純堿鐵分偏高的原因及預防措施

劉玉山，侯夢迪，姚德營，孫武周

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042)

所謂“鐵高堿”通常是指鐵含量超過一定的標準，體現(xiàn)在中間產(chǎn)品(重堿)或成品純堿，我公司優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)純堿鐵分指標按照≤0.0018%進行生產(chǎn)操作調(diào)整。在生產(chǎn)過程中，影響純堿成品質(zhì)量的主要因素就是“鐵高堿”問題。

1 生產(chǎn)中出現(xiàn)純堿鐵分偏高的原因

在重堿整個生產(chǎn)過程中，塔器、管道都是碳鋼制成，在母液和進塔氣體里的氧及二氧化碳、氨、氯等的作用下，鋼鐵極易發(fā)生電化腐蝕和化學腐蝕，這兩種腐蝕所產(chǎn)生腐蝕物是復雜的混合物，在生產(chǎn)系統(tǒng)波動以及工藝控制不嚴，預防措施不力時，由所接觸的液體或固體介質(zhì)帶入產(chǎn)品，生成鐵高堿，即生產(chǎn)中所謂的“紅堿”。根據(jù)其成因不同，分析如下：

1)進入碳化塔中窯氣、爐氣含氧高。

進入碳化塔系統(tǒng)的氧主要來自煅燒車間的爐氣和石灰車間的窯氣，它們含氧的高低直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，也是日常生產(chǎn)中，導致純堿鐵高的重要因素之一。

煅燒爐氣系統(tǒng)及石灰窯氣系統(tǒng)有空氣漏人系統(tǒng)，導致氧含量偏高。

2)碳化塔清洗過度。

工藝管理不當，碳化塔清洗時間長；或設(shè)備檢修后，開碳化塔作業(yè)，制堿時間短，塔內(nèi)結(jié)疤少，改為清洗塔，中和水含F(xiàn)e3+高，導致純堿Fe3+高。

3)系統(tǒng)硫化鈉消耗大，硫化鈉加入量偏少。

為了防止設(shè)備腐蝕，延長其使用壽命和預防紅堿的發(fā)生，在生產(chǎn)工藝系統(tǒng)加入一定量的硫化鈉。碳化塔工藝管理不到位，以及生產(chǎn)波動大，碳化塔FeS保護膜頻繁脫落，硫化鈉損耗大，沒有及時添加硫化鈉。

4)碳化塔停塔時間長，暴空在空氣中，設(shè)備表面鐵銹多，被氧化；或碳化塔大修，設(shè)備更新，設(shè)備表面鐵銹較多、雜質(zhì)多，開塔時，工藝管理不到位，塔器表面沒有形成良好的FeS保護膜，鐵的氧化物進入生產(chǎn)系統(tǒng)中。

5)工藝管理不當，碳化塔操作不穩(wěn)，中溫、塔壓波動大，碳化塔液位波動大，塔上部硫化物保護膜脫落，進入堿液中，在濾堿機濾餅就出現(xiàn)許多黑點，引起純堿鐵高。

2 預防產(chǎn)品含鐵高的措施

1)下段氣含氧指標O2≤0.8%、中段氣含氧指標O2≤0.8%，含氧超標，S2-極易與O2反應，碳化塔塔壁沒有FeS膜保護，塔壁腐蝕，導致鐵高堿。因此爐氣CO2濃度控制≥85%、窯氣濃度CO2≥39%，以及含氧量要嚴格控制≤0.8%，時刻關(guān)注，發(fā)現(xiàn)含氧高，及時聯(lián)系石灰車間及煅燒車間，并要細致檢查爐氣系統(tǒng)及窯氣系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)漏點及時消除。

2)操作精心，保證碳化塔液面穩(wěn)定，清洗塔、制堿塔塔壓控制要穩(wěn)，定氣調(diào)水，根據(jù)制堿塔塔況情況以及生產(chǎn)負荷，碳化塔設(shè)定好一定量的中段氣、下段氣量，只調(diào)節(jié)進塔中和水量來操作碳化塔，減少人為波動。

3)優(yōu)化碳化操作，合理選擇制堿、清洗周期。在制堿過程中，根據(jù)本廠碳化塔特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不同的塔組，時刻關(guān)注中和水含鐵指標和成品純堿鐵指標的變化，靈活掌握各制堿、清洗周期。保證碳化塔不過洗，強化預中和，提高CO2濃度，中和水CO2維持在50～70 tt情況下，其含鐵量較低。

2020年6月18日9#壓縮機、6#壓縮機故障停機，窯氣量少，生產(chǎn)系統(tǒng)波動前后的純堿Fe3+等指標變化趨勢如圖1。隨著清洗氣及中段氣量的急劇下降，中和水CO2濃度下降幅度超過10 tt，F(xiàn)e3+含量明顯上揚，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

