聯堿碳化五塔清洗工藝應用總結

韓啟明，陳建園，楊明秋

（淮安華爾潤化工有限公司，江蘇 淮安 223001）

我公司聯堿采用變換氣和濃氣制堿，碳化塔清洗為煮塔工藝，每臺碳化塔運行30～40天后，就需進行停塔煮塔，將內壁、塔盤及分布孔上的聚集疤塊清洗干凈，以恢復碳化塔的性能。同時碳化塔在作業期間每天需定期倒換外冷器，以防止外冷器列管結疤，影響傳熱效果。自2004年10月份投運以來，煮塔工藝暴露出多項不合理之處，主要表現在：

1）環保上，由于煮塔水難以消化，未能完全返回系統，部分煮塔水需經蒸餾后排放，給環保上帶來很大壓力；

2）安全上，每次煮塔、檢查內部結疤情況時，需將單塔與系統隔離，以防變換氣進入塔內，加拆盲板工作量較大，且十分繁瑣，稍有不慎，就存在較大安全隱患；

3）能耗上，蒸汽和水消耗較大，每次煮塔，需用水200m3左右，還需用蒸汽進行加熱，同時煮塔水在回收或外排時，還需進行蒸餾，又需消耗蒸汽；

4）原料損失較大，在每次煮塔后投運時，由于塔內存在氧氣，需對塔內氣體進行置換放空，造成部分氫氮及氨氣排入大氣，損失較大。以上問題已給生產帶來諸多不便。

隨著工藝技術的不斷更新，聯堿行業外冷碳化制堿工藝正在逐步推廣碳化塔清洗工藝，該工藝已在行業內部分廠家得到成熟應用，但均為四塔一組進行循環清洗作業，我公司重堿Ⅱ系統有五臺碳化塔，為解決我公司碳化煮塔工藝存在的不足，采用清洗工藝取代煮塔工藝已勢在必行，同時進一步探索五塔一組清洗工藝的可行性。

1 碳化塔清洗工藝流程

碳化塔的清洗是將熱氨母液Ⅱ連續送入清洗塔內，并將碳化付塔尾氣經過增壓機加壓后通入塔內，起到攪拌和擾動的作用，對外冷器和碳化塔進行同時清洗。熱氨母液Ⅱ溶解塔內碳酸氫鈉和碳酸氫銨等結疤的同時吸收少量的二氧化碳，達到清洗和預碳化的目的。清洗后的AⅡ由清洗塔內抽出，由清洗泵加壓后與AⅡ經冷卻器冷卻后送入制堿塔制堿。

塔組編制：按5塔一組，1臺清洗、4臺作業。

氣體流程：來自合成的變換氣進入作業碳化塔，塔頂尾氣再進入碳化尾氣回收塔，出碳化尾氣回收塔的氣體，一路直接送往合成，一路進入增壓機，經增壓后送往清洗碳化塔（氣量一般控制在12 000 Nm3／h左右），攪動塔內液體，以增加清洗效果，出清洗碳化塔的氣體返回到碳化尾氣回收塔的進口。

液體流程：加壓AⅡ泵出口，部分AⅡ液直接送往AⅡ冷卻器，部分AⅡ液送入清洗碳化塔進行清洗（流量正常在100～120m3／h），出清洗碳化塔AⅡ液，再用清洗AⅡ泵也送入AⅡ冷卻器，經冷卻后送入其它4臺作業碳化塔。

2 主要新增設備及需改造設備

1）新增2臺氫氮氣增壓機，一開一備。

參數 吸氣壓力：1.1MPa（絕）

排氣壓力：1.55MPa（絕）

打氣量：27m3／min

數據依據：原料氣按最高壓力1.0MPa核算，碳化塔壓差按0.35MPa核算，清洗氣量按最高15 000 Nm3／h核算，（正常控制在12 000Nm3／h左右）。

2）清洗泵：新增2臺清洗泵，一開一備。

參數 Q＝110m3／h

H＝58m

進口壓力：1.35MPa（表）。

3）碳化塔取出管口：現有管口為DN125，不能滿足流量需要，改造為DN150。

3 項目效益測算

1）氨耗：按照氨耗降低3kg計算，聯堿二期規模為20萬t／a，全年可減少氨損失600t。按現有合成氨成本2 900元／t計算，全年可增加效益174萬元；

2）消耗水量上，按單塔每次煮塔需200m3計算，5臺碳化塔全年可節水330／35×200×5＝9 500 m3，環保壓力大大減少；

3）煮塔蒸汽消耗：正常煮塔時間為24h，按三個外冷器蒸汽吹堵閥（DN50）全開、加熱時間為20 h、使用1.6MPa蒸汽計算，則每次煮塔消耗蒸汽量為：3.14×0.025×0.025×3 600×30×8.525×3×20＝108 412kg，約需要110t蒸汽，則全年5臺碳化塔煮塔需用蒸汽為330／35×110×5＝5 185t，按現有蒸汽成本170元計算，全年可增加效益8 185×170＝88萬元；

