精銨裝置存在的問題及技術改造分析

李方彬

（自貢鴻鶴化工股份有限公司，四川 自貢 643000）

精銨有農銨重結晶和冷析取出晶漿兩種生產方法，而主要以冷析取出晶漿最為普遍。自貢鴻化公司精銨裝置于2001年建成投運，年設計能力20kt／a。初期采用氣流干燥，但氯化銨結晶磨損嚴重，產品粒度僅為180～220μm，蒸汽消耗高；于2002年11月改為振動流化床干燥，2006年再次對振動流化床進行更新改造，但生產運行也一直不是很穩定。

1 精銨裝置查定概況

2002年鴻化公司聯堿精銨干燥爐更換為振動流化床后，于2003年1月、4月進行了兩次系統查定。主要查定結果如下：

1）查定期間的平均日產量73.95t／d，如果按310天作業時間（聯堿行業標準設計參數）計算，年生產能力達到22.93kt，達到甚至超過設計能力。

要說明的是，在查定期間由于振動流化床及生產不穩定，對查定期間生產能力有一定影響。從后續實際生產來看，班產量可以達到75～90t，如果長期連續、穩定運行，年生產能力可以達到23～28kt，也符合設計時適當留有余地的初衷。

2）蒸汽消耗250～300kg／t精銨。

4）農銨鹽分：查定期間，農銨鹽分接近0.70%，其中有一個點的鹽分超過1.0%。

5）尾氣溫度：80～90℃。

6）MⅡNa＋：采用逆料流程的B＃結晶器為71 tt，采用并料流程的A＃結晶器為69tt，二者相差2 tt。

2 精銨裝置存在的主要問題

從目前生產來看，鴻化公司精銨裝置主要表現在以下三個方面的問題：

1）精銨采用訂單式生產，裝置時開時停，造成系統波動和消耗上升。

2）設備腐蝕嚴重。

3）尾氣溫度高，熱損失大。

采用訂單式生產并不是一種好的生產組織方式，一方面造成系統人為波動，另一方面由于氯化銨具有吸潮和強腐蝕的特點，裝置長期停用將造成設備腐蝕嚴重。至于尾氣溫度高造成的影響，在后文中將作詳細分析。

3 技術分析

3.1 精銨產量統計

鴻化公司歷年精銨產量見表1 。

表1 鴻化公司歷年來精銨產量統計 單位：t

3.2 精銨生產能力與市場分析

從表1看出，公司精銨最高年產量為2005年的18 071.125t，也只發揮裝置能力的90%左右，總的開工率在60%左右。由于公司精銨生產主要采用訂單生產方式，從側面也反映出精銨市場容量需求。由于受電池、冶金等下游行業影響，公司精銨產品月需求量在1 000t左右，全年市場需求在12 000t左右。近幾年受同行業精銨裝置能力擴建和出口影響，鴻化公司精銨產量有萎縮之勢，這不只是鴻化一家的問題。受整個宏觀環境影響，國內一些精銨裝置也嚴重開工不足。

從產量表還可看出，精銨最高月份產量2 043t，已基本達到裝置設計能力。這也說明目前精銨裝置開工不足并不是裝置本身的問題，而是市場需求不足的問題。

3.3 蒸汽消耗影響因素分析

前面提到，尾氣溫度偏高是目前精銨裝置存在的問題之一，其結果是造成蒸汽消耗上升。蒸汽消耗的影響因素主要有以下幾方面：濕銨水分、熱風溫度、尾氣溫度。濕銨水分對蒸汽消耗的影響是顯而易見的，在這不作分析，下面從熱風溫度、尾氣溫度進行計算并進行相關分析（計算過于繁雜，在此不列出計算過程）。

3.3.1 熱空氣溫度的影響

表2 熱空氣溫度對蒸汽消耗的影響（尾氣溫度75℃，濕銨水分7%）

將表2數據制圖如圖1。

圖1 熱風溫度對蒸汽消耗的影響

從表2和圖1可以看出，熱風溫度對蒸汽消耗的影響是比較大的，尤其在氣溫低（冬季）時影響更為明顯。但在熱風溫度達到180℃以后，熱風溫度對蒸汽消耗的影響趨于平緩，因此氯化銨干燥熱風設計溫度一般設定為180℃。熱風溫度低，一方面造成所需空氣量大，由其帶走的熱量增加，蒸汽消耗上升；另一方面，熱風溫度傳熱推動力降低，失水時間長，不利于氯化銨的干燥。但熱風溫度太高，也必須考慮到氯化銨的物理特性——揮發（100℃）和升華（338℃）的問題。

3.3.2 尾氣溫度的影響

將表3數據繪于圖2。

表3 尾氣溫度對蒸汽消耗的影響（熱風溫度180℃，濕銨水分7%）

圖2 尾氣溫度對蒸汽消耗的影響

由表3和圖2可以直觀的看出，尾氣溫度對蒸汽消耗的影響更為明顯，因此要盡量控制較低的尾氣溫度。要說明的是，蒸發氯化銨水分后的尾氣，其露點溫度約為39.5℃，為防止尾氣中蒸汽被冷凝，尾氣溫度一般應控制在50℃以上。

