碳化尾氣系統(tǒng)的改造

(中鹽吉鹽化集團內(nèi)蒙古吉蘭泰堿業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善左旗 750333)

1 碳化塔運行狀況的介紹

純堿生產(chǎn)中，氨鹽水碳酸化過程(簡稱“碳化過程”)是涉及工藝條件最多、影響因素最廣、物理和化學變化最復雜的一個工序。碳化工序處于純堿生產(chǎn)的中心部位，素有制堿“心臟”之稱。它的操作狀況和工藝指標如何，不僅反映出一個堿廠的技術(shù)和管理水平，而且對產(chǎn)品產(chǎn)量的高低、質(zhì)量的優(yōu)劣及物耗的多少，即堿廠經(jīng)濟效益，具有舉足輕重的影響。

碳化工序操作的基本職能是，使氨鹽水在碳化塔內(nèi)很好地吸收CO2，并經(jīng)適當而充分的冷卻降溫，盡可能提高碳化度，以取得原鹽NaCl轉(zhuǎn)化率高、NaHCO3結(jié)晶粗大、雜質(zhì)含量很少的懸浮液，送往濾過工序進行固液分離。

碳化塔是碳化過程的主要設(shè)備，也是純堿生產(chǎn)中的關(guān)鍵性設(shè)備。它利用氣液對流原理，維持氣液連續(xù)穩(wěn)定流動，進行質(zhì)量與熱量傳遞，以氨鹽水吸收CO2，析出形狀規(guī)則、粒度粗大的NaHCO3結(jié)晶，并要求盡可能達到食鹽轉(zhuǎn)化率高、制堿周期長。碳化過程又是一系列的放熱反應(yīng)過程，大量反應(yīng)熱需要從塔內(nèi)移出。因此，碳化塔的構(gòu)造需要盡可能同時滿足液體力學、吸收、結(jié)晶、冷卻等過程以及運轉(zhuǎn)周期正常的要求。

所謂碳化尾氣是在碳化塔內(nèi)沒有完全反應(yīng)吸收的氣體。碳化尾氣主要含有NH3、CO2和隨氣體帶出來的NaHCO3、NH4HCO3、NaCl、H2O的碳化液，統(tǒng)稱叫回鹵。回鹵的存在不僅在管道內(nèi)容易形成NaHCO3、NH4HCO3、NaCl的混合物結(jié)晶，而且使碳化液在塔的停留時間縮短，從而影響產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率。因此，碳化尾氣帶鹵量是我廠一直在致力解決的難題，此問題得以妥善的控制直接影響著碳化塔的能力、碳化轉(zhuǎn)化率及氨的消耗等關(guān)鍵性指標的完成。

2 碳化回鹵及尾氣壓力對生產(chǎn)的影響

碳化回鹵是從制堿塔和清洗塔尾氣帶出的碳化液。碳化尾氣經(jīng)過尾氣分離器分離后，回鹵進入中和水儲桶，氣體進入碳化尾氣凈氨塔。碳化回鹵與中和水混合后，再進入制堿塔內(nèi)。由于這部分液體(碳化回鹵)在生產(chǎn)中循環(huán)，會增加母液當量，減少產(chǎn)量。

表1 中和水和碳化回鹵的成分對比

3 碳化尾氣系統(tǒng)存在的問題

3.1 回鹵集中，尾氣壓力不穩(wěn)定

我廠共有5座碳化塔，排成前后2排，1#、2#塔在前排、3#、4#、5#塔在后排，碳化尾氣管線從5#塔起，通過4#、3#、2#塔，末端到1#塔，然后進入碳化尾氣分離器，所以碳化尾氣管線是“U”形。

因為碳化尾氣管線是一條聯(lián)通的“U”形管線，所以，各塔尾氣帶出來的回鹵最后集中到1#塔和碳化尾氣分離器處，使1#塔塔壓波動，分離器分離效果下降，導致碳化尾氣壓力不穩(wěn)定、波動大，最終影響到每個塔塔壓不穩(wěn)定，導致碳化塔出堿不穩(wěn)，造成純堿整個系統(tǒng)波動。

3.2 碳化尾氣總管向塔內(nèi)串鹵

如圖1，單塔出氣管線為φ400，總管直徑為φ700，隨尾氣帶出的碳化鹵進入總管后由于體積突然增大(直面積增大了3.06倍)，氣液部分分離，尾氣沿流向有向各塔存在反流的現(xiàn)象，且起靠近分離器的塔超嚴重，反流鹵水因氨損失量大，影響碳化指標及能力。

