外冷式碳化塔在华尔润操作中的应用

外冷式碳化塔在华尔润操作中的应用

近年来，采用新的变碱技术（外冷碳塔）已应用于联碱行业。与塔相比，外冷塔具有简单大型化、占地面积小、单塔生产能力高的特点，缩短了塔的制备过程，需要交替清洁塔。与浓气碱相比，脱硅塔、浓气装置等相关设备可以节省，同时节省能耗和脱硅液。因此外冷塔变换气制碱工艺更趋合理,是联碱法生产的发展方向。变换气制碱工艺牵涉面较广,其控制好坏不仅决定了联碱系统产品质量、消耗等技术经济指标水平,也作为合成氨装置脱除变换气CO2的重要一环,对合成压缩机台时出率、系统压头、动力消耗产生着较大的影响。淮安华尔润化工有限公司联碱装置于2004年10月投产,重碱工序选用中国成达化工工程公司设计的5台φ2800/3800外冷式碳化塔,采用1.3MPa变换气制碱工艺,目前产品质量、氨盐耗指标均已达到一定的水平,外冷塔操作日趋完善,并对碳化工艺指标也作了一定的修正。1外冷式活性炭质盐系统1)外冷式碳化塔可以制取大颗粒结晶,提高了重碱结晶质量。中部塔盘采用高效塔板,变换气高气速通过塔板小孔喷射呈湍流状态增加了气液传质效果,提高了吸收推动力。筛板段液体经内溢流管下降,高效筛板在气速稳定条件下在塔板下形成一层气垫,避免轴向返混、筛板漏液等,同时高气速冲刷了塔板上的沉淀物和筛孔处的结疤。传统老式菌帽碳化塔液体轴向返混现象较严重,各反应区易紊乱;而外冷式碳化塔制碱液在异径段笠帽高温区有较长的停留时间,由高气速带动径向返混。由于该塔下部依靠自身密度差实现外冷器循环,塔下部与取出固液比基本接近,有利于生成较好的结晶。2)通常认为:采用联碱法纯碱盐分:索尔维塔达0.5%～0.6%,外冷塔达0.7%～0.9%。主要原因涉及系统母液平衡问题,当过滤洗水加水过多时难于处理。而我公司对过滤喷雾洗水工艺改进后保证了成品中的盐分;同时我公司有3台德国筛得利离心机,采用重碱二次分离洗涤技术,可以进一步降低重碱中的盐分0.1%左右。目前我公司重质纯碱盐分0.5%～0.6%。3)变换气制碱外冷塔的重碱结晶比浓气制碱结晶颗粒度略小,但通过旋流器稠厚控制,提高了进过滤机的固液比,将滤碱机滤饼厚度提至30～35mm,可使单台13.5m2过滤机生产能力达500t/d,洗水当量降至600～680kg,系统呈收缩状态,可以对每月产生的外冷塔煮塔水进行全部回收,实现真正意义上的母液平衡。2碳操作控制2.1进口气动阀汇流阀1)我公司变换气中CO2含量27.5%,制碱压力1.25MPa,则CO2分压=1.25×27.5%=0.344MPa,相当于浓气压力0.39MPa、88.1%CO2分压;该分压对控制碳化尾气CO2量及氨损失都有较大的好处。2)本系统特点:1.4MPa变换、变脱系统出口气体由一根变换气总管经各碳化塔进口气动阀分配至各塔。此流程在系统开车初期因控制方法不正确、操作不熟练,多次发生气偏及塔架空现象,操作难度较大,后来通过液面平衡等操作手段使该问题得到解决,实现稳定。而同行业部分厂家采用0.8MPa变换、1.6MPa碳化制碱单塔流程,具有碳化操作稳定的特点,更可以发挥外冷式碳化塔生产能力大、操作弹性大的优点。国内也有少数装置采用外冷主副塔串联清洗操作并设置增压机来稳定分配各塔气量的方法,实现大气量操作,单塔产量达180～190t/d,远超设计150t/d,虽提高单塔生产能力,但相当于备用了一个塔,且从能耗角度考虑不合理,重碱结晶颗粒一般。3)全系统压差0.32MPa左右,远低于索尔维塔串塔操作时的压降,有利于提高压缩机台时出率。同时本系统进气总管分配流程中,如依靠单塔进气气动阀门调节至20%～30%节流,虽提高了碳化气量分配稳定程度,但增加了系统阻力,目前将各塔进气阀门基本处于全开状态,对降低整个系统能耗有着重要的意义。2.2外冷器降温控制1)采用低温操作。通过实践证明,外冷塔中温控制46～50℃,同样可以获得较好的转化率,中部异径段三级串联结构使过饱和溶液延长了停留时间,并通过中心循环管在该区域形成径向返混,获得良好的碳化反应。外冷式碳化塔生产弹性较大,在追求该塔高负荷情况下可将中温降至45℃左右,防止反应上串。外冷变换气制碱突破了高温制碱的传统观念,证明了只要采用合适的塔板结构,控制低温同样可以获得良好的结晶质量。2)筛板下段温度:控制TAⅡ+3～5℃。本系统在开车时期将筛板下段温度控制TAⅡ+8～10℃,多次发生架空,主要原因是此段反应温度控制过高后,形成结晶堵塞筛板孔眼,造成溢流管气液抢道,造成架空。筛板下段温度是外冷碳化塔反应中最敏感的温度,是该段母液碳化度接近饱和度的标志,筛板温度稳定值决定中温。在气量突然变化时,应区别对待该温度变化:因变换气在碳化液中鼓泡上升,如大减量后加负荷过快,会造成中部液体顶至筛板段造成筛板温度高,出现中温、筛板温基本接近的怪异曲线,若处理不当,也会造成筛板段负荷跑高,发生托液事故。