聯堿碳化塔的升級改造

朱愛民

（中鹽德邦（江蘇）化工股份有限公司，江蘇 連云港 222002）

1 項目建設的背景

德邦公司目前在安徽淮南聯堿裝置能力為30萬t／a，系統采用加壓變換氣制堿，同時結合常壓爐氣制堿。變換氣加壓制堿采用變換氣進入制堿塔直接碳化，制堿塔尾氣進入清洗塔進行清洗，作業周期與清洗周期可以根據生產情況自由調整的工藝。此種變換氣制堿工藝是我國獨創的聯堿流程，其節能和節省投資的效果是十分顯著的，我公司一直以來堅持采用加壓變換氣制堿技術，積累了大量的經驗及基礎數據。我公司變換氣制堿設備采用內冷式索爾維碳化塔，原變換氣制堿塔型號為φ2.2／φ2.4×24.6m，單塔日生產能力為80t／d·塔；常壓爐氣碳化塔采用的是外冷式碳化塔，塔的型號為φ2.2×28.9m，單塔日生產能力為，75t／d·塔。隨著生產能力的增加，不管是變換氣制堿塔，還是外冷碳化塔，都不能滿足生產的要求，因此對變換氣制堿及常壓爐氣系統進行技術升級改造。

2 設備選型及核心設備改造方案

碳化系統技術改造涉及的主要設備包括變換氣碳化塔、常壓爐氣碳化塔、中和泵、AⅡ液泵、稠厚設備及尾氣凈化系統設備。核心設備變換氣碳化塔及常壓爐氣碳化塔主要由我公司自行設計。

2.1 加壓碳化塔

將φ2.2／φ2.4×24.6m 改造為φ2.2／φ2.7×26.4m，額定工作壓力為1.1MPa，設計壓力1.3 MPa，換熱面積537m2，全容積123m3，單塔產能120t／d·塔，上部笠帽24個，下部笠帽9個。對碳化塔重新進行了設計計算，針對碳化塔不同高度，設計了笠帽的不同開孔率，同時考慮合適的氣相及固相流道，計算流通通道的具體尺寸。同時考慮單塔負荷的增加，調整了冷卻水箱布管型式及冷卻水箱數量。

2.2 常壓爐氣碳化塔

原來采用的是φ2.2×28.9m外冷式碳化塔，碳化結晶質量較差。在這次改造中淘汰了3臺外冷式碳化塔，采用公司自主設計φ3.0／φ3.5×30.7m異徑內冷式常壓碳化塔。設計額定工作壓力為0.5 MPa，設計壓力0.6MPa，換熱面積1 564m2，全容積244m3，設計單塔產能200t／d·塔，上部笠帽24個，下部笠帽8個。由于采用爐氣制堿，同時使用空氣進行清洗，故我公司對常壓爐氣碳化塔進行了相關設計計算，計算了碳化塔總高度，同時設計了合適的反應凈化段及結晶冷卻段，通過計算不同笠帽采用的不同的開孔率，以達到最佳的清洗效果。同時考慮合適的氣相及固相流道，計算出流通通道的具體尺寸。根據單塔負荷的具體情況，采用h＝1 250mm高水箱，調整冷卻水箱布管型式，以適應大負荷的要求。同時根據碳化塔具體結構，設計了底部氣體分布器，解決底部堆堿的問題。

2.3 中和泵及氨Ⅱ泵

均選用既耐腐蝕又耐沖刷的堿液泵。中和泵型號IJ125－80－250A技術參數流量Q＝135m3／h，揚程H＝66m；氨Ⅱ泵型號IJ125－100－315技術參數流量Q＝200m3／h，揚程H＝125m。

2.4 旋液分離器

變換氣加壓碳化塔取出的固液比為25%左右，直接進入轉鼓過濾機勢必增加濾堿機運行負荷，所以本改造采用φ380×1 904旋液分離器進行稠厚，可以有效提高稠厚后的固液比至32%左右。

2.5 尾氣凈化塔

選用φ2.8×24.7m泡罩式吸收塔，采用三級凈氨，一級采用冷AⅠ，二級采用淡液（回收蒸氨殘液），三級采用軟水，逐級進行洗滌吸收，將回合成高壓機三段入口的氨含量降低到0.2%以下。

改造前后設備變化見表1。

表1 改造前后主要設備一覽表

3 項目投資情況

碳化系統改造總投資為：1 950萬元，其中

設備費用：480萬元

安裝材料費用：1210萬元

土建：25萬元

防腐保溫：85萬元

電器及儀表：140萬元

其它費用：10萬元

4 項目運行情況

碳化系統生產運行平穩，各項指標均達到設計能力，部分關鍵指標超過了原設計參數。碳化塔三點溫度遠高于設計溫度，尤其中部反應溫度高達66.4℃。無論從碳化塔的產能、制堿運行周期、碳化轉化率，還是碳化取出結晶質量、洗水當量、噸堿氨耗各方面均優于傳統的內冷式索爾維碳化塔，也優于國內其他類型碳化塔各項參數。具體運行數據見表2。

表2 大型加壓碳化塔、常壓爐氣碳化塔運行數據一覽表

4.1 碳化塔生產能力

1）加壓變換氣碳化塔：根據系統進塔AⅡ母液及取出母液成分核算，德邦公司噸堿母液當量在9.2～9.5m3／t堿，進塔 AⅡ流量在51～56m3／h，單塔生產能力135t／d·臺。原加壓碳化塔生產能力為80t／d·臺，大型塔能力是原來加壓碳化塔的1.69倍，產能提升69%左右。

