聯堿法純堿生產中氨Ⅰ母液冷卻工藝的研究與應用

卓士彬,趙 川

(連云港市福源德邦科技發展有限公司，江蘇 連云港 222300)

1 背景技術

聯堿法純堿生產中氯化銨冷凍工序是主要能耗工序，聯堿行業為降低冷凍工序的能耗，從各方面采取措施進行節能降耗的改進，其中降低投入氯化銨冷凍工序的氨Ⅰ母液溫度，是最主要的節能降耗手段，其直接影響氯化銨冷凍工序的能耗。

傳統的氨Ⅰ母液冷卻工藝是先將來自吸氨的熱氨Ⅰ母液送水冷與冷卻水換熱，水冷基本均采用列管換熱器，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至38～40 ℃，再經過母換器與母Ⅱ液換熱，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至28～30 ℃，然后再送去冷析結晶系統冷凍工序進行降溫，從而析出氯化銨結晶。該工藝缺陷在于因氨Ⅰ母液固定銨濃度與溫度的關系，使得氨Ⅰ母液溫度只能降至氯化銨結晶臨界析出溫度，其若進一步降溫易造成母換器換熱管結晶堵塞，影響運行，從而使得進入冷析結晶系統的氨Ⅰ母液溫度較高，勢必增加后續結晶工段的冷凍負荷，不能有效、合理地利用低位冷量，增加冷凍系統的冰機負荷，加大了系統的設備投資和維修保養費用；由于增加了系統的冷凍負荷，勢必增加系統的運行費用，尤其是能源的大量消耗。

所以，通過技術創新，我公司研究一種聯堿法純堿生產中氨Ⅰ母液冷卻新型工藝，采用了結晶器內部循環與換熱器外部循環結合的工藝，通過增加換熱器管內及管外循環量，提高管內外流速，降低氯化銨母液的過飽和度這一技術手段，實現將氯化銨母液溫度降低到結晶臨界點(即20～22 ℃)以下，較傳統工藝降低了6～8 ℃，同時解決了冷卻器堵塞這一問題，做到了冷熱量充分利用之目的，從而降低聯堿法氯化銨生產中冷凍工序的能耗，達到能源合理利用，實現節約能源的目的。

2 工藝技術介紹

本工藝技術主要研究內容是針對現有技術的不足，提供一種新的、可降低系統冷凍負荷、減少設備投資費用和能耗的聯堿法純堿生產過程中結晶工段氨Ⅰ母液冷卻工藝。

其工藝流程大致為：先將來自吸氨的熱氨Ⅰ母液送水冷與冷卻水換熱，水冷選用鈦材板式換熱器，提高換熱效率，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至35～37 ℃，再經過母換器與母Ⅱ換熱，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至26～28 ℃，降溫后的冷氨Ⅰ母液送入預冷析結晶器與外冷器的循環母液一起進入預冷析結晶器中心循環管，從底部分布上升，預冷析結晶器上層的母液經氨Ⅰ軸流泵送入預冷析外冷器列管內與管間鹽析結晶器來的母Ⅱ液換熱降溫而產生過飽和度，呈飽和狀態的循環母液從外冷器上部經中心管返回到結晶器底部，通過晶漿層消失其過飽和度，促使結晶的生成和成長，如此連續循環降溫，可降低預冷析冷氨Ⅰ母液溫度至20～22 ℃，預冷析結晶器上部的清液溢流去冷析結晶系統冷凍工序進行降溫，從而析出氯化銨結晶。換熱后的母Ⅱ液回母Ⅱ桶，再由母Ⅱ泵輸送至母換器。

3 技術應用

該工藝技術已于2019年11月26日被國家工信部納入《國家工業節能技術裝備推薦目錄(2019)》，作為引導綠色生產、清潔生產技術，加快推廣應用。

目前，該工藝技術已在安徽德邦化工有限公司60萬t純堿/a系統實施應用。其實施改造方案為：預冷析結晶系統新上一臺預冷析結晶器φ10000/φ13000×14154，全容積1 080 m3；配套三臺外冷器φ2400×7500，單臺換熱面積F=1 240 m2，正常生產兩開一清洗；配套三臺AⅠ軸流泵(Q=6 500 m3/h，H=3 m，N=132 kW)，三臺母Ⅱ軸流泵(Q=1 500 m3/h，H=1.5 m，N=30 kW)，正常生產兩開一備；一臺熱AⅠ清洗泵(Q=600 m3/h，H=40 m，N=132 kW)。通過實施改造，將來自母換器的氨I母液通過預冷析系統外冷器與鹽析結晶器來的母Ⅱ液進行換熱，將氨I母液溫度降至結晶臨界點以下((即20～22 ℃))，較傳統工藝降低了6～8 ℃，同時解決了冷卻器堵塞這一問題，做到了冷熱量充分利用之目的，并極大節約能耗。

表1是安徽德邦預冷析系統改造項目實施后的查定數據：

表1 預冷析系統改造查定(2017年12月)

項目經濟效益核算：

項目投用后，聯堿系統停用一臺大冰機(制冷量200萬kcal/h，N=1 000 kW)、一臺小冰機(制冷量100萬kcal/h，N=560 kW)及兩臺蒸發冷(N=47 kW)，總計用電1 654 kW，而預冷析系統總耗電約為456 kW，則通過項目改造，每小時節電量為1 198 kW，全年以8 000 h計，則全年節電量約為958萬kWh。電費以0.6元/度計算，每年可節約電費575萬元。此外，因少開冰機，可減少冰機運行帶來的維護保養費用。

4 結 論

我公司獲得本工藝技術授權發明專利一項，發明專利名稱：聯堿法純堿生產過程中結晶工段氨I母液冷卻工藝，專利號：ZL201110354760.9。本工藝技術在國內屬于首創，通過將聯堿法純堿生產中系統母液的冷量與熱量合理轉換利用，達到能源充分利用的目的，項目運行安全穩定、節能，達到預期效果。本技術節能減排效果顯著， 技術方案成熟可靠，同時降低傳統工藝冰機運行帶來的安全環保問題，應積極推廣至聯堿行業使用。

本工藝需要考慮的是，由于母Ⅱ溫度升高，結合系統熱量平衡，需要將原列管式氨Ⅰ水冷換熱器調整(或者增加)為高效的板式換熱器，以保證母換器出口的氨Ⅰ溫度符合指標要求。