3)外冷器母液进出口温差≤5℃。①外冷器降温效果直接影响塔底循环及中温,应保持列管外冷器清洗效果。在碳化塔架空、作业后期结疤、气量大幅波动等非正常状态时,中部下温度T5跑高至54～56℃,其主要原因也是塔底未形成良好循环或循环量不足,导致进外冷器母液温度高,此时应及时减量处理,恢复塔底循环,如此时外冷器母液进出口温差过大,极易造成外冷器骤冷结疤,塔底温度高难以恢复正常负荷;②冬季开车时应注意将外冷器管间充满冷却水,随外冷列管母液同时升温,减小管、壳层温差,延缓结疤。2.3含氯化结晶粒度1)AⅡCO219～21tt:①该值是控制AⅡ液碱性的指标,AⅡCO2在此范围内有利于碳化制得大颗粒结晶;②由碳化取出CO2至AⅡCO2可观察出碳化结晶粒度及滤碱机跑晶情况,本系统母I桶内细晶采用母I沉淀泵打回至碳化稠厚器流程,对细晶回收起到很好的效果,但应注意避免将大量MI返回稠厚器造成母液重复洗涤,过滤氯差跑高。2)β值1.00～1.05:本系统改用自制精盐后,母液指标发生变异:母ⅡNa+63tt、CNH340tt。判断主要原因是母液Na2SO4累积造成,从碳化取出指标CNH385～87tt看转化率较好,Na+完全值还是比较高的,控制传统β值无法满足生产需要。3如何延长碳化塔的工作周期3.1外冷塔是否延长作业周期本厂对外冷塔角阀采用了硬密封改造,解决了困扰外冷塔生产的角阀垫泄漏问题,使外冷器清洗及正常生产得到了保证。因此,一般来说,真正决定碳化塔作业周期的是塔内结疤状况,延缓结疤就可以获得更长的作业周期。从系统能耗考虑,外冷塔每次煮塔时产生的煮塔水近2万元的氨碱损失,也给环保带来了巨大压力,因此应尽可能延长塔作业周期。从近年来我厂实际控制情况看,煮塔后对中部进行清理是很必要的,可以使碳化塔作业周期稳定地达到40～50天,实现计划性煮塔。3.2碱液停留时间碳化中温宜采用46～50℃低温作业:温度提高后导致中部结疤加速,在该塔按设计负荷日产150t生产时,碱液在塔内已有足够的停留时间,如果为追求短时较好结晶采用高中温操作,牺牲了塔的作业周期。同时在高负荷时为追求稳定,将负荷强行控制在中部下段也是较为合理的,防止了架空、气顶等异常生产状况的发生。3.3过饱和过反复作用中部是外冷塔结疤最严重区域,串联式结构决定其是过饱和、饱和反复形成的过程,在一定时间段控制该层面温度稳定,减小塔板负荷波动,是减轻结疤的较好方法。4对非正常工艺的分析和处理4.1冷碳塔尾气的净化碳化塔在托液、架空等不正常状况发生时AⅡ液会被带至尾气回收塔,主塔带卤后果也较严重:①腐蚀碳化出口管道;②造成过滤洗水TCl-跑高。传统过滤洗水流程:副塔淡氨水→淡液桶→淡液蒸馏塔(废淡液)→滤过尾气洗涤塔→煅烧轻灰洗涤塔→过滤在碳化主塔带卤后造成一连串各塔液体TCl-跑高,过滤洗水TCl-跑高后又造成产品盐分超标的质量事故。正常生产中外冷碳化塔尾气出口含氨3.0g/m3左右,也意味着该尾气中会夹带一定雾状液体。因此在主塔出口设置旋风分离器是必要的,但仍有高氯根母液被尾气夹带至副塔,使洗水TCl-值升高,给制取低盐重质纯碱带来一定难度。4.2制的偏流,频繁出现权基在本系统变换气总管分配入各塔流程中,由于各塔生产情况、运行周期不一,各塔气量在控制不好时频繁出现大幅度偏流;塔内液位、温度不稳,结晶不稳;甚至单塔气量过大时易出现架空等情况。目前本厂采用方法为平均分配各塔气量,强制控制各塔液面,以各塔液面略高或略低来平衡各塔结晶等阻力不一的影响,稳定的控制各塔结晶层,可以使气量得到稳定的控制。4.3尾气污水废水碳化塔出现单塔压差明显降低、液位升高、液泛起泡等现象,其带来危害较为严重:出口尾气CO2高、带液、减机减量等生产事故;并且明显缩短塔作业周期,应杜绝此类现象发生。1气体抢道,导致主塔带液出现原理如因操作不当造成碳化塔液位控制低于上层筛板段时,该筛板溢流管无液体下落,长时间会造成气体抢道,变换气会从阻力小的溢流管上升通过,将液体托在塔泡罩段上部,筛板段出现拉空现象、上下部液体脱节,造成主塔带液。明显现象为筛板温度猛升,减少气量时筛板温度猛降(新鲜AⅡ液落下)。此时,应适当减量,并将筛板温度控制低温,对筛板段进行清洗恢复。2碱与加液搭配不当一般因中部结疤严重造成,塔作业后期负荷集中在中部下T5点。在操作不精心时,出碱与加液搭配不当,塔内液位过低,无法形成外冷良好循环,外冷器出现不作业情况。此类后期塔宜作煮塔处理。新作业塔中部架空时应及时减量,采用AⅡ泵出口清洗外冷工艺时,可将备用外冷器角阀打开,从中部灌入AⅡ液清洗中部,减轻结疤后恢复。4.4装置的注意事项一般因其它原因突然停塔后,开塔后作业效果普遍偏差,有条件时应倒