優化工藝操作管理 提高碳化液總氯

袁 江

（連云港堿廠，江蘇連云港 222042）

優化工藝操作管理 提高碳化液總氯

袁 江

（連云港堿廠，江蘇連云港 222042）

闡述優化鹽水制備、吸收塔進氣溫度控制、冷卻設備維護等方面的工藝操作管理，提高碳化液總氯，以達到增產降耗的目的。

碳化液；濃度；優化；控制

在氨堿法生產中，提高反應物濃度，能推動碳化平衡向正方向移動，提高Na HCO3產量和氯化鈉轉化率，作為反應物之一的氯化鈉濃度較其它反應物來說，在生產中，又受到諸多因素的影響。正常情況下，氨鹽水TCl－（總氯）控制在86.5～90 tt，這樣的指標能較好地滿足生產需要。為了提高碳化液TCl－，本文從鹽水制備、吸收塔進氣溫度控制、冷卻設備維護等方面進行了論述和分析，并提出技術改造建議。

1 氨鹽水制備及碳酸化流程簡述

從江蘇石油公司輸送來的鹵水（NaCl含量為295 kg／m3）經蒸餾循環冷卻出水間接加熱后送入化鹽桶，再加入原鹽（NaCl含量為92%）得到粗鹽水，然后在粗鹽水中加入石灰乳和純堿液，除去粗鹽水中的鎂、鈣離子，經澄清得到精鹽水；精鹽水送至碳化凈氨塔和吸收尾氣凈氨塔，吸收尾氣中少量的NH3和CO2，得到淡氨鹽水；淡氨鹽水送到吸收塔吸氨，得到氨鹽水；氨鹽水送到碳化塔與壓縮來的CO2進行碳酸化反應，制得Na HCO3懸浮液。

2 優化鹽水工序控制，提高鹽水濃度

鹽水制備及精制工序的任務是制備符合吸氨和碳化工序要求的精鹽水。鹽水精制過程主要是除去鹽水中的鈣、鎂離子及泥砂，從而達到提高純堿品質、減少吸氨過程中塔器和管道的結疤，并減少生產過程中氨、鹽損失。在鹽水制備及精制過程中，其工藝控制的優劣直接影響了精鹽水TCl－的高低。

2.1 優化化鹽工序控制，提高粗鹽水濃度

原鹽經化鹽皮帶自化鹽桶上方進入和淡鹽水泵送來的淡鹽水、經換熱器加熱的鹵水逆流接觸（水從化鹽桶下方加入），將原鹽溶解成飽和的粗鹽水，經粗鹽水流槽進入粗鹽水貯槽，粗鹽水經泵送至精制崗位除鎂反應器。

為了提高并保證粗鹽水TCl－，一方面要合理控制好加水量和上鹽量，維持化鹽桶的鹽層料位在液面以下1 m之內，保證鹽水達到飽和狀態；另一方面，要控制好化鹽桶出水溫度在38～44℃。根據溶液溶解度的變化規律，互不起化學反應的溶質共溶于同一溶液內，其各自的溶解度比單獨溶解時的溶解度小，由于粗鹽水中因鹵水帶入的SO2－4，因此NaCl的溶解度略有下降，粗鹽水的TCl－≥105.5 tt。

氯化鈉易溶于水，其溶解熱為－4.9 kJ／mol，溶解過程為吸熱反應，當制成飽和溶液時，可使溶液溫度降低；另外，氯化鈉的溶解度隨著溫度升高而呈緩慢上升趨勢，見表1。

表1 氯化鈉飽和溶液在不同溫度時的濃度

從表1可以看出，氯化鈉飽和溶液從25℃上升至40℃時，溶液濃度上升了0.86 tt，即氯化鈉飽和溶液溫度平均每上升1℃，濃度平均上升約0.06 tt。另外，在純堿生產中，粗鹽水中還溶有SO2－4、Ca2＋、Mg2＋等離子，根據同離子效應，氯化鈉的溶解度會略有下降。

因此在生產中，如化鹽桶出水溫度低于規定范圍，會直接造成粗鹽水TCl－的下降。比如2012年2月6日～2月12日，期間化鹽桶出水溫度平均降至26℃時，造成了相關指標的TCl－及經濟指標的變化，見表2。

表2 相關指標平均值對比

從表2可以看出，與2011年同期相比，粗鹽水溫度平均下降10.17℃，粗鹽水TCl－平均下降0.63 tt，進而導致精鹽水、氨鹽水、出堿液的TCl－及碳化轉化率指標平均值的下降，噸堿鹽耗平均上升15 kg。

經生產分析，造成以上工藝指標出現波動的原因是因為2012年2月份，正值寒冬，鹵水溫度較低；另外純堿市場下滑，企業響應純堿經濟聯合體的要求，壓降生產負荷20%，故化鹽用的鹵水量能完全滿足生產需要，無法像平常那樣摻兌熱淡水（溫度高達60℃左右），因此造成當前化鹽桶出水溫度出現較大幅度的下降。可見，一旦純堿市場復蘇，生產負荷恢復正常時，這個問題可基本能夠解決。

