輕灰爐氣濕法洗滌流程工藝及改進措施

， ，李瑞，

(1.中鹽昆山有限公司，江蘇昆山 215300，2.中國成達工程有限公司，四川成都 610041)

1 爐氣濕法洗滌流程原理

中鹽昆山有限公司遷建年產(chǎn)60萬t純堿項目輕灰爐氣洗滌采用濕法流程。其特點是：煅燒爐爐氣夾帶堿塵用熱堿液循環(huán)洗滌，過程中產(chǎn)生的熱堿液全部作為濾過工序真空帶式過濾機重堿濾餅洗水使用，最終返回母液系統(tǒng)；避免了干法流程因電除塵布置帶來的頻繁清理而引起的生產(chǎn)波動；爐氣經(jīng)熱堿液洗滌后，爐氣冷凝液中堿度很低，含堿度小于1 tt，經(jīng)過蒸氨后形成的蒸餾廢淡液便于在后工序作為尾氣洗水使用；濕法洗滌流程不會引起聯(lián)堿母液的膨脹。

圖1 工藝流程

此流程操作的工藝要點如下：

1)控制產(chǎn)生的熱堿液量恰好等于濾過工序所需的濾餅洗水用量。熱堿液來源包括二部分：①進入爐氣洗滌塔的尾氣洗氨水，②爐氣溫度由108 ℃降溫到90 ℃形成的蒸汽冷凝水。尾氣洗氨水來源：淡液蒸餾塔塔底冷卻廢淡液先洗滌過濾尾氣，再洗滌碳化尾氣，形成的洗氨水全部入爐氣洗滌塔，也即，廢淡液的用量就是洗氨水的量。

2)實際生產(chǎn)中，熱堿液中可以控制好Cl-<0.2 tt，則作為濾過工序洗水使用不會影響純堿產(chǎn)品質(zhì)量。

3)爐氣洗滌塔采用填料結(jié)構(gòu)，液體循環(huán)吸收爐氣中氨，形成的洗滌水送往熱堿液塔；熱堿液塔采用填料結(jié)構(gòu)，液體循環(huán)吸收爐氣中堿粉，形成的熱堿液送往濾過工序洗水桶；爐氣冷凝塔采用波紋管水冷式，形成的爐氣冷凝液送往淡液蒸餾塔。

4)提高爐氣分離器對堿粉的分離效率是降低熱堿液總堿度的有效措施，有利于后工序的平穩(wěn)運行。

2 熱堿液體系Na2CO3-NaHCO3-H2O的相平衡

在熱堿液的形成、冷卻、輸送過程中，存在著下列動態(tài)平衡。

Na2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(l)=2NaHCO3(s)+Q

(1)

上述反應(yīng)不能完全進行，其反應(yīng)程度取決于Na2CO3-NaHCO3的相互平衡條件，根據(jù)對Na2CO3-NaHCO3-H2O系統(tǒng)相圖的研究，提供了上述平衡本系中結(jié)晶析出的依據(jù)。

表1 Na2CO3-NaHCO3-H2O體系溶解度

根據(jù)上表并結(jié)合生產(chǎn)實際可知：

1)實際生產(chǎn)中，熱堿液冷卻后作為濾過工序洗水的溫度43 ℃，查Na2CO3-NaHCO3-H2O體系相圖，與45 ℃時相圖對應(yīng)值相差無幾。

2)括號內(nèi)數(shù)值指滴度或稱堿度，熱堿液密度取1 220 kg/m3。

3)在熱堿液體系中，當(dāng)系統(tǒng)平衡時，系統(tǒng)的最終狀態(tài)只取決于溫度與時間。

4)Na2CO3在水中的溶解度非常大，飽和溶解度達148.4 tt；NaHCO3在水中的溶解度為34.8 tt。

5)爐氣經(jīng)旋風(fēng)分離后，爐氣夾帶的粉塵絕大部分是Na2CO3。

6)90 ℃熱堿液塔中的液體，盡管CO2量是飽和的，由于溫度較高，反應(yīng)(1)并不能完全進行形成。在熱堿液塔中，液體是Na2CO3的不飽和溶液。反應(yīng)進行程度有測定數(shù)據(jù)，見表2。

表2 43 ℃熱堿液中組分(改造后實測數(shù)據(jù))

7)高溫?zé)釅A液循環(huán)吸收堿粉后，在維持塔液位前提下，部分液體經(jīng)水冷后送至濾過工序的洗水桶，在熱堿液冷卻到43 ℃及輸送過程中，當(dāng)總堿度較高時，溶液將結(jié)晶析出NaHCO3。實際生產(chǎn)中也印證了這一情況。

8)反應(yīng)(1)進行的程度隨實際工藝條件的變化而有所變化，其組份(Na2CO3、NaHCO3)中相對量也會發(fā)生變化，但總堿度不變。

9)當(dāng)熱堿液總堿度較高時，且反應(yīng)(1)生成的NaHCO3在過飽和溶液中析出時并不具備“緩慢、足夠停留時間”等結(jié)晶長大的條件，因此析出的NaHCO3結(jié)晶很細，多數(shù)在50 μm以下。

