變換氣制堿外冷碳化塔串塔清洗

魏正全

（四川廣宇化工股份有限公司，四川 廣漢 618300）

變換氣制堿是我國獨創的制堿技術，以其具有顯著的節能效果得到廣泛應用，特別是外冷式變換氣制堿碳化塔的成功開發，使得變換氣制堿技術得到了迅速發展。而近幾年來，外冷式碳化塔在其自身結構、角閥密封形式及材料以及配套工藝等方面的不斷完善，解決了外冷式碳化塔因角閥墊易泄漏、外冷器清洗差的問題，延長了碳化塔作業周期。然而，碳化塔的清洗問題一直困擾著很多企業。

以前，對于碳化塔的清洗，行業中大多企業采用先用AⅡ清洗，再用水洗（或直接水清洗），清洗水可直接排放的洗塔方式（未采用串塔AⅡ清洗是因為壓力損失大，不能滿足后工序壓縮機級間壓差）。但隨著國家對自然資源及環保治理的一再重視，對企業的取、排放水都進行嚴格控制，碳化塔清洗水的消化問題嚴峻地呈現在我們面前。產能大且管理好的企業，靠系統母液收縮進行回收，但現市場競爭激烈，用戶對純堿質量要求越來越高，系統母液收縮量有限，要消化過多的洗塔水顯得比較困難。

1 碳化塔用水清洗存在的問題

我廠于2003年結合合成氨系統改造，配套上了一套變換氣制堿系統，始建為兩臺φ2800／φ3800三外冷碳化塔。碳化塔的清洗，采用先AⅡ清洗，后用水清洗。為縮短清洗時間，常加入空氣或碳化老系統（爐氣＋窯氣制堿）碳化尾氣作清洗攪拌氣。這種清洗方式存在著以下缺點：

1）工作量大，操作復雜。每次停塔清洗都需要泄壓、倒液和抽插多個盲板。

2）存在較大的安全隱患。變換氣中氫氮氣濃度高，而加入的空氣或碳化尾氣中氧含量高，容易達到氫的爆炸極限而發生事故。

3）多耗費變換氣。每次洗塔開停車都要進行氧、CO2置換，浪費一部分變換氣。

4）清洗水的貯存問題。我廠變換氣制堿塔每洗一次（臺）要產生200m3洗水，此部分淡氨洗水需要循環洗塔提濃后緩慢補入生產系統，需要貯存場地和容器，而且多了氨暴空揮發，污染環境。

5）清洗水源問題。采用軟水清洗，一則我廠軟水生產能力有限，需要時間較長，再則軟水成本較高。若用原水清洗，水雜質含量高，進入生產系統，影響生產反應及產品質量。

6）洗塔水消化問題。碳化塔洗塔水中氨大部分是CNH3，無法送去淡液蒸餾，只能靠系統母液收縮后補入生產系統。一旦遇到生產出現較大波動，無法消化洗塔水時，這將給我們的環保治理工作帶來非常大的壓力，生產管理也很被動。

水洗碳化塔存在著以上眾多的問題，特別是環保工作的壓力，迫使我們尋找其它洗塔方法，從根本上杜絕碳化洗塔水的產生。我廠采用的是天然氣制氨工藝，變換氣含CO2在17%左右，為達到一定的CO2分壓，變換氣制堿塔操作壓力控制在1.9～2.0 MPa，而進入甲烷化系統在1.35MPa左右，存在有0.6～0.65MPa的壓差，由變換氣制堿系統控制壓力。于是我們借鑒了索爾維塔的清洗方式，利用系統存在的壓差，將變換氣制堿碳化塔清洗改為串塔AⅡ清洗。