2.2 優化精制工序控制，提高精鹽水濃度

將灰乳和純堿液按一定比例混合，送入苛化槽，經攪拌使其充分混合反應制得合格的苛化液，由苛化泵送至精制崗位的鎂反應器混合，經攪拌后，自流入鈣反應器，經過充分反應，自流入曲徑槽。鈣、鎂反應器底部定時放砂至泥漿槽。苛化鹽水經曲徑槽流入澄清桶，在曲徑槽內加入適量的助沉劑，清液由澄清桶上部溢流至精鹽水槽，鹽泥由底部排出。化學反應如下：

苛化反應：

從上面反應可以看出，為保證精鹽水的TCl－濃度，主要是控制好灰乳和純堿液的濃度，一般地，灰乳濃度控制在160～170 tt（ACaO），純堿液中的Na2CO3濃度控制在55～70 tt、Na HCO3濃度控制在30 tt以下。

用灰乳和純堿液配制的苛化液有效成份為Na2CO3和NaOH，其濃度分別為15～40 tt和20～40 tt。當苛化液先后進入鎂、鈣反應器，進行除鎂和除鈣后，苛化鹽水中過量NaOH控制在0.06～0.18 tt，過量Na2CO3控制在0.08～0.3 tt；苛化鹽水中Mg2＋≤0.015 tt，Ca2＋≤0.02 tt。如果灰乳和純堿液的濃度控制較低，會加大苛化液用量，稀釋了苛化鹽水，降低苛化鹽水濃度（合格的苛化鹽水TCl－≥103.5 tt），最終降低精鹽水濃度。因此，適當提高灰乳和純堿液的濃度，能有效保證精鹽水濃度，這樣，精鹽水的TCl－≥103.5 tt，溫度為40℃左右。

精鹽水溫度之所以控制在40℃左右，有兩個原因：一是流體粘度與溫度有關，一般溫度越高，則流體粘度越小。因此在鹽水精制工序中，為降低鹽水粘度，加速澄清桶中的固體顆粒沉降，就要求提高鹽水溫度，故維持粗鹽水溫度在38～44℃十分重要。二是在吸收工序，如溫度過高，會造成精鹽水對氨的吸收不完全，上部可發生氨的解吸，精鹽水失去調節塔溫及洗滌的作用，如溫度過低，可使液體流經的關鍵部位有鹽結晶析出。

3 優化蒸餾出氣的冷凝控制，適當降低吸收進氣溫度

3.1 吸收系統流程簡述

精鹽水的一小部分送至吸收凈氨塔，逆流洗滌吸收尾氣中的NH3和CO2，然后流入淡氨鹽水桶與從碳化尾氣凈氨塔來的淡氨鹽水（精鹽水洗滌碳化尾氣）匯合，淡氨鹽水經鈦板換熱器冷卻后，進入吸收塔上部洗滌段，洗滌從底部上來的氣態NH3和CO2，液體下流進入吸收塔冷卻吸收段，與管程內的循環水換熱，經吸收冷卻后，制成熱氨鹽水，最后，熱氨鹽水經鈦板換熱器冷卻后制成合格的冷氨鹽水，供碳化制堿使用。

2011年上半年，我廠淡液真空蒸餾吸收裝置投入運行。它利用廢液閃發蒸汽（不足部分補充低壓汽），將來自煅燒和蒸氨系統冷凝液中的游離氨和二氧化碳在真空淡液塔中蒸出，并送到真空吸收塔，用淡氨鹽水吸收含氨混合氣體，制成半氨鹽水輸送到老系統吸收制備氨鹽水。從真空淡液蒸餾塔出來的氣態NH3、CO2經塔頂冷卻水箱冷卻后和淡氨鹽水泵送來的淡氨鹽水由頂部進入真空吸收塔，在塔內自上而下，氣液并流吸收。吸收后的尾氣從真空吸收塔的下部引出，經真空凈氨塔凈氨后通過濾過真空機外排。從真空吸收塔自流下來的半氨鹽水進入半氨鹽水桶，經半氨鹽水泵輸送到淡氨鹽水泵出口總管。精鹽水進入真空凈氨塔，吸氨后進半氨鹽水泵入口。

3.2 優化控制吸收塔進氣溫度的作用與方法

3.2.1 吸收塔進氣溫度的影響

從蒸氨工序出來的氣汽混合氣，混合氣中主要含氣態NH3和CO2，另外還夾帶一定量的水蒸汽，混合氣溫度越高，水蒸汽含量就越高，在62～65℃時，進氣中水汽含量約占21～23%（重量），進入吸收塔冷凝成水，將氨鹽水稀釋，造成吸收塔制備的熱氨鹽水TCl－下降。因此必須適當降低蒸餾出氣冷凝后的溫度（即吸收塔進氣溫度），一般地，吸收塔進氣溫度控制在60～65℃，如過高，不僅增加循環水的冷卻負荷，而且冷凝水會稀釋氨鹽水；如過低，則可形成銨的碳酸鹽結晶析出，堵塞冷凝設備。這樣，蒸氨工序出來的氣汽混合氣經冷凝后進入吸收塔，在吸收塔內與淡氨鹽水逆流接觸，制得合格的熱氨鹽水，其TCl－≥86.5 tt。另外，真空淡液蒸餾塔出來的混合氣經塔頂冷卻水箱冷卻后，其溫度控制在58～65℃。

