联碱碳化塔的升级改造

朱爱民

（中盐德邦（江苏）化工股份有限公司，江苏 连云港 222002）

1 项目建设的背景

德邦公司目前在安徽淮南联碱装置能力为30万t／a，系统采用加压变换气制碱，同时结合常压炉气制碱。变换气加压制碱采用变换气进入制碱塔直接碳化，制碱塔尾气进入清洗塔进行清洗，作业周期与清洗周期可以根据生产情况自由调整的工艺。此种变换气制碱工艺是我国独创的联碱流程，其节能和节省投资的效果是十分显著的，我公司一直以来坚持采用加压变换气制碱技术，积累了大量的经验及基础数据。我公司变换气制碱设备采用内冷式索尔维碳化塔，原变换气制碱塔型号为φ2.2／φ2.4×24.6m，单塔日生产能力为80t／d·塔；常压炉气碳化塔采用的是外冷式碳化塔，塔的型号为φ2.2×28.9m，单塔日生产能力为，75t／d·塔。随着生产能力的增加，不管是变换气制碱塔，还是外冷碳化塔，都不能满足生产的要求，因此对变换气制碱及常压炉气系统进行技术升级改造。

2 设备选型及核心设备改造方案

碳化系统技术改造涉及的主要设备包括变换气碳化塔、常压炉气碳化塔、中和泵、AⅡ液泵、稠厚设备及尾气净化系统设备。核心设备变换气碳化塔及常压炉气碳化塔主要由我公司自行设计。

2.1 加压碳化塔

将φ2.2／φ2.4×24.6m 改造为φ2.2／φ2.7×26.4m，额定工作压力为1.1MPa，设计压力1.3 MPa，换热面积537m2，全容积123m3，单塔产能120t／d·塔，上部笠帽24个，下部笠帽9个。对碳化塔重新进行了设计计算，针对碳化塔不同高度，设计了笠帽的不同开孔率，同时考虑合适的气相及固相流道，计算流通通道的具体尺寸。同时考虑单塔负荷的增加，调整了冷却水箱布管型式及冷却水箱数量。

2.2 常压炉气碳化塔

原来采用的是φ2.2×28.9m外冷式碳化塔，碳化结晶质量较差。在这次改造中淘汰了3台外冷式碳化塔，采用公司自主设计φ3.0／φ3.5×30.7m异径内冷式常压碳化塔。设计额定工作压力为0.5 MPa，设计压力0.6MPa，换热面积1 564m2，全容积244m3，设计单塔产能200t／d·塔，上部笠帽24个，下部笠帽8个。由于采用炉气制碱，同时使用空气进行清洗，故我公司对常压炉气碳化塔进行了相关设计计算，计算了碳化塔总高度，同时设计了合适的反应净化段及结晶冷却段，通过计算不同笠帽采用的不同的开孔率，以达到最佳的清洗效果。同时考虑合适的气相及固相流道，计算出流通通道的具体尺寸。根据单塔负荷的具体情况，采用h＝1 250mm高水箱，调整冷却水箱布管型式，以适应大负荷的要求。同时根据碳化塔具体结构，设计了底部气体分布器，解决底部堆碱的问题。

2.3 中和泵及氨Ⅱ泵

均选用既耐腐蚀又耐冲刷的碱液泵。中和泵型号IJ125－80－250A技术参数流量Q＝135m3／h，扬程H＝66m；氨Ⅱ泵型号IJ125－100－315技术参数流量Q＝200m3／h，扬程H＝125m。

2.4 旋液分离器

变换气加压碳化塔取出的固液比为25%左右，直接进入转鼓过滤机势必增加滤碱机运行负荷，所以本改造采用φ380×1 904旋液分离器进行稠厚，可以有效提高稠厚后的固液比至32%左右。

2.5 尾气净化塔

选用φ2.8×24.7m泡罩式吸收塔，采用三级净氨，一级采用冷AⅠ，二级采用淡液（回收蒸氨残液），三级采用软水，逐级进行洗涤吸收，将回合成高压机三段入口的氨含量降低到0.2%以下。

改造前后设备变化见表1。

表1 改造前后主要设备一览表

3 项目投资情况

碳化系统改造总投资为：1 950万元，其中

设备费用：480万元

安装材料费用：1210万元

土建：25万元

防腐保温：85万元

电器及仪表：140万元

其它费用：10万元

4 项目运行情况

碳化系统生产运行平稳，各项指标均达到设计能力，部分关键指标超过了原设计参数。碳化塔三点温度远高于设计温度，尤其中部反应温度高达66.4℃。无论从碳化塔的产能、制碱运行周期、碳化转化率，还是碳化取出结晶质量、洗水当量、吨碱氨耗各方面均优于传统的内冷式索尔维碳化塔，也优于国内其他类型碳化塔各项参数。具体运行数据见表2。

表2 大型加压碳化塔、常压炉气碳化塔运行数据一览表

4.1 碳化塔生产能力

1）加压变换气碳化塔：根据系统进塔AⅡ母液及取出母液成分核算，德邦公司吨碱母液当量在9.2～9.5m3／t碱，进塔 AⅡ流量在51～56m3／h，单塔生产能力135t／d·台。原加压碳化塔生产能力为80t／d·台，大型塔能力是原来加压碳化塔的1.69倍，产能提升69%左右。