圖1 生產(chǎn)系統(tǒng)波動對指標的影響

4)碳化塔操作尤其重要，中溫、塔壓的波動也是造成鐵高堿的誘發(fā)因素。碳化塔十七圈溫度控制在65～70 ℃，碳化塔塔壓控制在310～325 kPa為宜。

5)做好系統(tǒng)加硫工作。硫化鈉量根據(jù)實時生產(chǎn)狀況、碳化中和水含F(xiàn)e3+量靈活調(diào)整。氨鹽水及時取樣分析S2-濃度，便于及時調(diào)整硫化鈉量，氨鹽水S2-濃度一直維持在0.004～0.05 tt左右。

但要注意，因硫一部分隨出堿液進入重堿,在煅燒時又與H2O反應生成H2S和SO2:

3S+2H2O→2H2S+SO2

部分H2S在爐氣中又與氧反應,氧化成單體硫,粘附在爐氣管道和爐氣冷卻器上,增加爐氣系統(tǒng)的阻力；硫加過量，帶來另外的問題是重堿發(fā)黑，形成“灰堿”。所以硫化鈉還不能加過量。

2020年9月4日7:30窯氣含氧偏高, 窯氣O2達到1.8%，純堿Fe3+達到0.0022%；立即調(diào)整硫化鈉使用量，提高氨鹽水S2-含量至0.05 tt,5個小時后，純堿鐵分降至0.0016%；10個小時后窯氣O2降至0.8%，純堿鐵分維持在0.0014%，調(diào)整硫化鈉量，維持氨鹽水S2-含量0.01 tt。

系統(tǒng)添加硫化鈉，起到輔助作用，降低純堿鐵分，主要是靠生產(chǎn)穩(wěn)定，窯氣系統(tǒng)含氧低。

6)要注意硫化鈉的品質(zhì)問題，每批進來的硫化鈉，要有硫化鈉質(zhì)量報告，要求硫化鈉含量≥60%。

7)采用非金屬材質(zhì)或耐腐蝕材質(zhì)。

近幾年，重堿碳化工藝系統(tǒng)采用了非金屬材質(zhì)或耐腐蝕材質(zhì)，避免了鐵離子進入純堿中。一樓碳化中和水DN300聯(lián)絡管采用PVC復合管，部分采用鋼襯尼龍管；碳化塔出塔DN200堿液管采用316L不銹鋼材質(zhì)，一樓至五樓堿槽DN150堿管采用PVC復合管；DN250中和水總管及進塔DN150中和水管采用PVC復合管；DN400氨鹽水總管采用鋼襯尼龍管；碳化塔DN350出氣管以及尾氣總管采用(環(huán)氧樹脂)玻璃鋼管。鑄鐵菌帽碳化塔改為鈦板篩板塔。

3 長期停塔或碳化塔大修，開塔不出鐵高堿的措施

1)重視碳化塔掛硫前加氣沖洗，碳化塔先加滿水，通入清洗氣1 000～1 500 m3/h攪動洗塔，將塔內(nèi)的鐵銹通過加氣攪動排出塔底，放水時必須伴隨氣體攪動。

2)重視碳化塔掛硫，要分多次。

第一次掛硫作業(yè)，加硫化鈉12～20袋(25 kg/袋)，塔內(nèi)加水約140 m3，分析塔內(nèi)硫洗液中S2-含量，S2-含量控制在0.008 tt，加氣攪動(清洗氣1 000～1 500 m3/h)30 min，停氣靜置2～3 h，再加氣攪動，掛硫時間必須48 h以上。

第二次掛硫，現(xiàn)將塔內(nèi)水放凈，再次加硫8～15袋(25 kg/袋)，塔內(nèi)加水約140 m3，加氣攪動(清洗氣1 000～1 500 m3/h)30 min，停氣靜置2～3 h，再加氣攪動，掛硫時間必須24～48 h。分析硫洗液中S2-含量，要在0.01～0.03 tt之間，且保持不變，如硫洗液中S2-含量低，必須再次加硫，以保證硫洗效果。

開塔前一邊在塔內(nèi)加氣攪動(1 000 m3/h左右)，一邊外排硫洗水，待硫洗液放凈后，再次加清水沖洗一次，將塔內(nèi)的雜質(zhì)及多余的硫化物沖洗干凈，保證不出“灰堿”。

3)碳化塔大修，必須對菌帽、塔圈等設(shè)備進行噴砂處理，除去設(shè)備表面的鐵銹及雜質(zhì)。

實例：15#碳化塔(篩板)停塔大修。

大修結(jié)束，安裝前對菌帽、塔圈等設(shè)備進行噴砂處理，以及洗塔、加硫等操作。碳化塔開啟作業(yè)，運行16 h,重堿鐵分一直維持在8 ppm以下，純堿鐵分在0.0015%左右。

4 結(jié) 語

當出現(xiàn)鐵高堿，及時對生產(chǎn)、操作檢查、分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題，針對問題，操作調(diào)整要果斷，措施要得當，純堿鐵分滿足客戶質(zhì)量需求。重要的是要精心操作，工藝上不斷改進，要嚴格執(zhí)行工藝指標，嚴格遵守崗位技術(shù)操作規(guī)程，才能保證不出鐵高堿。