在生產中，如吸收塔進氣溫度高于規定范圍，會對生產造成較大影響。比如，2012年1月2日～1月8日，期間有一臺蒸餾塔的氨冷器出現冷卻水泄漏，對上段進出水進行隔離，導致其冷卻效率的下降，造成吸收進氣溫度的上升，進氣溫度平均接近70℃，從而導致氨鹽水及出堿液TCl－平均值的下降，同時造成純堿日產量的下降和噸堿鹽耗的上升。經工藝調整，將吸收進氣溫度降下后，相關指標基本恢復正常，見表3。

表3 相關指標平均值對比

從表3可以看出，在吸收進氣溫度較高的一周內，進氣溫度平均上升3.34℃，在精鹽水TCl－基本相同的情況下，氨鹽水TCl－平均值卻下降1.77 tt，進而導致碳化工序相關指標的下降，并造成純堿日產量平均下降452 t，噸堿鹽耗平均上升25 kg。

1）優化蒸餾系統操作，保證冷卻溫度

3.2.2 優化控制吸收塔進氣溫度的方法

除了保證低壓蒸汽壓力維持在0.088～0.12 MPa外，還要控制好蒸餾塔各項溫度指標：預熱母液溫度控制在91～97℃，中部溫度控制在90～100℃，塔頂出氣溫度控制在88℃以下。

另外，蒸餾出氣量要均勻分配于各氨冷器，如果氨冷器的出氣溫度過高，可以酌減蒸量或加開冷凝設備，保證氨冷器的出氣溫度控制在60～65℃。

2）優化淡液真空蒸餾塔的操作，保證冷卻溫度

合理控制淡液真空蒸餾塔生產負荷，適當控制進汽溫度在82～102℃，合理調節冷卻水流量，塔頂出氣冷卻后溫度控制在58～65℃。

4 加強冷卻設備的維護檢查，防止冷卻水泄漏

在鹽水制備（鹵水化鹽前通過換熱器加熱）、蒸氨冷卻（氨冷器）、吸氨冷卻（吸收塔內置冷卻水箱）、氨鹽水冷卻（淡氨鹽水和熱氨鹽水使用鈦板換熱器）及碳化（碳化塔內置冷卻水箱）過程中，需要用到許多換熱器，在換熱過程中，因設備老化、腐蝕等原因，常常出現冷卻水泄漏現象，最終導致碳化液TCl－的下降。

另外，碳化塔使用的下段氣、中段氣和清洗氣（簡稱“三氣”），在壓縮工序，由于冷卻器老化、腐蝕等原因，致使冷卻水漏入“三氣”中，造成碳化液TCl－下降。如“三氣”中帶水量較少時，可通過疏水閥外排，減少冷卻水進入碳化塔內。

因此，生產中要定期對涉及影響碳化液TCl－的換熱設備進行檢查，發現漏點，及時堵漏。

5 技術改造建議

5.1 利用低壓蒸汽加熱鹵水

我廠淡液真空蒸餾吸收裝置投入運行后，低壓蒸汽出現過剩，汽電平衡困難，常常出現低壓汽外排現象。因此建議將低壓蒸汽引入經循環水間接加熱后的鹵水貯桶中，直接加熱鹵水，進一步提高冬季化鹽桶出水溫度。

5.2 對輸鹵管線采取保溫措施

我廠加熱后的鹵水輸送至化鹽桶附近時，有一段約30 m的總管（φ350）及3根支管（φ250）未加保溫層，建議采取保溫措施。

5.3 更換氨冷器

我廠自1989年投產以來，有5臺氨冷器從未進行過更換，因年久老化和腐蝕，發現有的氨冷器已經出現冷卻水泄漏，迫切需要更換，因此建議我廠有計劃地對氨冷器進行逐臺更換，否則嚴重影響氨冷器的換熱效果。

6 結 語

在鹽水制備、吸收塔進氣溫度控制、冷卻設備維護等方面，必須逐一優化工藝過程控制，加強操作管理，才能保證碳化液TCl－控制在正常范圍內，才能提高氯化鈉轉化率和增加純堿產量，并且可以減少系統中循環和消耗的物料，達到降低鹽耗，節約能耗目的。

［1］ 陳學勤.氨堿法純堿工藝［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1989.

［2］ 中國純堿工業協會.純堿工學［M］.北京：化學工業出版社，1990.

TQ 114.161

B

1005－8370（2012）03－21－04

2012－02－27

袁 江（1971－），1994年畢業于鹽城工學院無機化工專業，工程師，現任連云港堿廠生產處調度長。已在《純堿工業》雜志發表論文6篇。