4）蒸餾蒸汽消耗：按現有淡液蒸餾塔蒸汽消耗量200kg／m3計算，5臺碳化塔煮塔水全年需消耗蒸汽330／35×200×200×5＝1 885t，按現有蒸汽成本170元計算，全年可增加效益1 885×170＝32萬元；

5）電耗：采用清洗工藝后，5臺碳化塔循環軸流泵（裝機功率45kW、煮塔水泵（裝機功率30kW）停開，增加清洗泵（裝機功率約30kW）和增壓機（裝機功率約200kW），從裝機功率上看基本相當。

6）安全：采用清洗工藝后將大大減少員工及維修工的工作量，同時也可避免因角閥等設備故障給生產帶來的影響，其潛在效益不可低估。

可以看出，如采用清洗工藝，在安全及環保上的效益不言而喻，在節能降耗上，全年可減少損失174＋88＋32＝294萬元，預計不到一年即可收回投資。

2012年8月份，利用系統停車大修機會，我公司對重堿車間Ⅱ系統五臺碳化塔進行了清洗工藝流程改造。

4 項目建成后運行情況

重堿車間Ⅱ系統于8月13日14：00利用4＃碳化塔進行清洗工藝試運行，整個清洗流程比較通暢，工藝試運行較順利。8月15日，碳化塔清洗工藝正式運行，采用碳化塔四開一清洗模式。

1）清洗AⅡ溫度36～38℃，進塔溫度31～33℃，中溫最高53℃，取出固定銨85.2～86.8tt，作業塔氣量14 000～15 000Nm3／h，操作壓力1.27MPa，清洗氣氣量達到8 000Nm3／h，碳化塔四開一清洗，每次倒塔有一個升溫的過程，溫度及指標波動較大。

2）從工藝數據來分析，清洗塔清洗后的AⅡ液內CO2含量要高于進清洗塔的AⅡ液內CO2含量1tt左右，反映出明顯的清洗效果。清洗塔倒換成作業塔后，從碳化塔各溫度點數據來看，特別從中部溫度（中上、中下部溫差1℃左右）及外冷器溫差（3℃左右）能夠反映出清洗效果。

3）在變換氣總氣量不變的情況下，清洗工藝運行后，Ⅱ系統日產純堿量由原來的650t漲至700t。但由于原5個碳化塔的生產負荷由現在的4個碳化塔進行分解，因此，作業碳化塔生產負荷較以前提高，MI CNH3略有降低，由83tt降至80tt左右，AⅠCNH3也有一定的降低，但通過近段時間運行，母液總量略有收縮。

4）清洗工藝運行后，操作人員由每日的倒換5個碳化塔外冷器改為倒換1次碳化塔，此外，還避免因外冷器倒換后內漏而帶來的一系列問題的處理。

5）清洗工藝的運行，碳化塔由每月1次蒸煮改為每半年1次蒸煮，一是解決了碳化塔每月蒸煮帶來的廢水回收的問題，減少舊蒸餾系統運行的次數約48次／年，減少外排，從很大程度上減輕了生產、環保壓力；二是減少了因碳化塔蒸煮造成的氨損失，碳酸氫鈉結晶的損失和蒸汽的消耗；三是避免了因開停塔而帶來的一些安全隱患。

6）碳化塔清洗工藝不使用角閥、軸流泵，避免了閥門泄漏的影響，減少日常維修，現場跑冒滴漏、掛淋明顯減少，操作環境有所改善，減少設備腐蝕；同時不會因煮塔時熱脹冷縮原理而破壞設備防腐層，防腐工作量大幅度降低。

5 結 語

清洗工藝運行以后，由于增加了增壓機崗位，需增加人員編制；且增壓機內運行氣體介質為氫、氮氣，安全運行需引起高度重視；清洗工藝現場調節閥門因為人為手控調節波動較大，影響生產的平穩性，今后可以考慮更換為自控閥門進行調節。總體來說，我公司碳化塔五塔一組清洗工藝的運行效果良好，滿足生產需要的同時做到了節能減排，產生了良好的經濟效益和社會效益。