2）常壓爐氣碳化塔：根據目前進塔AⅡ母液及取出母液成分核算，淮南公司噸堿母液當量在9.2～9.5m3／t堿，進塔AⅡ流量在95～100m3／h，單塔生產能力253t／d·臺。因此從以上查定數據及計算數據，自主設計的內冷式常壓碳化塔，單塔生產能力超過原設計能力（200t／d·臺）25%～28%，是原有的外冷式碳化塔（75t／d·臺）產能的3.4倍，實現了常壓爐氣塔的大型化。

4.2 碳化塔制堿、清洗周期及清洗效果

根據碳化塔投入使用來看，單塔制堿運行周期采用的是48h（結晶質量、碳化轉化率均較好情況下），清洗周期在24h情況下，均能徹底清洗好碳化塔。目前投入使用后6個月，在未發生事故狀態下未進行煮塔作業。由表2可以看出，進塔清洗的AⅡ液CO2濃度為17.2tt，大大提高了碳化塔的溶疤能力，溶疤速度也得到提高。改造前AⅡ液CO2濃度為22tt，碳化塔結疤溶解度為25g／L；改造后結疤，溶解度為43g／L，相當于改造前的2倍，溶解速度常數達到0.85cm／h，是改造前1.3倍。

4.3 碳化轉化率

根據以上查定數據可以看出，無論是加壓變換氣碳化塔還是內冷式常壓爐氣碳化塔，碳酸化后出堿液CNH3基本均在86.4tt以上，最高能達到87.6tt，平均86.6tt，進塔AⅡ液固定銨38.2～40 tt，取出液固定銨增量能達到46～47.6tt，與原加壓碳化塔固定銨增量40～42tt相比較，增量提高了15%～20%，優于國內同行業固定銨增量40～43 tt，系統母液噸堿當量下降了15%～20%，大大降低了系統的電耗。

4.4 碳化重堿結晶情況

1）加壓變換氣碳化塔：依據表2可以看出，在變換氣碳化塔作業初期，取出液沉降時間基本在50s以下，取出固液比25%～30%，旋液后在50%以上；碳化塔作業到24h，取出液沉降時間也在62s，取出固液比旋液后在超過50%；當碳化塔作業到48h以上時，取出液沉降時間也在60～70s，取出固液比旋液后超過50%；從以上數據可以看出，碳化塔重堿的結晶質量非常好，取出液的固液比超過25%，經過稠厚裝置進一步稠厚，可以提高濾堿機的生產能力。

2）常壓爐氣碳化塔：依據表2，在常壓碳化塔作業初期，取出液沉降時間基本在40s以下，取出固液比也在30%以上；碳化塔作業到24h時，取出液沉降時間也在60s，取出固液比超過30%；當碳化塔作業到48h以上時，取出液沉降時間也在65～75 s，取出固液比超過30%；從以上數據可以看出，碳化塔重堿的結晶質量非常好，取出液固液比超過30%，可以不經過稠厚裝置，直接進入取出槽及濾堿機分離。

4.5 濾過洗水當量、重堿水分及消耗情況

在碳化系統進行技術改造前，系統的洗水當量在700kg／t堿，母液系統呈現膨脹現象，在改造后，系統的洗水當量降低到650～670kg／t堿，系統母液連續收縮，每天大約收縮60～90m3，目前淮南公司各類含氨廢水全部進入系統，同時間斷停掉蒸氨系統，冷凝液基本作為配制母液使用，這也降低了系統蒸汽消耗。重堿水分在本碳化系統改造后有所下降，從原來的18.5%下降到17%～17.5%，水分下降約1%～1.5%。同時公司主要消耗指標均得到優化，噸堿氨耗328kg／t堿，較改造前332kg／t堿下降 4kg／t堿。噸堿鹽耗由1 200kg／t堿下降到1 150kg／t堿，下降了50kg／t堿。具體經濟消耗指標見表3。

表3 大型碳化塔運行數據一覽表

5 項目存在問題及擬采取的措施

5.1 爐氣壓力較低，影響碳化反應平衡分壓

本次技術改造未對爐氣系統進行調整，仍然配套原有的往復式爐氣壓縮機，壓縮機排氣壓力在0.38MPa，爐氣常壓塔進氣壓力只有0.33MPa，這樣在爐氣濃度得不到提高的情況下，碳化反應的平衡分壓不足，一定程度上影響碳化的轉化率。針對以上問題可以將壓縮機更新為0.6MPa壓力等級的螺桿式或離心式壓縮機，或者在原有往復式壓縮機進口增加提壓設備。

5.2 中段氣未投入使用

無論是變換氣加壓塔還是常壓爐氣塔，中段氣未投入使用，這多少會影響碳化塔的產能。建議增加中段氣進氣管線，積累中段氣運行數據。

6 經濟效益分析

本技術改造項目投入生產使用后，碳化系統洗水當量降低到650～670kg／t堿，母液系統連續收縮，含氨廢水全部進入系統。噸堿氨耗降低4kg／t堿，噸堿鹽耗下降了50kg／t堿，由于碳化結晶質量提高，重堿水分在本碳化系統改造后下降約1%，同時由于系統每天收縮母液約80m3，系統采用間斷停掉蒸氨系統，冷凝液母液配制使用，這也降低蒸氨系統蒸汽消耗，碳化系統改造后新產生的年經濟效益合計約1 756萬元。如果扣除系統固定資產折舊、系統運行的費用及其他各項費用，1.2年即可回收全部投資，經濟效益顯著。

［1］ 陳學勤.氨堿法純堿工藝［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1989

［2］ 韓行治.聯合制堿法［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1989

［3］ 王楚.純堿生產工藝與設備計算［M］.北京：化學工業出版社，1995