外冷式碳化塔在華爾潤(rùn)操作中的應(yīng)用

近年來(lái)，采用新的變堿技術(shù)（外冷碳塔）已應(yīng)用于聯(lián)堿行業(yè)。與塔相比，外冷塔具有簡(jiǎn)單大型化、占地面積小、單塔生產(chǎn)能力高的特點(diǎn)，縮短了塔的制備過程，需要交替清潔塔。與濃氣堿相比，脫硅塔、濃氣裝置等相關(guān)設(shè)備可以節(jié)省，同時(shí)節(jié)省能耗和脫硅液。因此外冷塔變換氣制堿工藝更趨合理,是聯(lián)堿法生產(chǎn)的發(fā)展方向。變換氣制堿工藝牽涉面較廣,其控制好壞不僅決定了聯(lián)堿系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量、消耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)水平,也作為合成氨裝置脫除變換氣CO2的重要一環(huán),對(duì)合成壓縮機(jī)臺(tái)時(shí)出率、系統(tǒng)壓頭、動(dòng)力消耗產(chǎn)生著較大的影響。淮安華爾潤(rùn)化工有限公司聯(lián)堿裝置于2004年10月投產(chǎn),重堿工序選用中國(guó)成達(dá)化工工程公司設(shè)計(jì)的5臺(tái)φ2800/3800外冷式碳化塔,采用1.3MPa變換氣制堿工藝,目前產(chǎn)品質(zhì)量、氨鹽耗指標(biāo)均已達(dá)到一定的水平,外冷塔操作日趨完善,并對(duì)碳化工藝指標(biāo)也作了一定的修正。1外冷式活性炭質(zhì)鹽系統(tǒng)1)外冷式碳化塔可以制取大顆粒結(jié)晶,提高了重堿結(jié)晶質(zhì)量。中部塔盤采用高效塔板,變換氣高氣速通過塔板小孔噴射呈湍流狀態(tài)增加了氣液傳質(zhì)效果,提高了吸收推動(dòng)力。篩板段液體經(jīng)內(nèi)溢流管下降,高效篩板在氣速穩(wěn)定條件下在塔板下形成一層氣墊,避免軸向返混、篩板漏液等,同時(shí)高氣速?zèng)_刷了塔板上的沉淀物和篩孔處的結(jié)疤。傳統(tǒng)老式菌帽碳化塔液體軸向返混現(xiàn)象較嚴(yán)重,各反應(yīng)區(qū)易紊亂;而外冷式碳化塔制堿液在異徑段笠帽高溫區(qū)有較長(zhǎng)的停留時(shí)間,由高氣速帶動(dòng)徑向返混。由于該塔下部依靠自身密度差實(shí)現(xiàn)外冷器循環(huán),塔下部與取出固液比基本接近,有利于生成較好的結(jié)晶。2)通常認(rèn)為:采用聯(lián)堿法純堿鹽分:索爾維塔達(dá)0.5%～0.6%,外冷塔達(dá)0.7%～0.9%。主要原因涉及系統(tǒng)母液平衡問題,當(dāng)過濾洗水加水過多時(shí)難于處理。而我公司對(duì)過濾噴霧洗水工藝改進(jìn)后保證了成品中的鹽分;同時(shí)我公司有3臺(tái)德國(guó)篩得利離心機(jī),采用重堿二次分離洗滌技術(shù),可以進(jìn)一步降低重堿中的鹽分0.1%左右。目前我公司重質(zhì)純堿鹽分0.5%～0.6%。3)變換氣制堿外冷塔的重堿結(jié)晶比濃氣制堿結(jié)晶顆粒度略小,但通過旋流器稠厚控制,提高了進(jìn)過濾機(jī)的固液比,將濾堿機(jī)濾餅厚度提至30～35mm,可使單臺(tái)13.5m2過濾機(jī)生產(chǎn)能力達(dá)500t/d,洗水當(dāng)量降至600～680kg,系統(tǒng)呈收縮狀態(tài),可以對(duì)每月產(chǎn)生的外冷塔煮塔水進(jìn)行全部回收,實(shí)現(xiàn)真正意義上的母液平衡。