3.3 碳化尾氣調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)不方便

為了更好的提高生產(chǎn)能力和相應(yīng)指標，在碳化尾氣總管上增加調(diào)節(jié)閥是不二的選擇，最初選用DN700的蝶閥，擔心結(jié)晶卡澀就將閥板用氣焊沿閥板的邊緣割掉10 mm，正常運行調(diào)節(jié)閥開度僅20%，由于管徑大閥位略有一點調(diào)整就使得調(diào)節(jié)量變化過大(即調(diào)節(jié)精度差)，碳化塔壓力波動太大，難以實現(xiàn)碳化塔的平穩(wěn)操作。

3.4 碳化尾氣凈氨塔底圈液位波動

由于尾氣帶鹵量波動大，另一方面碳化尾氣凈氨塔出液“U”形管高度不合理導致凈氨塔液位波動，現(xiàn)有凈氨塔出液液封易出現(xiàn)出液帶氣的現(xiàn)象，加劇了液位的波動，引起碳化塔壓波動，同時提高了氨的損失。

4 碳化尾氣系統(tǒng)改造

4.1 碳化尾氣總管

為分散碳化尾氣回鹵，使尾氣壓力分布均勻進行改造。

將碳化尾氣“U”形管改為“H”形管，即各塔碳化尾氣串聯(lián)改為并聯(lián)，具體改造(如圖1)，將3#、2#塔尾氣管線斷開，5#、4#尾氣管線中間與2#、1#尾氣管線中間連在一起，形成“H”形管。改造后，碳化尾氣總管壓力提高至70～75 kPa，塔壓很平穩(wěn)，出堿效果明顯改善，碳化轉(zhuǎn)化率達到75%左右，達到了預(yù)期效果。

圖1 碳化尾氣系統(tǒng)改造圖

4.2 碳化尾氣大閥

最初選用碳化尾氣大閥是DN700手動蝶閥，調(diào)節(jié)靈敏度和精度低，達不到調(diào)節(jié)要求。為了使碳化尾氣壓力調(diào)節(jié)更加靈敏和精確，根據(jù)碳化尾氣流量變化，將現(xiàn)用DN700手動蝶閥改為DN550自動調(diào)節(jié)閥。目前，碳化尾氣壓力調(diào)節(jié)效果非常好。通過一年的試運行碳化淡氨鹽水含氨降低了1.0 tt。

4.3 碳化尾氣凈氨塔出液管

由于尾氣帶鹵量波動大，另一方面碳化尾氣凈氨塔出液“U”形管高度不夠?qū)е聝舭彼何徊▌樱F(xiàn)有凈氨塔出液液封易出現(xiàn)出液帶氣的現(xiàn)象，加劇了液位的波動，引起碳化塔壓波動，同時提高了氨的損失。

通過碳化尾氣管線的改造，已解決碳化尾氣帶鹵現(xiàn)象。但由于碳化尾氣凈氨塔出液“U”形管高度不夠而凈氨塔液位還有波動。為了解決碳化尾氣凈氨塔液位波動，將以前 “U”形管位置改在地面，使“U”形管高度與淡氨鹽水貯桶高度在同一個水平線，使碳化淡氨鹽水平穩(wěn)進桶。通過改造，碳化尾氣凈氨塔氣、液平穩(wěn)，取得了顯著效果。

4.4 用廢淡液沖洗尾氣調(diào)節(jié)閥

目前碳化尾氣調(diào)節(jié)閥易出現(xiàn)結(jié)晶、卡澀的現(xiàn)象，但用廢淡液沖洗后，很快就溶解結(jié)晶，隨時消除閥門閥板的結(jié)晶，恢復正常。

5 改造成效

通過改造從根本上解決了分離器回鹵不暢；碳化鹵水反串；凈氨塔底圈液位不穩(wěn)定影響碳化塔壓；碳化尾氣調(diào)節(jié)精度差等問題，加之在提高了碳化尾氣壓力的上限(即從0.6 MPa提至0.7 MPa)，碳化帶鹵量得到了很好的控制， 真正實現(xiàn)了高塔壓高液位操作。2017年減少蒸氨塔結(jié)疤項目取得突破性進展，蒸量從原來200～215 m3/h，提升至200～245 m3/h， 10～12月產(chǎn)量連續(xù)三個月歷史性突破3萬噸大關(guān)，為完成今年33.67萬t提供了堅實的保障。