有1套。蒸餾塔雙塔運行后,氨氣經冷卻后溫度＞55℃,致使吸收系統帶進不少的蒸汽,影響了氨鹽水的指標,直接降低氨鹽水的全氯,同時也帶入了過多的熱量進入吸收系統,增加了吸收的熱負荷。2002年我們增加了1臺氨氣冷卻器與舊冷卻器串聯運行,投用后,氨氣溫度能控制在＜50℃,滿足了生產。

3.4 碳化尾氣洗滌塔改造

原設計只有1套洗滌裝置,更換填料、清掃塔器時整個系統要停車,1996年度增加了1套洗滌塔,并對泡罩塔盤、汽液通道走向進行了改造,這樣設備既可以備用,又提升了裝置的能力,洗滌效果明顯改善。

3.5 改造廢液系統管線及蒸餾塔內件增加裝置的生產能力

為解決長期制約蒸餾塔能力提升的瓶頸問題,改造了3臺蒸餾塔V102至V103的廢液管道,由φ273改為φ325碳鋼管,改造舊蒸餾塔塔盤間隙,降液管截面積增加了10%。通過兩項改造,蒸餾系統過液能力提高了15%～20%,使雙塔蒸量由原來的230 m3/h提升到270～280 m3/h。

4 優化工藝操作,優化設備作業模式,改善系統的運行狀況

4.1 優化工藝操作,保證系統平穩操作

真空蒸餾對操作的要求很高,平穩操作,才能確保消耗指標控制,其中最關鍵:一是保證加熱器底部真空度不能過高;二是保證低壓蒸汽溫度不能過高及流量波動過頻,有效緩解塔板的結疤速度,達到延長設備的使用周期;三是重點監控灰乳的品質,在分析濃度的同時,測量灰乳的含沙量。

4.2 優化設備作業模式,改善系統的運行狀況

困擾蒸餾系統平穩生產的是系統幾大冷卻裝置氣相通道的阻力,經過測試 E101、E102的阻力降分別有6～8 kPa,這也是影響蒸餾系統能力提升的阻力。經過改造 E102AB運行模式,由串聯成功改為并聯,低真空系統 T104出氣壓力到 T102底部壓力壓力降減少約15 kPa,其作用是:①可以提高蒸餾系統多塔運行時的單塔能力;②充分利用E102B的換熱效能(換熱面積:391 m2),降低氣相氨在輸送過程中的進一步膨脹。③真正的目的是滿足系統負荷提高后可操作條件的匹配,保證吸收系統的正常操作。

4.3 淘汰灰乳高位槽,穩定灰乳的流量

原設計石灰車間送來的灰乳先進入高位槽,再進蒸餾塔(預灰桶),冒槽、堵槽現象時有發生,既浪費了灰乳,又引起系統灰乳量的波動,還污染了環境,我們設計了1個φ300×φ200×1000的分離器。1997年開始使用,操作簡單、方便、省電,單攪拌1年就省6萬kW·h。

4.4 砂漿泵流程的改造,穩定調和液的流量

原設計砂漿泵的目的是停塔時將預灰桶內的調和液抽至蒸餾塔蒸餾,減少排放量。蒸餾塔運行時由于調和液管內流速慢,而灰乳夾帶砂較多,調和液管時有不暢,甚至堵塞。1997年我們將砂漿泵的進口管由預灰桶底改到調和液管下部彎頭處。砂漿泵出口多加1條管進入預灰桶上部,正常運行時調和液經泵在預灰桶內循環,大大加大了調和液管內的流量和流速。保證了調和液的暢通,停塔時調和液也可抽進蒸餾塔回收氨,有一舉兩得之妙。

4.5 冷凝器熱母液分離器的改造,穩定熱母液的流量

原設計冷凝器熱母液分離器只有1個,隨著系統蒸餾塔裝置的增加,共用1個分離器出現母液偏流情況,我們增加了1個熱母液分流器,將3套蒸餾裝置聯絡一起,做到雙塔運行時,單獨輸送熱母液,穩定了系統的母液分配。

5 母液真空蒸餾技術的應用小結

5.1 蒸餾塔的運行周期長

一般壓力蒸餾的運行周期30～40 d,我們目前雙塔運行的周期超過3個月。造成蒸餾塔停塔清掃的原因主要是塔盤積砂,降液管堵塞。結疤情況不嚴重,只有在塔下12層塔盤及蒸餾塔至閃發器有關的廢液管線結疤。

造成塔盤積砂的原因是我們的灰乳含砂量大,結疤的根源在精鹽水Na2SO4含量長期在12～15 g/L。SO的存在是蒸餾塔結疤的主要殺手。按我們預熱母液CO2的含量還不是蒸餾塔結疤的主要原因。

5.2 廢液顯熱得到回收、利用

經測定,經二閃排放的廢液低于80℃,比壓力蒸餾的廢液溫度低約30℃左右,這部分的能量是可觀的,已足夠淡液塔的熱能。這部分熱能得到充分的利用。

5.3 蒸氨氣體夾帶水分對 TCl-有負面影響

原設計氨鹽水 TCl-88.8～91 tt,△TCl-14～16.2 tt。但實際生產中△TC1偏大,一般在17～18 tt(精鹽水 103～105 tt,氨鹽水 85.5～87.5 tt)。

5.4生產能力不高

母液真空蒸餾技術盡管有許多優點,但相同的設備,壓力蒸餾的能力比它大30%左右,這可能是制約該技術的推廣的原因。隨著真空度的提高,相關吸氨系統的生產負荷也必然相應降低,動力消耗相應增加。

6 今后的改進設想

6.1 采用壓力蒸餾的部分工藝,優化、提高真空蒸餾技術

我公司真空蒸餾設備與國內壓力蒸餾設備明顯不同在于壓力蒸餾母液有專門的爐氣洗滌塔,母液經與煅燒爐氣洗滌、換熱后,大部分CO2已進入爐氣中,母液里的CO2極少進入吸收系統,減緩了吸收塔填料的結疤,降低了氨鹽水的CO2,壓力蒸餾的氨鹽水CO220～30 tt。而我們氨鹽水CO240～50 tt,母液溫度也升至＞50℃。今后我們設想采用該工藝:一是可以減少CO2進入氨鹽水,母液內CO2經爐氣回收至下段氣再利用,提高下段氣的濃度近10%;二是可以減少蒸汽量(能耗);三是可以提高蒸餾塔的生產力;四是隨著氨鹽水CO2的降低,可以提高清洗塔的清洗效果。

6.2 增加灰乳的濾砂裝置

目前影響蒸餾塔運行周期的原因主要是塔盤積砂,降液管堵等,進入蒸餾塔的砂全部來自灰乳。改善灰乳質量是延長蒸餾塔運行周期,保持蒸餾系統穩定性的關鍵,建議對灰乳進行多重過濾,減少帶砂,從而提高蒸餾塔生產能力,延長作業周期。

6.3 提高蒸餾塔生產能力的建議

由于系統真空的存在,局限了裝置能力的提高。要想提高生產能力往往靠增加蒸餾裝置。在現有裝置的情況下,我們可以采用壓力蒸餾塔的特點,改造塔內結構,達到提高生產能力,減少投資的目的。

6.4 降低進蒸餾塔蒸汽的過熱度

降低進塔蒸汽的過熱度,達到減緩蒸餾塔的結疤速度和延長設備運行周期的目的。

TQ 114.161

:B

:1005-8370(2011)02-39-04

2010-05-18

張遠方(1972—),本科學歷、助理工程師、現任重堿車間工藝員。