淺談變換氣制堿裝置中雙外冷碳化塔的運(yùn)行總結(jié)

淺談變換氣制堿裝置中雙外冷碳化塔的運(yùn)行總結(jié)令狐永久【摘要】闡述了自然循環(huán)雙外冷碳化塔的結(jié)構(gòu)及工作原理;通過改造裝置性能得到提升，單塔生產(chǎn)能力由原來的120t/d提高到150t/d,作業(yè)周期也由10天左右提高到30多天，經(jīng)過7年的運(yùn)行,證明外卜冷碳化塔優(yōu)勢明顯前景廣闊.【期刊名稱】《純堿工業(yè)》【年(卷)，期】2010(000)006【總頁數(shù)】3頁(P27-29)【關(guān)鍵詞】變換氣制堿;自然循環(huán)雙外冷碳化塔;結(jié)構(gòu);工作原理【作者】令狐永久【作者單位】山西豐荷三聚氰胺有限公司仙西，運(yùn)城,044000【正文語種】中文【中圖分類】TQ114.162在純堿生產(chǎn)中碳化工序是其心臟，而碳化塔又是碳化工序的關(guān)鍵設(shè)備。碳化塔選型—旦確定，直接影響到將來純堿生產(chǎn)的各項指標(biāo)的完成、消耗的高低、質(zhì)量的優(yōu)劣，甚至是投資的高低。對于準(zhǔn)備新建或擴(kuò)建的純堿廠來說，碳化塔的選型是一個非常重要的決策。目前我國純堿生產(chǎn)企業(yè)大多數(shù)都采用鑄鐵內(nèi)冷式索爾維塔或鋼制碳化塔，而這些碳化塔內(nèi)部表面，特別是冷卻管表面粗糙，易結(jié)疤，一般運(yùn)行16~24h就需要停塔進(jìn)行清洗，經(jīng)常性的清洗倒換塔造成生產(chǎn)工藝波動，也給生產(chǎn)實現(xiàn)自動化增加了困難。稷山純堿分公司在2003年建設(shè)15萬t/a純堿項目時，經(jīng)過考察調(diào)研最終采用了中國成達(dá)工程有限公司開發(fā)的〃自然循環(huán)雙外冷碳化塔”（以下簡稱：外冷碳化塔），經(jīng)過7年的運(yùn)行，我們認(rèn)為夕卜冷碳化塔優(yōu)勢明顯，前景廣闊。夕卜冷碳化塔是由塔體及外冷器兩部分組成，外冷器通過氣動角閥與塔體連接，塔內(nèi)從上到下分別有：10塊篩板、5個菌帽、4個小中心筒、1個大中心筒和1個立帽組成。塔內(nèi)上部篩板結(jié)構(gòu)主要是增強(qiáng)CO2吸收，篩板以下由菌帽和中心管構(gòu)成多個全混反應(yīng)釜單元。由結(jié)晶動力學(xué)可知，結(jié)晶主要分為兩個過程：第一過程為結(jié)晶核的生成，即溶質(zhì)在過飽和溶液中析出微小的結(jié)晶體；第二過程為結(jié)晶體的成長過程，即不同的結(jié)晶核相互碰撞、結(jié)合成較大的結(jié)晶體；改變影響晶核形成速度和結(jié)晶成長速度的因素，就可控制結(jié)晶體的大小。碳酸氫鈉的結(jié)晶也遵循結(jié)晶的一般規(guī)律，它也受諸多因素影響，其中最主要的是碳化液的過飽和度（S）、碳化溫度（T）及CO2循環(huán)鼓泡程度。晶核生成速度v生成=f（s）3,晶體成長速度v成長=口切）3。碳酸氫鈉在碳化塔內(nèi)析出時，其粒度的大小與過飽和度的關(guān)系極大，因此適當(dāng)?shù)亟档腿芤旱倪^飽和度使晶核的生成速度不致太快，盡量控制v生成=v成長以得到粒度較大的碳酸氫鈉結(jié)晶。外冷碳化塔是利用塔內(nèi)含氣液體與外冷器內(nèi)基本不含氣液體之間存在著濃度差進(jìn)行循環(huán)，以濃度差即溶液的過飽和度作為循環(huán)推動力。溶液的過飽和度的大小直接影響成核和晶體成長過程的快慢，而這兩個過程的快慢又影響著晶體產(chǎn)品的粒度分布，因此，過飽和度是結(jié)晶過程中一個極其重要的參數(shù)。這樣把部分塔下部過飽和度低且?guī)в芯Я５乃貉h(huán)到塔的中上部，既可降低塔中上部的過飽和度，又把部分晶粒補(bǔ)充到中上部起到晶核作用，相對延長停留時間，使結(jié)晶長得大而均勻。塔內(nèi)各段的中央循環(huán)管進(jìn)行本段母液的循環(huán)，循環(huán)管外面產(chǎn)生3層環(huán)形氣泡，氣體大部分從底部進(jìn)入，先經(jīng)過各段的分布器，再到達(dá)分氣環(huán)把大氣泡分散為小氣泡，沿中央循環(huán)管外部的環(huán)形間隙上升、分散的氣泡把母液汽化，使母液的密度下降，上升的雙向流體受氣流的推動上升到本段中央循環(huán)管的上端，氣泡離開雙向流體經(jīng)本段上部的分氣裝置進(jìn)入上一段結(jié)構(gòu)，這時氣體形成連續(xù)相，進(jìn)入中央循環(huán)管喇叭型溢流入口，管內(nèi)連續(xù)的液相恢復(fù)到原來的密度，靠中央循環(huán)管內(nèi)、夕卜介質(zhì)的密度差推動母液下行，再由管底部流入環(huán)形截面內(nèi)又遇到鼓泡作用強(qiáng)行上升，形成強(qiáng)烈的軸向循環(huán)，從而使NaHCO3的過飽和度下降，晶體得以成長，晶粒數(shù)目得到抑制，使晶體逐漸長大，且自上而下形成了均勻的結(jié)合氨（CNH3）濃度梯度。