3 高溫?zé)釅A液中游離二氧化碳量對冷卻后組分的影響

在熱堿液塔中，含23%CO2(V)的爐氣與循環(huán)熱堿液逆流接觸。每塔的爐氣量巨大，在反應(yīng)(1)中，CO2大大過量。

圖2 不同分壓下CO2溶解度

例：p=50 kPa

t=30 ℃

則S=27×10-5(摩爾)

從圖2可知，23 kPa CO2分壓、90 ℃條件下，CO2的溶解度為5×10-5mol/molH2O， 即5×10-5×22.4×1 000 mL/18 gH2O，即6.23 mL/100 gH2O，即0.0122 gCO2/100 gH2O。在熱堿液塔中，有理由認為CO2與堿液充分接觸并參與反應(yīng)(1)，反應(yīng)(1)進行的程度以實測數(shù)據(jù)為準。從熱堿液塔中輸出的堿液中游離CO2的量非常有限。在熱堿液后續(xù)的冷卻輸送過程中，即使0.0122 gCO2/100 gH2O全部參與反應(yīng)(1)，也僅生存0.046 gNaHCO3/100 gH2O，即90 ℃熱堿液與43 ℃熱堿液中，組分的相對量幾乎不變。

4 改造前存在問題及影響

就爐氣濕法洗滌流程來說，形成的大量熱堿液必須全部作為濾過工序的洗水使用完，實際操作中，除了需要控制好恰當(dāng)?shù)臒釅A液量以外，其堿度數(shù)值尤其重要，而堿度值偏高將帶來一系列問題。

1)在熱堿液的冷卻及輸送到過程中，當(dāng)總堿度較高時，將析出NaHCO3，久而久之，會引起“管道堵塞”“洗水桶底部積堿”“洗水槽積堿”等現(xiàn)象。

2)帶濾機機身后半部真空盒及真空管堵塞。

作為濾餅洗滌水的熱堿液中的“細小顆粒”透過濾布后進入真空盒及真空管，由于此區(qū)域過濾液流量很小，且真空下濾液的蒸發(fā)，易發(fā)生“堵塞真空管”現(xiàn)象，由此濾餅干燥區(qū)作用并未充分發(fā)揮，導(dǎo)致重堿水分偏高，且真空盒的清理作業(yè)周期不到一個月。

3)帶濾機濾餅水分偏高。

原因是熱堿液中析出的50 μm以下的“細小顆粒”阻塞濾餅流道及濾布孔隙，從而引起濾布的透氣性能比較差。

經(jīng)反復(fù)分析討論，確定主要原因是爐氣分離器效率低下而導(dǎo)致的熱堿液堿度值偏高。通過對分離器圖紙的核實，設(shè)備本體并無問題，主要是入口氣體切線速率太低的原因。

5 改造前后爐氣分離器的切線速率

進風(fēng)口截面積減小后，查定數(shù)據(jù)見表3。

爐氣濃度 85%

爐氣溫度 106 ℃

原進風(fēng)口 1 100×550 mm

改進風(fēng)口 960×425 mm

爐氣壓力 -0.5 kPa

原截面積 0.605 m2

改截面積 0.408 m2

6 技改過程注意要點

1)分離器的入口水平1.5 m長爐氣方管全部調(diào)整尺寸。采取在方管內(nèi)焊按鋼板縮小分離器入口截面積、保證方管合理的寬高比例、爐氣從分離器器壁切向進入的施工方法，以保持爐氣入口速度的均勻性與方向性。

2)改造后，由于氣體流速增加，管線阻力將略為增大，原則是不得影響爐頭的負壓，也即必須能保持爐頭負壓在-50 mmH2O以上。此點為維系爐子生產(chǎn)能力與正常運行之關(guān)鍵。

3)由于本公司有二臺φ630轉(zhuǎn)子的爐氣螺桿壓縮機，總管線阻力不大、抽氣量十分富裕，適當(dāng)提高爐氣入口速度并不會對爐頭負壓產(chǎn)生影響。

表3 單臺分離器入口流速

7 運行效果

當(dāng)前生產(chǎn)，以熱堿液量52 m3/h、總堿度由Na2CO3、NaHCO3引起。

改造前熱堿液平均總堿度：46 tt ；改造后熱堿液平均總堿度：33 tt 。

1)每小時減少爐氣的堿粉帶出量為：

(46-33)÷2÷20×106×52×1.15=2 060 kg

年減少堿粉帶出量16 480 t。

2)避免輸送管道及后工序出現(xiàn)的結(jié)疤堵塞現(xiàn)象。

3)有利于后續(xù)濾過工序的平穩(wěn)運行。

2018年6月5日，爐氣分離器改造后投入運行，從實際使用效果來看，提高爐氣分離器的入口速度無疑是降低熱堿液濃度的有效措施。

8 結(jié) 語

1)輕灰爐氣濕法洗滌流程有其獨到的優(yōu)勢，有利于煅燒工序爐氣洗滌系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行。

2)通過技術(shù)改造，將熱堿液總堿度控制在35 tt以內(nèi)，作為洗水用的熱堿液在任何階段不會有結(jié)晶析出，由此，對后續(xù)工序的平穩(wěn)運行、降低重堿水分大有益處。