2碳操作控制2.1進(jìn)口氣動(dòng)閥匯流閥1)我公司變換氣中CO2含量27.5%,制堿壓力1.25MPa,則CO2分壓=1.25×27.5%=0.344MPa,相當(dāng)于濃氣壓力0.39MPa、88.1%CO2分壓;該分壓對(duì)控制碳化尾氣CO2量及氨損失都有較大的好處。2)本系統(tǒng)特點(diǎn):1.4MPa變換、變脫系統(tǒng)出口氣體由一根變換氣總管經(jīng)各碳化塔進(jìn)口氣動(dòng)閥分配至各塔。此流程在系統(tǒng)開車初期因控制方法不正確、操作不熟練,多次發(fā)生氣偏及塔架空現(xiàn)象,操作難度較大,后來(lái)通過液面平衡等操作手段使該問題得到解決,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。而同行業(yè)部分廠家采用0.8MPa變換、1.6MPa碳化制堿單塔流程,具有碳化操作穩(wěn)定的特點(diǎn),更可以發(fā)揮外冷式碳化塔生產(chǎn)能力大、操作彈性大的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)也有少數(shù)裝置采用外冷主副塔串聯(lián)清洗操作并設(shè)置增壓機(jī)來(lái)穩(wěn)定分配各塔氣量的方法,實(shí)現(xiàn)大氣量操作,單塔產(chǎn)量達(dá)180～190t/d,遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)150t/d,雖提高單塔生產(chǎn)能力,但相當(dāng)于備用了一個(gè)塔,且從能耗角度考慮不合理,重堿結(jié)晶顆粒一般。3)全系統(tǒng)壓差0.32MPa左右,遠(yuǎn)低于索爾維塔串塔操作時(shí)的壓降,有利于提高壓縮機(jī)臺(tái)時(shí)出率。同時(shí)本系統(tǒng)進(jìn)氣總管分配流程中,如依靠單塔進(jìn)氣氣動(dòng)閥門調(diào)節(jié)至20%～30%節(jié)流,雖提高了碳化氣量分配穩(wěn)定程度,但增加了系統(tǒng)阻力,目前將各塔進(jìn)氣閥門基本處于全開狀態(tài),對(duì)降低整個(gè)系統(tǒng)能耗有著重要的意義。2.2外冷器降溫控制1)采用低溫操作。通過實(shí)踐證明,外冷塔中溫控制46～50℃,同樣可以獲得較好的轉(zhuǎn)化率,中部異徑段三級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)使過飽和溶液延長(zhǎng)了停留時(shí)間,并通過中心循環(huán)管在該區(qū)域形成徑向返混,獲得良好的碳化反應(yīng)。外冷式碳化塔生產(chǎn)彈性較大,在追求該塔高負(fù)荷情況下可將中溫降至45℃左右,防止反應(yīng)上串。外冷變換氣制堿突破了高溫制堿的傳統(tǒng)觀念,證明了只要采用合適的塔板結(jié)構(gòu),控制低溫同樣可以獲得良好的結(jié)晶質(zhì)量。2)篩板下段溫度:控制TAⅡ+3～5℃。本系統(tǒng)在開車時(shí)期將篩板下段溫度控制TAⅡ+8～10℃,多次發(fā)生架空,主要原因是此段反應(yīng)溫度控制過高后,形成結(jié)晶堵塞篩板孔眼,造成溢流管氣液搶道,造成架空。篩板下段溫度是外冷碳化塔反應(yīng)中最敏感的溫度,是該段母液碳化度接近飽和度的標(biāo)志,篩板溫度穩(wěn)定值決定中溫。