大型外冷碳化塔生產(chǎn)實(shí)踐

(中鹽昆山有限公司，江蘇 昆山 215300)

1 項(xiàng)目概況

中鹽昆山有限公司遷建年產(chǎn) 60萬t純堿項(xiàng)目已經(jīng)投入正常生產(chǎn)1年。聯(lián)堿工藝選用4項(xiàng)專利，引進(jìn)3類設(shè)備。主要工藝技術(shù)為：濃氣外冷大型碳化塔；81 m2水平帶式真空重堿過濾機(jī)；840 m3冷、鹽析氯化銨結(jié)晶器；φ2400冷析結(jié)晶外冷器并帶有熱AⅠ清洗循環(huán)軸流泵；內(nèi)加熱干銨爐；φ3000內(nèi)返堿輕灰煅燒爐和φ2800重灰煅燒爐；重灰和輕灰粉體流涼堿工藝；純堿、氯化銨產(chǎn)品包裝采用半自動(dòng)流水線作業(yè)；DCS集中控制操作。中鹽昆山公司是聯(lián)堿行業(yè)采用新技術(shù)最多的企業(yè)之一。

與年產(chǎn) 60萬t聯(lián)堿配套的年產(chǎn)合成氨30萬t裝置，采用華東理工大學(xué)的水煤漿四噴嘴6.5 MPa氣流床氣化專利技術(shù);采用大連理工大學(xué)雙洗(低溫甲醇洗和液氮洗)凈化工藝，其中低溫甲醇洗脫碳脫硫工藝，回收CO2濃度98%、壓力為0.14 MPa,有利于聯(lián)堿生產(chǎn)；采用丹麥托普索公司φ2400氨合成塔內(nèi)筒及氨合成系統(tǒng)專利工藝技術(shù)。

碳化是聯(lián)堿核心工序，決定聯(lián)堿產(chǎn)量高低，碳化塔碳酸氫鈉NaHCO3結(jié)晶的數(shù)量和結(jié)晶質(zhì)量(如粒徑大小)對后工序生產(chǎn)影響較大。它是聯(lián)堿生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，碳化塔的選用直接影響純堿生產(chǎn)各項(xiàng)指標(biāo)的完成、消耗的高低、質(zhì)量的優(yōu)劣、投資的多少，因此碳化塔選型是非常重要的決策。

2 大型外冷碳化塔設(shè)計(jì)制造

中鹽昆山有限公司遷建年產(chǎn) 60萬t純堿項(xiàng)目的聯(lián)堿工程由中國成達(dá)工程有限公司中標(biāo)設(shè)計(jì)。《遷建年產(chǎn) 60萬t純堿項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》編制階段，碳化工序是采用14臺φ3400/φ3000×30000索爾維內(nèi)冷碳化塔。經(jīng)反復(fù)論證，我們決定采用中國成達(dá)工程有限公司設(shè)計(jì)的8臺φ3500/φ5000/φ3000×31522濃氣外冷碳化塔。石家莊天人化工設(shè)備集團(tuán)有限公司中標(biāo)制造。

φ3500/φ5000/φ3000×31522外冷碳化塔構(gòu)造：

異徑篩板塔；塔內(nèi)襯5 mm 316L不銹鋼，防腐蝕，塔重129.7 t，其中不銹鋼 18.55 t；每塔有3臺外冷器，規(guī)格為φ1600×6000×8195，F(xiàn)=513 m2，凈重12.96 t，其中TA2 3.698 t。

3 生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果

3.1 生產(chǎn)能力

3.1.1 產(chǎn)量

選擇4個(gè)時(shí)間段統(tǒng)計(jì)純堿產(chǎn)量。

表1 聯(lián)堿產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

3.1.2 母液停留時(shí)間

外冷碳化塔容積：334.6 m3/臺

碳化外冷器數(shù)量：3臺/塔

碳化外冷器液相體積約6.8 m3，3臺外冷器V冷=6.8×3=20.4 m3。

碳化塔充滿系數(shù)：碳化塔上部空塔段約2 m，考慮底部進(jìn)氣分布管等所占體積，充滿系數(shù)可取為90%。

有效容積V有=(334.6-3.14×32÷4×2)×90%+20.4=308.8 m3

有效容積V有=V液+V氣

外冷碳化塔V液∶V氣=92∶8

V液=V有×92%=284.1 m3

清洗氨母液當(dāng)量EAⅡ=9.43 m3/t堿

取出液當(dāng)量E=9.05 m3/t堿

生產(chǎn)能力：300 t堿/d·臺

停留時(shí)間=284.1/115.5=2.46 h=147.6 min

3.1.3 碳化塔容積利用系數(shù)(單位體積生產(chǎn)強(qiáng)度)