2）常压炉气碳化塔：根据目前进塔AⅡ母液及取出母液成分核算，淮南公司吨碱母液当量在9.2～9.5m3／t碱，进塔AⅡ流量在95～100m3／h，单塔生产能力253t／d·台。因此从以上查定数据及计算数据，自主设计的内冷式常压碳化塔，单塔生产能力超过原设计能力（200t／d·台）25%～28%，是原有的外冷式碳化塔（75t／d·台）产能的3.4倍，实现了常压炉气塔的大型化。

4.2 碳化塔制碱、清洗周期及清洗效果

根据碳化塔投入使用来看，单塔制碱运行周期采用的是48h（结晶质量、碳化转化率均较好情况下），清洗周期在24h情况下，均能彻底清洗好碳化塔。目前投入使用后6个月，在未发生事故状态下未进行煮塔作业。由表2可以看出，进塔清洗的AⅡ液CO2浓度为17.2tt，大大提高了碳化塔的溶疤能力，溶疤速度也得到提高。改造前AⅡ液CO2浓度为22tt，碳化塔结疤溶解度为25g／L；改造后结疤，溶解度为43g／L，相当于改造前的2倍，溶解速度常数达到0.85cm／h，是改造前1.3倍。

4.3 碳化转化率

根据以上查定数据可以看出，无论是加压变换气碳化塔还是内冷式常压炉气碳化塔，碳酸化后出碱液CNH3基本均在86.4tt以上，最高能达到87.6tt，平均86.6tt，进塔AⅡ液固定铵38.2～40 tt，取出液固定铵增量能达到46～47.6tt，与原加压碳化塔固定铵增量40～42tt相比较，增量提高了15%～20%，优于国内同行业固定铵增量40～43 tt，系统母液吨碱当量下降了15%～20%，大大降低了系统的电耗。

4.4 碳化重碱结晶情况

1）加压变换气碳化塔：依据表2可以看出，在变换气碳化塔作业初期，取出液沉降时间基本在50s以下，取出固液比25%～30%，旋液后在50%以上；碳化塔作业到24h，取出液沉降时间也在62s，取出固液比旋液后在超过50%；当碳化塔作业到48h以上时，取出液沉降时间也在60～70s，取出固液比旋液后超过50%；从以上数据可以看出，碳化塔重碱的结晶质量非常好，取出液的固液比超过25%，经过稠厚装置进一步稠厚，可以提高滤碱机的生产能力。

2）常压炉气碳化塔：依据表2，在常压碳化塔作业初期，取出液沉降时间基本在40s以下，取出固液比也在30%以上；碳化塔作业到24h时，取出液沉降时间也在60s，取出固液比超过30%；当碳化塔作业到48h以上时，取出液沉降时间也在65～75 s，取出固液比超过30%；从以上数据可以看出，碳化塔重碱的结晶质量非常好，取出液固液比超过30%，可以不经过稠厚装置，直接进入取出槽及滤碱机分离。

4.5 滤过洗水当量、重碱水分及消耗情况

在碳化系统进行技术改造前，系统的洗水当量在700kg／t碱，母液系统呈现膨胀现象，在改造后，系统的洗水当量降低到650～670kg／t碱，系统母液连续收缩，每天大约收缩60～90m3，目前淮南公司各类含氨废水全部进入系统，同时间断停掉蒸氨系统，冷凝液基本作为配制母液使用，这也降低了系统蒸汽消耗。重碱水分在本碳化系统改造后有所下降，从原来的18.5%下降到17%～17.5%，水分下降约1%～1.5%。同时公司主要消耗指标均得到优化，吨碱氨耗328kg／t碱，较改造前332kg／t碱下降 4kg／t碱。吨碱盐耗由1 200kg／t碱下降到1 150kg／t碱，下降了50kg／t碱。具体经济消耗指标见表3。

表3 大型碳化塔运行数据一览表

5 项目存在问题及拟采取的措施

5.1 炉气压力较低，影响碳化反应平衡分压

本次技术改造未对炉气系统进行调整，仍然配套原有的往复式炉气压缩机，压缩机排气压力在0.38MPa，炉气常压塔进气压力只有0.33MPa，这样在炉气浓度得不到提高的情况下，碳化反应的平衡分压不足，一定程度上影响碳化的转化率。针对以上问题可以将压缩机更新为0.6MPa压力等级的螺杆式或离心式压缩机，或者在原有往复式压缩机进口增加提压设备。

5.2 中段气未投入使用

无论是变换气加压塔还是常压炉气塔，中段气未投入使用，这多少会影响碳化塔的产能。建议增加中段气进气管线，积累中段气运行数据。

6 经济效益分析

本技术改造项目投入生产使用后，碳化系统洗水当量降低到650～670kg／t碱，母液系统连续收缩，含氨废水全部进入系统。吨碱氨耗降低4kg／t碱，吨碱盐耗下降了50kg／t碱，由于碳化结晶质量提高，重碱水分在本碳化系统改造后下降约1%，同时由于系统每天收缩母液约80m3，系统采用间断停掉蒸氨系统，冷凝液母液配制使用，这也降低蒸氨系统蒸汽消耗，碳化系统改造后新产生的年经济效益合计约1 756万元。如果扣除系统固定资产折旧、系统运行的费用及其他各项费用，1.2年即可回收全部投资，经济效益显著。

［1］ 陈学勤.氨碱法纯碱工艺［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1989

［2］ 韩行治.联合制碱法［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1989

［3］ 王楚.纯碱生产工艺与设备计算［M］.北京：化学工业出版社，1995