联碱法纯碱生产中氨Ⅰ母液冷却工艺的研究与应用

卓士彬,赵 川

(连云港市福源德邦科技发展有限公司，江苏 连云港 222300)

1 背景技术

联碱法纯碱生产中氯化铵冷冻工序是主要能耗工序，联碱行业为降低冷冻工序的能耗，从各方面采取措施进行节能降耗的改进，其中降低投入氯化铵冷冻工序的氨Ⅰ母液温度，是最主要的节能降耗手段，其直接影响氯化铵冷冻工序的能耗。

传统的氨Ⅰ母液冷却工艺是先将来自吸氨的热氨Ⅰ母液送水冷与冷却水换热，水冷基本均采用列管换热器，换热后氨Ⅰ母液温度降至38～40 ℃，再经过母换器与母Ⅱ液换热，换热后氨Ⅰ母液温度降至28～30 ℃，然后再送去冷析结晶系统冷冻工序进行降温，从而析出氯化铵结晶。该工艺缺陷在于因氨Ⅰ母液固定铵浓度与温度的关系，使得氨Ⅰ母液温度只能降至氯化铵结晶临界析出温度，其若进一步降温易造成母换器换热管结晶堵塞，影响运行，从而使得进入冷析结晶系统的氨Ⅰ母液温度较高，势必增加后续结晶工段的冷冻负荷，不能有效、合理地利用低位冷量，增加冷冻系统的冰机负荷，加大了系统的设备投资和维修保养费用；由于增加了系统的冷冻负荷，势必增加系统的运行费用，尤其是能源的大量消耗。

所以，通过技术创新，我公司研究一种联碱法纯碱生产中氨Ⅰ母液冷却新型工艺，采用了结晶器内部循环与换热器外部循环结合的工艺，通过增加换热器管内及管外循环量，提高管内外流速，降低氯化铵母液的过饱和度这一技术手段，实现将氯化铵母液温度降低到结晶临界点(即20～22 ℃)以下，较传统工艺降低了6～8 ℃，同时解决了冷却器堵塞这一问题，做到了冷热量充分利用之目的，从而降低联碱法氯化铵生产中冷冻工序的能耗，达到能源合理利用，实现节约能源的目的。

2 工艺技术介绍

本工艺技术主要研究内容是针对现有技术的不足，提供一种新的、可降低系统冷冻负荷、减少设备投资费用和能耗的联碱法纯碱生产过程中结晶工段氨Ⅰ母液冷却工艺。

其工艺流程大致为：先将来自吸氨的热氨Ⅰ母液送水冷与冷却水换热，水冷选用钛材板式换热器，提高换热效率，换热后氨Ⅰ母液温度降至35～37 ℃，再经过母换器与母Ⅱ换热，换热后氨Ⅰ母液温度降至26～28 ℃，降温后的冷氨Ⅰ母液送入预冷析结晶器与外冷器的循环母液一起进入预冷析结晶器中心循环管，从底部分布上升，预冷析结晶器上层的母液经氨Ⅰ轴流泵送入预冷析外冷器列管内与管间盐析结晶器来的母Ⅱ液换热降温而产生过饱和度，呈饱和状态的循环母液从外冷器上部经中心管返回到结晶器底部，通过晶浆层消失其过饱和度，促使结晶的生成和成长，如此连续循环降温，可降低预冷析冷氨Ⅰ母液温度至20～22 ℃，预冷析结晶器上部的清液溢流去冷析结晶系统冷冻工序进行降温，从而析出氯化铵结晶。换热后的母Ⅱ液回母Ⅱ桶，再由母Ⅱ泵输送至母换器。

3 技术应用

该工艺技术已于2019年11月26日被国家工信部纳入《国家工业节能技术装备推荐目录(2019)》，作为引导绿色生产、清洁生产技术，加快推广应用。

目前，该工艺技术已在安徽德邦化工有限公司60万t纯碱/a系统实施应用。其实施改造方案为：预冷析结晶系统新上一台预冷析结晶器φ10000/φ13000×14154，全容积1 080 m3；配套三台外冷器φ2400×7500，单台换热面积F=1 240 m2，正常生产两开一清洗；配套三台AⅠ轴流泵(Q=6 500 m3/h，H=3 m，N=132 kW)，三台母Ⅱ轴流泵(Q=1 500 m3/h，H=1.5 m，N=30 kW)，正常生产两开一备；一台热AⅠ清洗泵(Q=600 m3/h，H=40 m，N=132 kW)。通过实施改造，将来自母换器的氨I母液通过预冷析系统外冷器与盐析结晶器来的母Ⅱ液进行换热，将氨I母液温度降至结晶临界点以下((即20～22 ℃))，较传统工艺降低了6～8 ℃，同时解决了冷却器堵塞这一问题，做到了冷热量充分利用之目的，并极大节约能耗。

表1是安徽德邦预冷析系统改造项目实施后的查定数据：

表1 预冷析系统改造查定(2017年12月)

项目经济效益核算：

项目投用后，联碱系统停用一台大冰机(制冷量200万kcal/h，N=1 000 kW)、一台小冰机(制冷量100万kcal/h，N=560 kW)及两台蒸发冷(N=47 kW)，总计用电1 654 kW，而预冷析系统总耗电约为456 kW，则通过项目改造，每小时节电量为1 198 kW，全年以8 000 h计，则全年节电量约为958万kWh。电费以0.6元/度计算，每年可节约电费575万元。此外，因少开冰机，可减少冰机运行带来的维护保养费用。

4 结 论

我公司获得本工艺技术授权发明专利一项，发明专利名称：联碱法纯碱生产过程中结晶工段氨I母液冷却工艺，专利号：ZL201110354760.9。本工艺技术在国内属于首创，通过将联碱法纯碱生产中系统母液的冷量与热量合理转换利用，达到能源充分利用的目的，项目运行安全稳定、节能，达到预期效果。本技术节能减排效果显著， 技术方案成熟可靠，同时降低传统工艺冰机运行带来的安全环保问题，应积极推广至联碱行业使用。

本工艺需要考虑的是，由于母Ⅱ温度升高，结合系统热量平衡，需要将原列管式氨Ⅰ水冷换热器调整(或者增加)为高效的板式换热器，以保证母换器出口的氨Ⅰ温度符合指标要求。