联碱碳化五塔清洗工艺应用总结
2014-03-28韩启明陈建园杨明秋
韩启明,陈建园,杨明秋
(淮安华尔润化工有限公司,江苏 淮安 223001)
我公司联碱采用变换气和浓气制碱,碳化塔清洗为煮塔工艺,每台碳化塔运行30~40天后,就需进行停塔煮塔,将内壁、塔盘及分布孔上的聚集疤块清洗干净,以恢复碳化塔的性能。同时碳化塔在作业期间每天需定期倒换外冷器,以防止外冷器列管结疤,影响传热效果。自2004年10月份投运以来,煮塔工艺暴露出多项不合理之处,主要表现在:
1)环保上,由于煮塔水难以消化,未能完全返回系统,部分煮塔水需经蒸馏后排放,给环保上带来很大压力;
2)安全上,每次煮塔、检查内部结疤情况时,需将单塔与系统隔离,以防变换气进入塔内,加拆盲板工作量较大,且十分繁琐,稍有不慎,就存在较大安全隐患;
3)能耗上,蒸汽和水消耗较大,每次煮塔,需用水200m3左右,还需用蒸汽进行加热,同时煮塔水在回收或外排时,还需进行蒸馏,又需消耗蒸汽;
4)原料损失较大,在每次煮塔后投运时,由于塔内存在氧气,需对塔内气体进行置换放空,造成部分氢氮及氨气排入大气,损失较大。以上问题已给生产带来诸多不便。
随着工艺技术的不断更新,联碱行业外冷碳化制碱工艺正在逐步推广碳化塔清洗工艺,该工艺已在行业内部分厂家得到成熟应用,但均为四塔一组进行循环清洗作业,我公司重碱Ⅱ系统有五台碳化塔,为解决我公司碳化煮塔工艺存在的不足,采用清洗工艺取代煮塔工艺已势在必行,同时进一步探索五塔一组清洗工艺的可行性。
1 碳化塔清洗工艺流程
碳化塔的清洗是将热氨母液Ⅱ连续送入清洗塔内,并将碳化付塔尾气经过增压机加压后通入塔内,起到搅拌和扰动的作用,对外冷器和碳化塔进行同时清洗。热氨母液Ⅱ溶解塔内碳酸氢钠和碳酸氢铵等结疤的同时吸收少量的二氧化碳,达到清洗和预碳化的目的。清洗后的AⅡ由清洗塔内抽出,由清洗泵加压后与AⅡ经冷却器冷却后送入制碱塔制碱。
塔组编制:按5塔一组,1台清洗、4台作业。
气体流程:来自合成的变换气进入作业碳化塔,塔顶尾气再进入碳化尾气回收塔,出碳化尾气回收塔的气体,一路直接送往合成,一路进入增压机,经增压后送往清洗碳化塔(气量一般控制在12 000 Nm3/h左右),搅动塔内液体,以增加清洗效果,出清洗碳化塔的气体返回到碳化尾气回收塔的进口。
液体流程:加压AⅡ泵出口,部分AⅡ液直接送往AⅡ冷却器,部分AⅡ液送入清洗碳化塔进行清洗(流量正常在100~120m3/h),出清洗碳化塔AⅡ液,再用清洗AⅡ泵也送入AⅡ冷却器,经冷却后送入其它4台作业碳化塔。
2 主要新增设备及需改造设备
1)新增2台氢氮气增压机,一开一备。
参数 吸气压力:1.1MPa(绝)
排气压力:1.55MPa(绝)
打气量:27m3/min
数据依据:原料气按最高压力1.0MPa核算,碳化塔压差按0.35MPa核算,清洗气量按最高15 000 Nm3/h核算,(正常控制在12 000Nm3/h左右)。
2)清洗泵:新增2台清洗泵,一开一备。
参数 Q=110m3/h
H=58m
进口压力:1.35MPa(表)。
3)碳化塔取出管口:现有管口为DN125,不能满足流量需要,改造为DN150。
3 项目效益测算
1)氨耗:按照氨耗降低3kg计算,联碱二期规模为20万t/a,全年可减少氨损失600t。按现有合成氨成本2 900元/t计算,全年可增加效益174万元;
2)消耗水量上,按单塔每次煮塔需200m3计算,5台碳化塔全年可节水330/35×200×5=9 500 m3,环保压力大大减少;