碳化過程中一次晶核的析出數(shù)量與臨界點的溫度和過飽和度有很大關(guān)系。低溫碳化時，碳化液積累到很高的過飽和度后爆發(fā)產(chǎn)生大量一次晶核，反之，高溫碳化，臨界點溫度高，析出一次晶核的過飽和度低，析出的晶核數(shù)量就少，加快了塔壁的結(jié)疤速度，且增大了熱負(fù)荷，還妨礙碳化塔長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。夕卜冷碳化塔由于塔內(nèi)液體上下循環(huán)，即減低了塔中上部的過飽和度，帶上來的細(xì)小結(jié)晶又起到了晶核的作用，全塔過飽和度比較均勻，不存在過飽和度高峰區(qū)，也不存在臨界點，有效的解決了臨界點爆發(fā)大量一次晶核的問題。同時，塔液循環(huán)對NaHCO3結(jié)晶有一定的分級作用，粒徑小的結(jié)晶隨循環(huán)液上升到中上部，作為晶種繼續(xù)長大，長大的結(jié)晶則隨著下降的循環(huán)液取出，這有利于小結(jié)晶長大。夕卜冷碳化塔制堿技術(shù)屬中國成達(dá)工程有限公司和鴻化總廠試驗開發(fā)，經(jīng)化工部鑒定并加以推廣。我公司在試車過程中，由于經(jīng)驗不足，外冷塔作業(yè)周期僅為10天，單塔生產(chǎn)能力僅為120t/d，經(jīng)多次對碳化裝置進(jìn)行技術(shù)改造，使外冷塔作業(yè)周期大大延長，單塔生產(chǎn)能力大大提高。雙外冷碳化塔分中、下兩段進(jìn)氣，在生產(chǎn)過程中，我公司采用變換氣制堿，取消中段氣，提高生產(chǎn)負(fù)荷，提高下段氣進(jìn)氣量，一方面，生產(chǎn)負(fù)荷提高時，塔內(nèi)的進(jìn)氣量增加，夕卜冷器的循環(huán)推動力也相對提高，這樣，碳化液進(jìn)出外冷器的溫差就會減小，夕卜冷器結(jié)疤速度也會隨之減小，進(jìn)一步提高了外冷器的換熱效果和作業(yè)周期。氣體流量對外冷碳化塔的操作非常重要，我公司CO2濃度高達(dá)24.8%~26%，加大氣體流量，整個塔反應(yīng)上移，在篩板上就有NaHCO3結(jié)晶析出，造成篩板結(jié)疤，影響碳化塔作業(yè)周期。我們對整個碳化系統(tǒng)考慮，采取降低AH液的入塔溫度，控制入塔AH液的溫度在30~35°C，防止碳化反應(yīng)上移。2.3.1角閥角閥是配置在碳化塔外令器上的上、下閥門，是為外卜冷器輪換作業(yè)或清洗而設(shè)計的特殊閥門，因進(jìn)、出口軸線相交90°角，故稱角閥。它的作用和功能是利用切換閥來控制壓縮空氣的進(jìn)、出壓差來推動活塞及閥桿做往復(fù)運(yùn)動，連接閥板開啟或閉合。密封結(jié)構(gòu)形式類似截止閥。原設(shè)計角閥經(jīng)?？ㄋ溃@是碳化塔作業(yè)周期短的一個主要原因。我公司針對角閥的結(jié)構(gòu)和工作原理對角閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，改造后的角閥操作靈活，且延長了使用壽命，滿足了外卜令碳化塔生產(chǎn)工藝需要，減少了維修費用和維修工作量，從根本上解決了因角閥而影響碳化塔作業(yè)周期的問題。2.3.2夕卜令器自然循環(huán)雙外令碳化塔外掛2個令卻器，由氣動角閥連接。由于碳鋼列管外令器采用熱固化防腐，防腐工藝復(fù)雜，很難達(dá)到防腐要求，防腐層極易脫落而造成外令器結(jié)疤堵管，同時，脫落了防腐層的地方又因傳熱系數(shù)過大使母液過飽和度消失而產(chǎn)生大量細(xì)小晶核，影響結(jié)晶質(zhì)量。因此我公司采用鈦列管外令器，延長了夕卜令器的作業(yè)周期。2003-2010年，經(jīng)過多次技術(shù)改造，基本上完善了外令碳化塔制堿技術(shù)，使單塔生產(chǎn)能力由原來的120t/d提高到150t/d，作業(yè)周期也由10天左右提高到30多天，碳化塔的污水排放量大幅度減少了。通過多年來的生產(chǎn)運(yùn)行，我們認(rèn)為夕卜令碳化塔有許多優(yōu)勢，特別是單塔生產(chǎn)能力大和結(jié)晶質(zhì)量好，在國內(nèi)屬領(lǐng)先地位，但也存在以下問題：1）夕卜冷碳化塔對負(fù)荷波動比較敏感，還需進(jìn)一步摸索負(fù)荷波動大及低負(fù)荷運(yùn)行的操作方法。2）作業(yè)周期還未達(dá)到設(shè)計值，還需要進(jìn)一步挖掘夕卜冷碳化塔的潛