在氣量突然變化時(shí),應(yīng)區(qū)別對(duì)待該溫度變化:因變換氣在碳化液中鼓泡上升,如大減量后加負(fù)荷過快,會(huì)造成中部液體頂至篩板段造成篩板溫度高,出現(xiàn)中溫、篩板溫基本接近的怪異曲線,若處理不當(dāng),也會(huì)造成篩板段負(fù)荷跑高,發(fā)生托液事故。3)外冷器母液進(jìn)出口溫差≤5℃。①外冷器降溫效果直接影響塔底循環(huán)及中溫,應(yīng)保持列管外冷器清洗效果。在碳化塔架空、作業(yè)后期結(jié)疤、氣量大幅波動(dòng)等非正常狀態(tài)時(shí),中部下溫度T5跑高至54～56℃,其主要原因也是塔底未形成良好循環(huán)或循環(huán)量不足,導(dǎo)致進(jìn)外冷器母液溫度高,此時(shí)應(yīng)及時(shí)減量處理,恢復(fù)塔底循環(huán),如此時(shí)外冷器母液進(jìn)出口溫差過大,極易造成外冷器驟冷結(jié)疤,塔底溫度高難以恢復(fù)正常負(fù)荷;②冬季開車時(shí)應(yīng)注意將外冷器管間充滿冷卻水,隨外冷列管母液同時(shí)升溫,減小管、殼層溫差,延緩結(jié)疤。2.3含氯化結(jié)晶粒度1)AⅡCO219～21tt:①該值是控制AⅡ液堿性的指標(biāo),AⅡCO2在此范圍內(nèi)有利于碳化制得大顆粒結(jié)晶;②由碳化取出CO2至AⅡCO2可觀察出碳化結(jié)晶粒度及濾堿機(jī)跑晶情況,本系統(tǒng)母I桶內(nèi)細(xì)晶采用母I沉淀泵打回至碳化稠厚器流程,對(duì)細(xì)晶回收起到很好的效果,但應(yīng)注意避免將大量MI返回稠厚器造成母液重復(fù)洗滌,過濾氯差跑高。2)β值1.00～1.05:本系統(tǒng)改用自制精鹽后,母液指標(biāo)發(fā)生變異:母ⅡNa+63tt、CNH340tt。判斷主要原因是母液Na2SO4累積造成,從碳化取出指標(biāo)CNH385～87tt看轉(zhuǎn)化率較好,Na+完全值還是比較高的,控制傳統(tǒng)β值無(wú)法滿足生產(chǎn)需要。3如何延長(zhǎng)碳化塔的工作周期3.1外冷塔是否延長(zhǎng)作業(yè)周期本廠對(duì)外冷塔角閥采用了硬密封改造,解決了困擾外冷塔生產(chǎn)的角閥墊泄漏問題,使外冷器清洗及正常生產(chǎn)得到了保證。因此,一般來(lái)說,真正決定碳化塔作業(yè)周期的是塔內(nèi)結(jié)疤狀況,延緩結(jié)疤就可以獲得更長(zhǎng)的作業(yè)周期。從系統(tǒng)能耗考慮,外冷塔每次煮塔時(shí)產(chǎn)生的煮塔水近2萬(wàn)元的氨堿損失,也給環(huán)保帶來(lái)了巨大壓力,因此應(yīng)盡可能延長(zhǎng)塔作業(yè)周期。從近年來(lái)我廠實(shí)際控制情況看,煮塔后對(duì)中部進(jìn)行清理是很必要的,可以使碳化塔作業(yè)周期穩(wěn)定地達(dá)到40～50天,實(shí)現(xiàn)計(jì)劃性煮塔。3.2堿液停留時(shí)間碳化中溫宜采用46～50℃低溫作業(yè):溫度提高后導(dǎo)致中部結(jié)疤加速,在該塔按設(shè)計(jì)負(fù)荷日產(chǎn)150t生產(chǎn)時(shí),堿液在塔內(nèi)已有足夠的停留時(shí)間,如果為追求短時(shí)較好結(jié)晶采用高中溫操作,犧牲了塔的作業(yè)周期。同時(shí)在高負(fù)荷時(shí)為追求穩(wěn)定,將負(fù)荷強(qiáng)行控制在中部下段也是較為合理的,防止了架空、氣頂?shù)犬惓Ｉa(chǎn)狀況的發(fā)生。