略論碳化塔洗水回收裝置的可行性

張立武，肖思安

（湖北雙環科技股份有限公司，湖北 應城 432407）

在純堿生產中，在碳化塔內發生氨母液Ⅱ吸收二氧化碳，制得碳酸氫鈉的碳酸化反應。由于碳酸氫鈉和結晶附著于塔的菌帽、花盤以及底部冷卻水列管、碳化塔死角等處，形成疤垢，這些疤塊影響吸收和冷卻效率，需要用氨母液Ⅱ清洗溶解塔內疤塊，該塔被稱之為清洗塔。碳化塔清洗后改為制堿作業，該塔稱之為制堿塔。

由于塔況、母液成分、操作穩定性、生產負荷的波動及作業周期延長等因素的影響，在碳化塔內積聚或形成的碳酸氫鈉疤垢，在制堿塔變為清洗塔清洗時常常無法清洗干凈，累積加厚，最終導致碳化塔無法的正常作業，需采用水洗的方法徹底清洗疤塊，以保證碳化塔作業正常。

碳化塔水洗的方式有兩種：一種是采用“直流水水洗碳化塔”，即用循環水泵或一次水泵向塔內加水至一定的塔壓后，用少量清洗氣幫助攪拌，開啟塔底排放閥，碳化塔洗塔水直接排入地溝；另一種是采用“水煮洗水洗碳化塔”，即用循環水泵或一次水泵向塔內加水至一定的塔壓后，開塔底出堿口或塔中部蒸汽煮塔，用少量清洗氣幫助攪拌，并用循環泵或CO2氣升器使塔內水循環，洗塔水回收利用。

采用“直流水水洗碳化塔”的方式水洗碳化塔內結疤時，由于洗塔水直接排入地溝，造成地下水中的氨氮含量較高，環境污染嚴重；采用“水煮洗碳化塔”的方式水洗碳化塔內結疤時，易造成碳化塔內鐵銹剝落而出色堿，同時因使用蒸汽壓力較高，易出現超壓事故。

1 雙環公司洗塔消耗情況

湖北雙環科技股份有限公司（以下簡稱：雙環公司）碳化塔在作業過程中易結疤，疤塊主要成分為碳酸氫鈉、碳酸氫銨，結疤后，碳化塔很難作業，必須水洗。目前，碳化塔的水洗平均次數為50次／月，經分析測算，每次洗塔用時約8h，用水流量120m3／h，每次耗水約960m3，由此計算，月總耗水量為48 000m3，年總耗水為576 000m3，每次洗塔損失堿約6t，氨約1t，由此計算，年損失純堿3 600t，氨600t，且洗塔水直排后，造成嚴重環境污染。

2007年雙環公司投資160余萬元在聯堿事業部新建了碳化塔洗水回收裝置，但試運行后效果不好而停運。

2 碳化洗塔水回收裝置原理

雙環公司碳化洗塔水裝置如圖1，該裝置主要包括一個兩級回收池、一臺加熱器、三臺泵及四條管道。兩級回收池之間配置倒液泵及倒液管道，所配倒液管道與兩級回收池及倒液泵相連；兩級回收池前配置排液泵及排液管道，所配排液管道與碳化塔底部排放閥、排液泵及第一級回收池相連；兩級回收池后配置輸液泵、加熱器、輸液管道及循環管道，所配輸液管道與碳化塔頂部進水閥、加熱器、輸液泵相連，在加熱器后配置的循環管道與第一級回收池相連。

圖1 碳化洗塔水回收裝置流程

碳化洗塔水的主要成分是碳酸氫鈉和碳酸氫銨的飽和（或不飽和）溶液，而碳酸氫鈉及碳酸氫銨在水中的溶解度隨溫度的升高略為增大。當碳化洗塔水溫度升高較多時，碳化洗塔水又變成碳酸氫鈉的不飽和溶液，重新具備溶解碳酸氫鈉等碳化塔疤塊的能力，能夠反復洗塔。

如碳酸氫鈉在25℃、50℃的溶解度分別為10.35g、14.45g；同溫度碳酸氫銨的溶解度為21.35g，且碳酸氫銨在40℃時基本分解。因此，一級回收池200m3的水溫度從25℃升至50℃可多溶解碳酸氫鈉8.2t，碳酸氫銨基本分解；再加上管道及水洗碳化塔150～200m3的容量，每個碳化塔的實際循環洗塔水量可達350～400m3；這些升溫30℃后的洗塔水足夠溶解任何一個正常作業的碳化塔內形成的疤塊，完全能夠滿足循環洗塔的要求。