3)煮塔蒸汽消耗:正常煮塔时间为24h,按三个外冷器蒸汽吹堵阀(DN50)全开、加热时间为20 h、使用1.6MPa蒸汽计算,则每次煮塔消耗蒸汽量为:3.14×0.025×0.025×3 600×30×8.525×3×20=108 412kg,约需要110t蒸汽,则全年5台碳化塔煮塔需用蒸汽为330/35×110×5=5 185t,按现有蒸汽成本170元计算,全年可增加效益8 185×170=88万元;
4)蒸馏蒸汽消耗:按现有淡液蒸馏塔蒸汽消耗量200kg/m3计算,5台碳化塔煮塔水全年需消耗蒸汽330/35×200×200×5=1 885t,按现有蒸汽成本170元计算,全年可增加效益1 885×170=32万元;
5)电耗:采用清洗工艺后,5台碳化塔循环轴流泵(装机功率45kW、煮塔水泵(装机功率30kW)停开,增加清洗泵(装机功率约30kW)和增压机(装机功率约200kW),从装机功率上看基本相当。
6)安全:采用清洗工艺后将大大减少员工及维修工的工作量,同时也可避免因角阀等设备故障给生产带来的影响,其潜在效益不可低估。
可以看出,如采用清洗工艺,在安全及环保上的效益不言而喻,在节能降耗上,全年可减少损失174+88+32=294万元,预计不到一年即可收回投资。
2012年8月份,利用系统停车大修机会,我公司对重碱车间Ⅱ系统五台碳化塔进行了清洗工艺流程改造。
4 项目建成后运行情况
重碱车间Ⅱ系统于8月13日14:00利用4#碳化塔进行清洗工艺试运行,整个清洗流程比较通畅,工艺试运行较顺利。8月15日,碳化塔清洗工艺正式运行,采用碳化塔四开一清洗模式。
1)清洗AⅡ温度36~38℃,进塔温度31~33℃,中温最高53℃,取出固定铵85.2~86.8tt,作业塔气量14 000~15 000Nm3/h,操作压力1.27MPa,清洗气气量达到8 000Nm3/h,碳化塔四开一清洗,每次倒塔有一个升温的过程,温度及指标波动较大。
2)从工艺数据来分析,清洗塔清洗后的AⅡ液内CO2含量要高于进清洗塔的AⅡ液内CO2含量1tt左右,反映出明显的清洗效果。清洗塔倒换成作业塔后,从碳化塔各温度点数据来看,特别从中部温度(中上、中下部温差1℃左右)及外冷器温差(3℃左右)能够反映出清洗效果。
3)在变换气总气量不变的情况下,清洗工艺运行后,Ⅱ系统日产纯碱量由原来的650t涨至700t。但由于原5个碳化塔的生产负荷由现在的4个碳化塔进行分解,因此,作业碳化塔生产负荷较以前提高,MI CNH3略有降低,由83tt降至80tt左右,AⅠCNH3也有一定的降低,但通过近段时间运行,母液总量略有收缩。
4)清洗工艺运行后,操作人员由每日的倒换5个碳化塔外冷器改为倒换1次碳化塔,此外,还避免因外冷器倒换后内漏而带来的一系列问题的处理。
5)清洗工艺的运行,碳化塔由每月1次蒸煮改为每半年1次蒸煮,一是解决了碳化塔每月蒸煮带来的废水回收的问题,减少旧蒸馏系统运行的次数约48次/年,减少外排,从很大程度上减轻了生产、环保压力;二是减少了因碳化塔蒸煮造成的氨损失,碳酸氢钠结晶的损失和蒸汽的消耗;三是避免了因开停塔而带来的一些安全隐患。
6)碳化塔清洗工艺不使用角阀、轴流泵,避免了阀门泄漏的影响,减少日常维修,现场跑冒滴漏、挂淋明显减少,操作环境有所改善,减少设备腐蚀;同时不会因煮塔时热胀冷缩原理而破坏设备防腐层,防腐工作量大幅度降低。
5 结 语
清洗工艺运行以后,由于增加了增压机岗位,需增加人员编制;且增压机内运行气体介质为氢、氮气,安全运行需引起高度重视;清洗工艺现场调节阀门因为人为手控调节波动较大,影响生产的平稳性,今后可以考虑更换为自控阀门进行调节。总体来说,我公司碳化塔五塔一组清洗工艺的运行效果良好,满足生产需要的同时做到了节能减排,产生了良好的经济效益和社会效益。