3.3過飽和過反復(fù)作用中部是外冷塔結(jié)疤最嚴(yán)重區(qū)域,串聯(lián)式結(jié)構(gòu)決定其是過飽和、飽和反復(fù)形成的過程,在一定時(shí)間段控制該層面溫度穩(wěn)定,減小塔板負(fù)荷波動(dòng),是減輕結(jié)疤的較好方法。4對(duì)非正常工藝的分析和處理4.1冷碳塔尾氣的凈化碳化塔在托液、架空等不正常狀況發(fā)生時(shí)AⅡ液會(huì)被帶至尾氣回收塔,主塔帶鹵后果也較嚴(yán)重:①腐蝕碳化出口管道;②造成過濾洗水TCl-跑高。傳統(tǒng)過濾洗水流程:副塔淡氨水→淡液桶→淡液蒸餾塔(廢淡液)→濾過尾氣洗滌塔→煅燒輕灰洗滌塔→過濾在碳化主塔帶鹵后造成一連串各塔液體TCl-跑高,過濾洗水TCl-跑高后又造成產(chǎn)品鹽分超標(biāo)的質(zhì)量事故。正常生產(chǎn)中外冷碳化塔尾氣出口含氨3.0g/m3左右,也意味著該尾氣中會(huì)夾帶一定霧狀液體。因此在主塔出口設(shè)置旋風(fēng)分離器是必要的,但仍有高氯根母液被尾氣夾帶至副塔,使洗水TCl-值升高,給制取低鹽重質(zhì)純堿帶來(lái)一定難度。4.2制的偏流,頻繁出現(xiàn)權(quán)基在本系統(tǒng)變換氣總管分配入各塔流程中,由于各塔生產(chǎn)情況、運(yùn)行周期不一,各塔氣量在控制不好時(shí)頻繁出現(xiàn)大幅度偏流;塔內(nèi)液位、溫度不穩(wěn),結(jié)晶不穩(wěn);甚至單塔氣量過大時(shí)易出現(xiàn)架空等情況。目前本廠采用方法為平均分配各塔氣量,強(qiáng)制控制各塔液面,以各塔液面略高或略低來(lái)平衡各塔結(jié)晶等阻力不一的影響,穩(wěn)定的控制各塔結(jié)晶層,可以使氣量得到穩(wěn)定的控制。4.3尾氣污水廢水碳化塔出現(xiàn)單塔壓差明顯降低、液位升高、液泛起泡等現(xiàn)象,其帶來(lái)危害較為嚴(yán)重:出口尾氣CO2高、帶液、減機(jī)減量等生產(chǎn)事故;并且明顯縮短塔作業(yè)周期,應(yīng)杜絕此類現(xiàn)象發(fā)生。1氣體搶道,導(dǎo)致主塔帶液出現(xiàn)原理如因操作不當(dāng)造成碳化塔液位控制低于上層篩板段時(shí),該篩板溢流管無(wú)液體下落,長(zhǎng)時(shí)間會(huì)造成氣體搶道,變換氣會(huì)從阻力小的溢流管上升通過,將液體托在塔泡罩段上部,篩板段出現(xiàn)拉空現(xiàn)象、上下部液體脫節(jié),造成主塔帶液。明顯現(xiàn)象為篩板溫度猛升,減少氣量時(shí)篩板溫度猛降(新鮮AⅡ液落下)。此時(shí),應(yīng)適當(dāng)減量,并將篩板溫度控制低溫,對(duì)篩板段進(jìn)行清洗恢復(fù)。2堿與加液搭配不當(dāng)一般因中部結(jié)疤嚴(yán)重造成,塔作業(yè)后期負(fù)荷集中在中部下T5點(diǎn)。在操作不精心時(shí),出堿與加液搭配不當(dāng),塔內(nèi)液位過低,無(wú)法形成外冷良好循環(huán),外冷器出現(xiàn)不作業(yè)情況。此類后期塔宜作煮塔處理。新作業(yè)塔中部架空時(shí)應(yīng)及時(shí)減量,采用AⅡ泵出口清洗外冷工藝時(shí),可將備用外冷器角閥打開,從中部灌入AⅡ液清洗中部,減輕結(jié)疤后恢復(fù)。4.4裝置的注意事項(xiàng)一般因其它原因突然停塔后,開塔后作業(yè)效果普遍偏差,有條件時(shí)應(yīng)倒