3 碳化洗塔水回收工藝流程

碳化洗塔水回收利用裝置，采用間歇操作。首先，將循環水洗塔后的洗水通過新增洗水排放泵，打到新建回收池。當碳化塔需要水洗時，將第一級回收池中的洗水用新增的洗水輸送泵經新增加熱器升溫后，打到重堿廠房五樓即將水洗的碳化塔中（水洗塔的操作方式與循環水洗塔方式類同），循環洗塔。洗塔水用洗水排放泵打到新建的第一級回收池。洗塔完畢，用新增的洗水倒液泵將第一級回收池中的洗塔水打入第二級回收池自然降溫。

進行下一次碳化塔水洗操作前，先將第二級回收池中的洗水用洗水倒液泵打入第一級回收池，再用洗水輸送泵經加熱器重新加熱后，打到重堿廠房五樓即將水洗的碳化塔中，循環洗塔。

當洗塔水濃縮到與系統成分接近且系統母液出現收縮時，并入聯堿生產系統。

4 裝置的運行方式

當碳化塔結疤嚴重需水洗時，利用本裝置水洗碳化塔，包括以下步驟：

1）開啟輸液泵、加熱器及循環管道上的閥門，將兩級回收池第一級中的洗水加熱升溫30℃；同時，用氨母液Ⅱ清洗待水洗碳化塔1h，并拉空碳化塔。

2）開啟輸液管道上的閥門，將升溫后的池水打入碳化塔內，當塔壓升至0.2MPa時，在碳化塔內加入少量清洗氣攪拌洗滌，開啟碳化塔底部排液泵及排液管道上的閥門，將碳化塔內洗水排放至第一級回收池循環洗塔；同時開啟倒液泵及倒液管道上的閥門，從第二級回收池向第一級回收池補水，至第一級回收池滿液位。

3）恒溫循環洗塔8～10h，再通過碳化塔頂現有水管向碳化塔加水10～30min，淋洗碳化塔；開啟倒液泵及倒液管道上的閥門，將第一級回收池的池水全部打入第二級回收池，洗塔結束。

4）第二級回收池中，從第一級回收池打入的熱池水與池中冷水混合，降溫，沉積疤塊。

5）水洗下一個碳化塔時，先開啟倒液泵及倒液管道，將第二級回收池中的冷水打入第一級回收池，重復以上步驟。

水洗下來的結晶最終進入二級沉淀池冷卻沉降，當積累到一定量后，挖出其中的沉淀物外賣，條件適宜時再挖池中沉降物，當池中廢水氨濃度達到系統需要濃度時，回系統再利用；水洗下來的大疤塊在泵前過濾罐中清除。

5 整改建議

5.1 對泵房的改造

泵房當初設計低于地面，墻面防水能力極差，導致泵房長期積水，不僅對設備安全留下隱患，也對操作人員的安全操作留下了隱患。建議在泵房里污水池內安裝自吸泵防止泵房積水導致電機被燒毀同時方便操作人員操作。同時為了防止在下雨天雨水流到泵房內，在泵房前面和側面挖一條溝渠，將水從西邊引到中干渠。

5.2 第一級回收池加裝液位計

在洗塔水回收池第一級回收池內加裝液位計，因為只有保證回收池液位的穩定，不被抽空，才能保證碳化水洗塔的塔壓平穩，而塔壓是保證洗好塔的首要條件，塔壓平穩才能更充分溶解塔內疤塊，從而達到水洗塔的效果和目的，并將數據接至碳化微機上便于監控。并配備一組對講機方便聯系，及時調節電流及液位。

5.3 對泵型進行改型

將輸送進碳化塔的輸送泵改為：IJ125－100－250F2，電機型號：Y280S－75KW。倒液泵改為泵型號：IJ100－80－160F2，電機型號：Y160L－18.5KW。

5.4 更換加熱器

原換熱器為利舊設備，碳鋼材質，不耐氯根腐蝕，需更換能耐高濃度氯根及堿液腐蝕的換熱器。

5.5 工藝改進

將倒液泵在一級池內入口管的標高進一步降低；倒液泵打到二級池的管線多配幾個支管。

5.6 注意事項

為保證洗塔效果，每次洗完塔后必須將一級池內洗塔水全部打入第二級回收池。

［1］ 天津化工研究院.無機鹽工業手冊［M］.北京：化學工業出版社，2001

［2］ 湖北雙環科技股份有限公司.碳化塔水洗方法及其裝置：中國，ZL201310362658.2［P］.2013－12－11