纯碱铁分偏高的原因及预防措施

2021-06-18刘玉山侯梦迪姚德营孙武周

纯碱工业 2021年3期

刘玉山，侯梦迪，姚德营，孙武周

(连云港碱业有限公司，江苏连云港 222042)

所谓“铁高碱”通常是指铁含量超过一定的标准，体现在中间产品(重碱)或成品纯碱，我公司优质轻质纯碱铁分指标按照≤0.0018%进行生产操作调整。在生产过程中，影响纯碱成品质量的主要因素就是“铁高碱”问题。

1 生产中出现纯碱铁分偏高的原因

在重碱整个生产过程中，塔器、管道都是碳钢制成，在母液和进塔气体里的氧及二氧化碳、氨、氯等的作用下，钢铁极易发生电化腐蚀和化学腐蚀，这两种腐蚀所产生腐蚀物是复杂的混合物，在生产系统波动以及工艺控制不严，预防措施不力时，由所接触的液体或固体介质带入产品，生成铁高碱，即生产中所谓的“红碱”。根据其成因不同，分析如下：

1)进入碳化塔中窑气、炉气含氧高。

进入碳化塔系统的氧主要来自煅烧车间的炉气和石灰车间的窑气，它们含氧的高低直接影响产品质量，也是日常生产中，导致纯碱铁高的重要因素之一。

煅烧炉气系统及石灰窑气系统有空气漏人系统，导致氧含量偏高。

2)碳化塔清洗过度。

工艺管理不当，碳化塔清洗时间长；或设备检修后，开碳化塔作业，制碱时间短，塔内结疤少，改为清洗塔，中和水含Fe3+高，导致纯碱Fe3+高。

3)系统硫化钠消耗大，硫化钠加入量偏少。

为了防止设备腐蚀，延长其使用寿命和预防红碱的发生，在生产工艺系统加入一定量的硫化钠。碳化塔工艺管理不到位，以及生产波动大，碳化塔FeS保护膜频繁脱落，硫化钠损耗大，没有及时添加硫化钠。

4)碳化塔停塔时间长，暴空在空气中，设备表面铁锈多，被氧化；或碳化塔大修，设备更新，设备表面铁锈较多、杂质多，开塔时，工艺管理不到位，塔器表面没有形成良好的FeS保护膜，铁的氧化物进入生产系统中。

5)工艺管理不当，碳化塔操作不稳，中温、塔压波动大，碳化塔液位波动大，塔上部硫化物保护膜脱落，进入碱液中，在滤碱机滤饼就出现许多黑点，引起纯碱铁高。

2 预防产品含铁高的措施

1)下段气含氧指标O2≤0.8%、中段气含氧指标O2≤0.8%，含氧超标，S2-极易与O2反应，碳化塔塔壁没有FeS膜保护，塔壁腐蚀，导致铁高碱。因此炉气CO2浓度控制≥85%、窑气浓度CO2≥39%，以及含氧量要严格控制≤0.8%，时刻关注，发现含氧高，及时联系石灰车间及煅烧车间，并要细致检查炉气系统及窑气系统，发现漏点及时消除。

2)操作精心，保证碳化塔液面稳定，清洗塔、制碱塔塔压控制要稳，定气调水，根据制碱塔塔况情况以及生产负荷，碳化塔设定好一定量的中段气、下段气量，只调节进塔中和水量来操作碳化塔，减少人为波动。

3)优化碳化操作，合理选择制碱、清洗周期。在制碱过程中，根据本厂碳化塔特殊的内部结构，不同的塔组，时刻关注中和水含铁指标和成品纯碱铁指标的变化，灵活掌握各制碱、清洗周期。保证碳化塔不过洗，强化预中和，提高CO2浓度，中和水CO2维持在50～70 tt情况下，其含铁量较低。

2020年6月18日9#压缩机、6#压缩机故障停机，窑气量少，生产系统波动前后的纯碱Fe3+等指标变化趋势如图1。随着清洗气及中段气量的急剧下降，中和水CO2浓度下降幅度超过10 tt，Fe3+含量明显上扬，产品质量不合格。