式中：Lsr——碳化塔容積利用系數(shù)，t/(m3·d)；

mh——報(bào)告期內(nèi)純堿產(chǎn)品產(chǎn)量，t；

V——碳化塔單臺容積，m3；

t——報(bào)告期內(nèi)碳化塔實(shí)際作業(yè)天數(shù)，此處為1天。

注：碳化塔容積指空塔全容積，包括制堿塔和清洗塔。

3.2 碳酸氫鈉結(jié)晶粒徑

請上海材料研究所檢測中心檢測NaHCO3粒徑分布，檢測結(jié)果如表2。

表2 外冷碳化塔碳酸氫鈉結(jié)晶粒徑分布檢測結(jié)果

其中2016-8-17重堿樣品檢測結(jié)果報(bào)告單如圖1。

粒度，μm圖1 粒度分度曲線

我們公司質(zhì)檢中心測定輕灰堆比重平均值為0.61 g/mL。

3.3 碳化工藝指標(biāo)控制

3.3.1 溫度

AⅡ溫度 37.87 ℃。

碳化塔反應(yīng)段中部熱點(diǎn)(最高點(diǎn))溫度 54.06 ℃。

出堿液溫度 39.06 ℃。

3.3.2 壓力

碳化塔下段氣進(jìn)氣壓力 0.337 MPa (g)。

進(jìn)入聯(lián)堿裝置的清洗氮?dú)鈮毫?0.6 MPa (g)。

3.3.3 成分組成

AⅡ：FNH368.05 tt，β值 0.985。

出堿液CNH385.93 tt。

下段氣CO2濃度(vt%,干基) 93%～95%。

合成氨低溫甲醇洗回收CO2濃度 98%～99%。

取出液沉降量25%～30%。

AⅡ濁度 30～60 ppm。

3.4 作業(yè)周期

2016年4月16日開車至今生產(chǎn)時(shí)間已超過一年，沒有停塔清洗。估計(jì)可以較長時(shí)間正常生產(chǎn)。

4 外冷塔與索爾維塔比較

表3 聯(lián)堿工藝外冷碳化塔與索爾維內(nèi)冷碳化塔比較

說明：※為以《外冷碳化塔技術(shù)發(fā)展概況》文中數(shù)據(jù)為基數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。

★為中鹽昆山有限公司遷建年產(chǎn)60萬噸純堿項(xiàng)目實(shí)際發(fā)生數(shù)計(jì)算。

數(shù)據(jù)來源：中國成達(dá)工程有限公司(聯(lián)堿項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位)；中國核工業(yè)總公司第五建設(shè)工程公司(聯(lián)堿項(xiàng)目安裝總承包單位)。

5 結(jié)論與體會(huì)

5.1 生產(chǎn)能力

大型外冷碳化塔φ3500/φ5000/φ3000×31522達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300 t/d·臺，與索爾維碳化塔φ3000/φ3400×29895 相比較，生產(chǎn)能力提高40%。減少碳化塔數(shù)，能改變碳化工序“塔成林”的設(shè)備繁雜面貌，簡化碳化工序的操作和管理。

5.2 產(chǎn)品質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GB210—92的一級品，優(yōu)級品率達(dá)到90%以上。

5.3 投資分析

根據(jù)對中鹽昆山有限公司遷建年產(chǎn)60萬t聯(lián)堿項(xiàng)目外冷碳化塔工序的投資實(shí)際發(fā)生數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為7 809萬元，對年產(chǎn)60萬t聯(lián)堿項(xiàng)目采用索爾維碳化塔工序投資計(jì)算為12 797萬元，采用外冷碳化塔工藝能減少投資4 988萬元左右，外冷碳化塔工序投資額為索爾維碳化塔工序投資額的61%左右，單位產(chǎn)品投資額節(jié)約83元/t堿。

5.4 清洗

外冷碳化塔做到長期運(yùn)行，不需要定期停車清洗碳化塔結(jié)疤，即整個(gè)塔組可較長時(shí)間不煮塔，這一點(diǎn)對于聯(lián)堿的水平衡很重要，減少廢液(水)排放，有利環(huán)保。在有氮?dú)夤?yīng)條件下，以氮?dú)鉃榍逑礆庠词潜容^好的。

5.5 過濾

外冷碳化塔與引進(jìn)重堿水平帶式真空過濾機(jī)上下工序的鏈接匹配問題，曾經(jīng)是人們關(guān)心的問題，實(shí)踐說明，只要認(rèn)真操作，做好碳化工序碳酸氫鈉結(jié)晶，帶式過濾機(jī)可以正常運(yùn)行，重堿過濾崗位是沒有問題的。

[1] 周光耀.外冷碳化塔技術(shù)發(fā)展概況[G].中國化工學(xué)會(huì)第14屆純堿學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2010

[2] 王順好，唐克軍.外冷式碳化塔在聯(lián)堿中的應(yīng)用與改進(jìn)[G].中國化工學(xué)會(huì)第14屆純堿學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2010

[3] 周光耀.對碳化塔更新?lián)Q代的思考及建議[J].純堿工業(yè)，2017(1)