目前鴻化公司氯化銨新系統3臺干銨爐熱風溫度分別為125℃、140℃和119℃（估計檢測儀表溫度不準，從原查定數據應在182～192℃左右），尾氣溫度在50℃（一般在45℃左右），再加上其利用了部分0.4MPa蒸汽，農銨蒸汽消耗在180kg／t氯化銨以下就不足為奇。而目前精銨熱風溫度為150℃，尾氣溫度85℃以上，這也是其蒸汽高的原因所在，其理論蒸汽消耗在夏季334.9kg／t銨、冬季404.1kg／t銨。后面還將分析，由于精銨干燥爐操作彈性較低，為保證產品質量，精銨尾氣溫度要降到新干銨的水平是比較難、甚至是不可能的。

3.4 精銨取出對農銨產品質量的影響

前已述及，目前精銨的主要生產方式是取出冷析結晶器“較純”的氯化銨晶漿，加水洗滌并加酸與晶漿中的中和后，使產品中的雜質和pH達到規定要求。這就意味著，從冷析結晶器取出“較純”的半Ⅱ晶漿以后，洗滌含鹽較高的鹽析結晶器晶漿的半Ⅱ量就必然減少，這一方面限制了鹽析結晶器加鹽量的提高，影響純堿Ⅰ過程碳化操作，及至影響過濾和煅燒操作，最后影響整個聯堿系統循環；另一方面，由于鹽析晶漿得不到半Ⅱ的充分洗滌，由MⅡ帶入產品中的鹽分增加，使農銨產品鹽分超標，在加鹽不穩定時這種情況更易發生。因此，從冷析結晶器取出晶漿生產精銨也不是無節制的，它還必然受到農銨產品質量的限制。

為保證農銨產品質量，通過從產品鹽分反算，從冷析結晶器中取出半Ⅱ晶漿原則上不超過冷析結晶器取出量的30%，最高不超過40%，這也是目前行業的通用做法。

按目前新系統生產能力240kt／a、冷鹽析結晶器產量比45∶55計算，從B＃冷析結晶器取出生產精銨的量為240／2×0.45×40%＝21.60kt／a，這也是當初確定精銨裝置能力的主要依據。如果按A＃系統同樣生產精銨考慮，精銨最大量為21.60×2＝43.2kt／a。

在介紹精銨生產方式時已提到，精銨生產只能采用并料流程，其實質是以犧牲MⅡNa＋指標為代價。其直接結果是影響聯堿Ⅰ碳化及后續工序操作，其間接結果是造成聯堿系統循環當量的升高和產能的下降。從這一點說，如果一味追求精銨產量，對整個聯堿系統生產其實是不利或者說是不經濟的。

3.5 精銨干燥設備型式選擇問題

精銨選用何種干燥方式，爭議一直較大，氯化銨干燥方式的選擇需根據具體情況具體分析。目前精銨的干燥有氣流干燥、振動流化床干燥、沸騰床干燥以及前蘇聯的回轉爐干燥等幾種方式，國內主要為前三種干燥方式。

氣流干燥前已述及，精銨產品磨損嚴重，難以達到對精銨產品粒度的要求。如果采用沸騰爐干燥，又會存在什么問題呢？

如果按40kt／a裝置能力計算（限于篇幅，不列于本文），以2.3MPa蒸汽作為熱源，沸騰爐直徑約為2m；按20kt／a裝置能力計算，以2.3MPa蒸汽作為熱源，沸騰爐直徑僅約為1.5m。前者基本能操作運行，但為保證精銨產品水分要求，尾氣溫度較高（不低于80℃），由于沸騰爐必須處于完全流態化狀態，其所需風量高于振動流化床，其熱損失高于振動流化床也就必然；后者由于沸騰床層太低，操作彈性較小，作業周期短，極易出濕銨，難以保證產品質量，甚至根本無法穩定運行。從這一點分析，想通過改造為沸騰床降低蒸汽消耗并不是最佳方案，如果操作不精心，反而還會引起消耗上升。因此在一定程度上，振動流化床倒不失為一種較佳的選擇。

當然，如果采用回轉爐干燥也不失為一種好的選擇。但回轉爐干燥一方面受場地改造限制，另一方面，也必須考慮氯化銨的揮發（100℃）和分解（338℃）的問題，這兩種情況都會造成系統結疤，影響生產穩定運行。目前國內還無采用回轉爐用于氯化銨干燥的先例可借鑒。

4 結 語

1）熱風溫度是影響蒸汽消耗的最大因素，在允許條件下盡量提高進風溫度，以降低空氣相對濕度和空氣用量，提高傳熱、傳質推動力。。

2）尾氣溫度是影響蒸汽消耗的重要因素，在不影響產品質量和尾氣中蒸汽冷凝的情況下盡量控制較低的尾氣溫度。

3）氣流干燥器對產品結晶磨損嚴重，在產量不高的情況下，采用振動流化床或內熱式沸騰床是不錯的選擇。

［1］ 自貢鴻鶴化工股份有限公司.精銨查定報告（內部資料）［R］，2003

［2］ 王楚.純堿生產工藝與設備計算［M］.北京：化學工業出版社，1995

［3］ 化學工程手冊編輯委員會.化學工程手冊（4）［M］.北京：化學工業出版社，1989

［4］ 大連化工研究設計院.純堿工學（第二版）［M］.北京：化學工業出版社，2003

［5］ 于才淵，等.干燥裝置設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2005