2 AⅡ洗疤原理

碳化塔結疤成分主要是NaHCO3。AⅡ成分：FNH370tt、CNH340tt、CO220tt。從AⅡ成分可看出：AⅡ的碳化度低，溶液中濃度遠低于析出NaHCO3所需要的濃度，當AⅡ與塔中堿疤接觸時，不僅有物理溶解作用，而且還伴有化學反應，即堿疤中的NaHCO3與AⅡ中的NH4OH、NH4Cl作用，溶解堿疤。

2NaHCO3＋ 2NH4OH → （NH4）2CO3＋Na2CO3＋2H2O

NaHCO3＋NH4Cl→NaCl＋NH3＋CO2＋H2O

對于濃氣制堿，因通入的攪拌氣CO2含量高，AⅡ在洗塔的同時吸收部分CO2，達到清洗、預碳化兩目的，AⅡ的清洗效果較好。而對于變換氣制堿，串入的制堿尾氣CO2≤0.5%，清洗AⅡ（中和水）CO2變化不大，這對碳化塔的清洗更有利。

3 串塔清洗工藝流程及操作管理

碳化塔串塔清洗工藝比較簡單，即將原來的洗水泵改為中和水泵，增設一套串氣管線即可。洗塔時將碳化尾氣分一部分經串氣管去清洗塔作洗塔攪拌氣，出清洗塔后與另一部分碳化尾氣匯合再進入尾氣回收塔洗氨。而中和水泵抽清洗塔液送入清洗AⅡ總管，清洗外冷器后送制堿塔或自身循環。

操作管理上，碳化塔作業一月左右即倒塔清洗，串氣清洗一星期即能達到要求。碳化塔清洗時，液位控制低一點，控制壓差0.25MPa左右（制堿塔壓差0.35MPa），一是為了降低系統阻力，為后工序提供更好的條件；二是防止在操作中出現大的波動時，因液位過高而使AⅡ冒塔帶入尾氣洗滌塔。

圖1 碳化塔串塔清洗流程示意圖

清洗碳化塔，通入氣量很關鍵，氣量過小，達不到攪拌洗滌作用；氣量過大，除容易帶液入尾塔外，還會帶走過多的氨，增加尾塔負荷。因此，對于變換氣制堿外冷塔的清洗，只需分一部分氣去作攪拌氣，維持一定的空塔氣速即可。

4 運行效果

我廠變換氣制堿碳化塔串塔清洗工藝于2005年上C塔時一并改造，運行至今已近8年時間，收到比較理想的效果：

1）系統在不嚴重強化生產的情況下，完全不再用水清洗碳化塔，從根本上解決了碳化塔洗塔水的產生，也就解決了洗塔水處理的諸多問題。

2）簡化操作，大大地減輕了工人的勞動強度。

3）優化了工藝流程。中和水進入清洗AⅡ總管，增加了外冷器清洗AⅡ量，同時可以做到中和水與AⅡ分別清洗兩制堿塔外冷器（此段時間AⅡ循環泵可停用），這樣的工藝配置讓操作的彈性更大，也解決了外冷器AⅡ清洗量偏小和AⅡ分配偏流的問題。

4）減少洗塔排放損失。每次洗塔時，部分母液（塔液不能完全倒空）和塔內疤塊進入洗塔水，生產系統無法消化這部分洗塔水時，只能設法排放。經過查定，每次洗塔損失堿8.5t，氨1.75t，變換氣1 400m3，折價1.55萬元。年減少損失1.55×11×2＝34.10萬元。

5 小 結

我廠的天然氣制氨工藝決定了碳化塔操作壓力高，動力消耗增加，對設備、管、閥要求高，檢修頻率也會增加，這是我廠變換氣制堿的劣勢，但經過我們認真摸索，大膽創新，利用系統壓差，解決了碳化塔水洗問題，將劣勢轉化成了優勢。變換氣制堿塔串塔AⅡ清洗改造項目投資少，見效快。盡管其直接經濟效益不很明顯，碳化塔設備利用率降低，但卻具有很大的社會效益。碳化塔洗塔水的根除，為我廠的生產管理和環保治理工作提供了保障。