篩板碳化塔在南堿的成功應用

張遠方

(廣東南方堿業股份有限公司,廣東 廣州 510760)

對于一個純堿廠來說,無論是新建還是技改更新,碳化塔的選型是一個非常重要的決策。碳化轉化率在很大程度上決定全廠各工序所需處理或加工的物料當量,轉化率高時,不但可使產量增加,而且使系統中循環和消耗的物料減少,就能減輕鹽水、蒸吸、石灰等工序的負荷,達到鹽、石、氨、汽、電、水充分利用和節約的目的。

我司在新增碳化塔建設中,經過充分調研,向中國成達工程公司采購了先進的篩板結構技術,從而放棄了傳統的笠帽結構。新增的5臺篩板碳化塔于2009年開始建設,并于2010年逐步投入生產,編號為5#～9#碳化塔。我司重堿車間老碳化塔為笠帽異徑塔結構,塔內用于氣液分布的部件是鑄鐵笠帽,于1994年2月投入生產,至今已使用超過20年。在實際生產中,發現老碳化塔存在碳化尾氣CO2含量偏高、重堿結晶狀況不好,以及停塔后容易出紅堿的情況。經檢查發現,老碳化塔內部分笠帽由于使用時間較長,已出現相當嚴重的腐蝕,部分地方甚至出現破損或穿孔,已經失去作用,因此,對老碳化塔必須進行改造性大修。從開始使用篩板碳化塔以來,已經陸續完成四臺碳化塔的技改,用篩板替代笠帽作為氣液分布部件,目前已改造的篩板塔編號為0#、1#、2#、4#碳化塔,至今只有3#碳化塔仍采用笠帽,其余碳化塔全為篩板碳化塔。篩板碳化塔操作初期按笠帽塔的操作方式,以后逐漸摸索出適合篩板塔的操作方法,在實踐中我們積累了一些篩板碳化塔操作方面的經驗。

1 篩板碳化塔的優點

1.1 生產能力大

碳化塔的能力是碳化塔選型的第一要素。實踐證明,同樣塔徑的篩板塔和笠帽塔相比,篩板塔生產能力大10%～15%。總管尾氣壓力按50 kPa左右控制,制堿塔壓穩定維持在0.29～0.31 MPa,比笠帽塔提高約0.01～0.02 MPa。相同放量下,篩板碳化塔的進氣量比笠帽塔的少約1 000～1 500 Nm3/h。平均中段氣用量6 000～7 000 Nm3/h,下段氣量約3 100～3 500 Nm3/h,平均放量約70～75 m3/h,如25圈溫度提高至58 ℃,中溫可維持在60～62 ℃,比生產低負荷時(放量≤60 m3/h),提高約2 ℃。目前采用一段循環水冷卻,即使在夏、秋季高溫時節,出堿溫度仍可維持在30～32 ℃。碳化轉化率平均為75.4%,碳化轉化率提高1%～2%。

1.2 吸收效率高

與笠帽塔相比,篩板碳化塔泡沫化良好,有較大的氣液接觸表面,有效抑制軸面的返混,徑向混合好,塔板效率高約15%。在相同條件下,碳化尾氣CO2含量可以下降2%～3%,相當于在60萬t/a的純堿生產能力下,可以減少石灰石消耗約3 t/h、塊煤0.27 t/h。按年生產8 000 h計算,每年可減少石灰石消耗24 000 t、塊煤2 160 t。

1.3 結晶質量好

篩板塔出堿液沉淀量50%左右,堿質較好,可以有效提高重堿濾餅的透水性,據經驗數據估算,篩板碳化塔的重堿濾餅水分可以比笠帽碳化塔的重堿濾餅水分降低0.5%以上。按照年產60萬t純堿,重堿水分每下降1%,輕灰煅燒中壓蒸汽消耗下降30 kg/t堿估算,僅此每年即可節省中壓蒸汽消耗1.8萬t。碳化尾氣CO2含量為2%(用1/2H2SO4溶液簡單除氨),尾氣溫度比笠帽塔的降低約6～8 ℃,這有利于降低尾氣含氨。

1.4 塔清洗容易,不易出紅堿

清洗塔的清洗氣用量約4 000～5 000 Nm3/h,清洗效果較好。即使偶而延長作業時間,塔況仍能運行平穩,較少出現堵塔情況,適合高負荷生產。即使堵塔嚴重,倒換為清洗塔后,可以不進清洗氣或中段氣,直接用氨鹽水清洗2～3 h后,就可正常進清洗氣或中段氣清洗,目前尚未出現需用蒸汽煮塔的情況。篩板塔部件設計采用TA2材質加工,不存在腐蝕破損問題,有利于解決碳化塔停塔后出紅堿的問題,保證產品質量。同時,篩板的使用壽命長,如果加工質量能夠保證,以后基本上不需要進行大修更換,有利于減少維護費用。

1.5 塔盤的造價較低,性價比高

由于碳化塔的內部結構和塔徑有著較大的差異,因此也導致在投資上有很大的差異。顯然,由于篩板塔的塔板數量在吸收反應段比笠帽塔減少1倍。篩板塔的投資要遠遠小于笠帽塔,有資料表明篩板塔的造價與笠帽塔相比可降低40%左右。

2 存在問題及解決

1)篩板塔的抗干擾性較差,操作彈性較小,調節氣量的幅度不宜過大,操作難度相對較大。如25圈溫度上升過快,中段氣量不及時減少,則容易冒塔;且篩板碳化塔冒塔時尾氣帶液多,塔內產生氣頂,塔壓低至0.24 MPa,甚至無法出堿;碳化塔壓提至正常需較長時間,需要大幅減氣或短時間全減中、下段氣量,然后加入額外多的中和水或氨鹽水量,才能提起或恢復原有的塔壓,對塔況影響較大,甚至干擾其它正常作業的制堿塔,不利生產的平穩與高產。操作要點:控制氨鹽水中的氨鹽比至1.13～1.16,控制合適進塔氣量及中和水CO2含量,提高碳化塔壓及尾氣壓力,降低入塔中和水溫度,維持較高的單塔出堿量,采用以上措施后,碳化塔工況可做到長周期穩定生產。

2)篩板碳化塔不適宜低負荷生產,如出堿放量≤60 m3/h,或中、下段氣濃度偏低時,則制堿塔的中部溫度偏低(55～57 ℃),影響出堿質量,且積堿容易堵塔。相比原泡罩碳化塔的制堿溫度控制,5#～9#篩板塔的制堿中溫偏低約3～5 ℃(即使是滿負荷,中溫最高僅為62 ℃左右)。我司及時將此情況反映給篩板塔設計單位,經專家現場考察論證,通過改變篩板孔徑及開孔率,取得了較好的效果,數據如表1。

表1 5#～9#篩板碳化塔塔盤規格

表2 0#、1#、2#、4#篩板碳化塔塔盤規格

在0#、1#、2#、4#篩板塔安裝投用后,通過實際運行數據對比,相比5#～9#篩板碳化塔的溫度控制,0#、1#、2#、4#篩板塔的制堿中溫可高約2～4 ℃,即使單塔生產負荷偏低,其制堿塔的中溫與笠帽塔相差無幾,從而證實碳化塔設計單位對篩板孔徑及開孔率的技改是比較成功的。