图1 生产系统波动对指标的影响

4)碳化塔操作尤其重要，中温、塔压的波动也是造成铁高碱的诱发因素。碳化塔十七圈温度控制在65～70 ℃，碳化塔塔压控制在310～325 kPa为宜。

5)做好系统加硫工作。硫化钠量根据实时生产状况、碳化中和水含Fe3+量灵活调整。氨盐水及时取样分析S2-浓度，便于及时调整硫化钠量，氨盐水S2-浓度一直维持在0.004～0.05 tt左右。

但要注意，因硫一部分随出碱液进入重碱,在煅烧时又与H2O反应生成H2S和SO2:

3S+2H2O→2H2S+SO2

部分H2S在炉气中又与氧反应,氧化成单体硫,粘附在炉气管道和炉气冷却器上,增加炉气系统的阻力；硫加过量，带来另外的问题是重碱发黑，形成“灰碱”。所以硫化钠还不能加过量。

2020年9月4日7:30窑气含氧偏高, 窑气O2达到1.8%，纯碱Fe3+达到0.0022%；立即调整硫化钠使用量，提高氨盐水S2-含量至0.05 tt,5个小时后，纯碱铁分降至0.0016%；10个小时后窑气O2降至0.8%，纯碱铁分维持在0.0014%，调整硫化钠量，维持氨盐水S2-含量0.01 tt。

系统添加硫化钠，起到辅助作用，降低纯碱铁分，主要是靠生产稳定，窑气系统含氧低。

6)要注意硫化钠的品质问题，每批进来的硫化钠，要有硫化钠质量报告，要求硫化钠含量≥60%。

7)采用非金属材质或耐腐蚀材质。

近几年，重碱碳化工艺系统采用了非金属材质或耐腐蚀材质，避免了铁离子进入纯碱中。一楼碳化中和水DN300联络管采用PVC复合管，部分采用钢衬尼龙管；碳化塔出塔DN200碱液管采用316L不锈钢材质，一楼至五楼碱槽DN150碱管采用PVC复合管；DN250中和水总管及进塔DN150中和水管采用PVC复合管；DN400氨盐水总管采用钢衬尼龙管；碳化塔DN350出气管以及尾气总管采用(环氧树脂)玻璃钢管。铸铁菌帽碳化塔改为钛板筛板塔。

3 长期停塔或碳化塔大修，开塔不出铁高碱的措施

1)重视碳化塔挂硫前加气冲洗，碳化塔先加满水，通入清洗气1 000～1 500 m3/h搅动洗塔，将塔内的铁锈通过加气搅动排出塔底，放水时必须伴随气体搅动。

2)重视碳化塔挂硫，要分多次。

第一次挂硫作业，加硫化钠12～20袋(25 kg/袋)，塔内加水约140 m3，分析塔内硫洗液中S2-含量，S2-含量控制在0.008 tt，加气搅动(清洗气1 000～1 500 m3/h)30 min，停气静置2～3 h，再加气搅动，挂硫时间必须48 h以上。

第二次挂硫，现将塔内水放净，再次加硫8～15袋(25 kg/袋)，塔内加水约140 m3，加气搅动(清洗气1 000～1 500 m3/h)30 min，停气静置2～3 h，再加气搅动，挂硫时间必须24～48 h。分析硫洗液中S2-含量，要在0.01～0.03 tt之间，且保持不变，如硫洗液中S2-含量低，必须再次加硫，以保证硫洗效果。

开塔前一边在塔内加气搅动(1 000 m3/h左右)，一边外排硫洗水，待硫洗液放净后，再次加清水冲洗一次，将塔内的杂质及多余的硫化物冲洗干净，保证不出“灰碱”。

3)碳化塔大修，必须对菌帽、塔圈等设备进行喷砂处理，除去设备表面的铁锈及杂质。

实例：15#碳化塔(筛板)停塔大修。

大修结束，安装前对菌帽、塔圈等设备进行喷砂处理，以及洗塔、加硫等操作。碳化塔开启作业，运行16 h,重碱铁分一直维持在8 ppm以下，纯碱铁分在0.0015%左右。