淺析聯堿碳化塔內結疤的生成與解決措施

王春鵬，劉東

（天津渤化永利化工股份有限公司堿業公司 重堿部，天津 300452）

1 聯堿碳化塔內結疤在清洗過程遇到問題的論述

聯堿碳化塔在運行過程中清洗塔內結疤主要存在的問題：對聯堿塔來說，因AII溶解結疤速度較慢，結疤嚴重時，可能每周期有疤垢及積堿殘留，積存日久，致反應空間縮小，工況不正常乃至惡化，故清洗時間在18h以上，如果仍出現不正常現象，可安排每季度或半年內輪換用清水蒸煮一遍，以再生其制堿能力。根據調查，如我廠聯堿塔編組為1、3組為四座塔，2、4組為5座塔。4塔1組，制堿作業周期48h，清洗作業16h，或者制堿周期72h，清洗24h，結疤的情況更為嚴重些，30d左右就需要煮塔一遍。但煮塔后的堿液如何處置是我廠現在遇到的難點。

2 聯堿碳化塔內結疤在清洗過程問題分析

聯堿碳化塔的制堿作業狀況與氨堿法作業狀況不同。聯堿塔中結疤的清洗條件遠不如氨堿法有利，主要有以下幾個方面因素：第一，在工藝過程中，聯堿法氨母液II的碳化度比較高，然而氨堿法的氨鹽水碳化度偏低。這說明聯堿塔的清洗結疤的效果能力較低，在其他因素相同的條件下，溶解結疤的速度較慢。第二，由于同樣的條件下，出堿的限制使聯堿法清洗氣的進氣量（含二氧化碳氣體）要比氨堿法小。第三，聯堿塔結疤中的鈣鎂含量要比氨堿塔高很多，導致了聯堿塔的結疤要比氨堿法更難于溶解，結疤處理也會更加難處理。

聯堿塔和氨堿塔的結疤和清洗條件上的不同說明，聯堿塔的清洗在制堿和清洗生產作業方面，不能完全效仿，要在制堿作業的周期，碳化塔編組以及清洗氣選擇、清洗氣量、清洗方法等方面需要建立一套自己的理論來指導以后工作內容。

3 聯堿碳化塔內結疤問題的解決方法

3.1 提高中下段氣量比例

現今結疤在工業生產結晶過程中是一種常見現象，其本質是溶液過飽在設備內壁或構件表面上的結晶析出并附著結痂。因此，設備內壁的構件表面結構是生成結疤的條件之一。與此同時，在冷卻結晶過程中冷卻管壁結疤速率的主要因素是過飽和度影響的。綜合這些，從減少聯堿塔中結疤的目的出發，應提高碳化塔操作的中下段氣量比例，降低冷卻段的二氧化碳吸收量和碳酸氫鈉析出量的比例，這是因為碳化塔中部的構件表面積比冷卻段構件表面積要小得多。

提高中下段氣量比例和結晶析出量可以有效的改善重堿結晶質量，這是由碳化塔中重堿結晶過程的特征因素所決定。現今我廠聯堿塔操作的中下段氣量的比例偏低，晶析段結晶析出量偏少，即冷卻段中析出的結晶。如果將中下段氣量比提高，將會使結晶段的結晶析出量比例增加，不但可以使冷卻段中結晶析出量減少，減輕冷卻段的結疤，還可以有效改善結晶質量。

3.2 合理的安排好制堿作業周期

碳化塔冷卻管結疤惡化影響了制堿操作的主要技術經濟指標，同時直接影響提產工作，并且生產中冷卻管的結疤是個加速過程。因此，不能一味的延長制堿塔作業周期，這樣會加速冷卻小管的結疤厚度，對冷卻段冷卻小管結疤的清洗過程是極為不利的。

3.3 “四組五清洗”

為使碳化塔能夠處于較好的生產運行狀態，需要按時對碳化塔冷卻小管進行清洗作業，但在生產負荷高時，小管結疤嚴重，正常清洗難以完全恢復碳化塔的冷卻效率。因此，重堿部對系統流程進行優化，設想進行“四組五清洗”，即對備用的碳化塔進行清洗工作。為了解開展此項工作后對系統母液成分及產品質量的影響，特組織對16#塔的清洗工作進行查定。

1）查定方法：通過“四組五清洗”流程對備用的16#塔進行清洗，每4h對回液進行分析，數據與AII分析數據進行對比，以判斷是否造成過洗，影響母液鐵含量。并安排定時打蓋檢查小管結疤情況，以判斷清洗效果。

2）查定數據（見表1）。

表1 “四組五清洗”流程查定表

數據分析：在試驗初期，因碳化塔底部有部分含鐵雜質造成分析數據中鐵含量較高，但在試驗時間逐步增長后，這部分雜質被帶出系統，所以16#塔碳化鹵中的鐵含量逐步下降，并保持在正常范圍內直至試驗結束，并且這部分雜質較少，未對產品質量造成影響。至試驗結束，清洗AII鐵含量一直穩定在10～12mg/L，說明清洗過程受控，未出現過洗現象。

試驗過程中，通過AII及清洗AII的二氧化碳含量對比，可以看出塔內部結疤一直在被清洗，清洗AII中的二氧化碳含量至清洗結束仍有上漲。

游離氨因經過AII加熱器，所以有部分損失。

AII固定氨呈微降趨勢，全氯及鈉離子呈微漲趨勢，對生產過程不會造成不利影響。

3）查定結論：通過對“四組五清洗”流程進行了進96h試驗，在試驗過程中對母液組份和小管結疤的清洗情況進行了分析和檢查。其中母液成份有所變化，但不會影響生產的正常運行。通過對碳化塔打蓋檢查，小管結疤在試驗結束后基本清洗干凈，在16#并入生產后，從制堿初期到末期，出堿溫始終處于受控的狀態，循環水閥門開度由10%～20%，出水溫度由初期54℃～末期44℃，換熱效果明顯好轉，達到試驗目的。

4）注意事項：本流程在生產負荷高于900m3/h后應根據結晶送液能力、碳化塔生產能力及AII管線承受能力確定是否投用。

在注液及抽空過程中會造成母液波動。投用后0.6MPa蒸汽消耗及氮氣將有所增加。自送結晶洗后液清洗結晶器時不能投用。

5）流程改造設想：在碳化一樓對18座碳化塔靠塔管線進行改造，連接至去結晶回液總管，在碳化六樓鋪設18座碳化塔的新清洗流程總管，并連接至各塔AII進液管上，進液總管上設置調節閥及流量計控制清洗量，實現“四組五清洗”流程自動化控制。

在完成改造后，將有效緩解因高負荷造成的碳化塔換熱小管結疤情況，提高碳化塔換熱效率，延長碳化塔使用周期，可滿足長時間高負荷運行。另外，在需新開碳化塔進行暖塔時，通過此流程可不影響該組清洗塔的正常清洗，增加系統運行穩定性。

總之，通過上面的敘述，碳化塔內的結疤是永存的現象，只有有效的解決碳化塔內結疤問題，才能穩定經濟指標，提產增效。因此，從長遠來看，提高中下段氣量比例、合理安排好碳化塔制堿作業周期和進行“四組五清洗”流程改造是對提高碳化工序的生產穩定性，保持生產連續高負荷運行下對減輕碳化塔結疤有著極大的促進作用。同時，避免了煮塔情況，洗塔堿水外放下，對我廠現今環保嚴峻形勢下造成的不利影響。