液-堿分離工藝的優(yōu)化

液-堿分離工藝的優(yōu)化

目前，整個(gè)堿行業(yè)，尤其是聯(lián)合堿行業(yè)，在質(zhì)量質(zhì)量方面存在著共同問(wèn)題。目前，公司的主要業(yè)務(wù)之一是純堿鹽。雖然國(guó)家II類標(biāo)準(zhǔn)純堿優(yōu)等品鹽分指標(biāo)為0.7%,大部分生產(chǎn)廠家也可以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn),但是當(dāng)純堿產(chǎn)品出現(xiàn)供大于求時(shí),用戶對(duì)純堿鹽分的要求不僅僅局限于優(yōu)等品的指標(biāo),而是高于這一標(biāo)準(zhǔn)。就玻璃廠家而言,純堿鹽分越低,對(duì)玻璃生產(chǎn)越有利,據(jù)資料介紹,純堿鹽分的高低,對(duì)玻璃生產(chǎn)廠家熔爐的使用壽命影響很大:純堿鹽分越高,對(duì)熔爐的腐蝕性越大,其壽命越短;反之純堿鹽分越低,則對(duì)熔爐的腐蝕性越小,其壽命則越長(zhǎng)。當(dāng)純堿鹽分小于0.1%時(shí),熔爐的壽命可達(dá)15年,純堿鹽分小于0.3%時(shí),熔爐的壽命只有7～8年,若純堿鹽分為0.5%時(shí),則熔爐的壽命僅為3～4年。同時(shí),隨著特種玻璃裝置能力的增大,對(duì)較低鹽分純堿尤其是較低鹽分重質(zhì)純堿的需求量愈來(lái)愈大。在市場(chǎng)日益競(jìng)爭(zhēng)的今天,如何降低純堿鹽分,提高純堿產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量,是廣大制堿工作者所關(guān)注的研究課題。1降低純堿鹽的方法綜合來(lái)看,目前國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)廠家無(wú)論是氨堿廠還是聯(lián)堿廠,降低純堿鹽分的途徑不外乎以下幾種方法。1.1適當(dāng)降低堿堿堿鹽洗水用量,盡量這種方法在于一方面優(yōu)化碳化工藝指標(biāo),加強(qiáng)碳化操作,盡量使重堿結(jié)晶顆粒大而且均勻,為重堿過(guò)濾、洗滌創(chuàng)造優(yōu)良的條件;另一方面對(duì)濾堿機(jī)洗水裝置、錯(cuò)氣盤(pán)等局部結(jié)構(gòu)作一些適當(dāng)?shù)母脑?。采用該種方法,對(duì)于聯(lián)堿廠而言,如果純堿鹽分降到≤0.7%,洗水當(dāng)量普遍只能控制在0.70～0.75m3/t堿,若聯(lián)堿母液系統(tǒng)水平衡控制不好,勢(shì)必造成聯(lián)堿母液系統(tǒng)輕微的膨脹。而對(duì)于氨堿廠來(lái)說(shuō),要降低鹽分,務(wù)必加大濾過(guò)洗水,雖然不像聯(lián)堿廠那樣造成系統(tǒng)母液膨脹,但由于洗水用量增大,引起濾液當(dāng)量偏大,導(dǎo)致蒸氨塔的蒸汽消耗偏高,使得噸堿綜合能耗上升。不到萬(wàn)不得已,一般生產(chǎn)廠家是不會(huì)這么做的。1.2固相水合法回用經(jīng)堿生產(chǎn)輕灰鹽改良固相水合法的出發(fā)點(diǎn),既要求提高純堿的堆密度,又要降低純堿的鹽分,因此該工藝在固相水合法的基礎(chǔ)上增加了一水堿離心機(jī)對(duì)水合機(jī)出口的一水堿再次脫水,從而達(dá)到降低純堿鹽分的目的。因一水堿結(jié)晶顆粒較大,該種離心機(jī)可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,裝置投資較低并能達(dá)到降低純堿產(chǎn)品鹽分的目的。液相水合法大家都比較熟悉,在此不做介紹。以改良固相水合法生產(chǎn)重灰來(lái)說(shuō),如果進(jìn)水合機(jī)輕灰鹽分為0.7%,一水堿游離水9%,離心后游離水按5%控制。根據(jù)計(jì)算:輕灰中含鹽7kg/t,需要的化合水量為274.9kg/t,離心后排出的母液量81.72kg/t,殘余在一水堿中的母液量為88.74kg/t,排出鹽分81.72/(81.72+88.74)×7=3.35kg/t,則經(jīng)煅燒后重灰鹽分在0.38%左右。就是說(shuō)如果用II類優(yōu)等品鹽分0.7%的輕灰采用改良固相水合法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重灰,重灰鹽分可以達(dá)到<0.4%。1.3堿土金桶式分離除了加強(qiáng)碳化操作以及對(duì)濾堿機(jī)進(jìn)行改造外,與第一種方法的不同之處主要是在煅燒爐之前增加了1臺(tái)離心機(jī)對(duì)重堿進(jìn)行二次脫水,脫水后的濾餅含水率可降低4～5個(gè)百分點(diǎn),能節(jié)省煅燒3.2MPa中壓蒸汽消耗約120kg/t堿。離心機(jī)分離出的濾液進(jìn)入一個(gè)帶攪拌的分離液桶澄清,分離液桶上部溢流清液進(jìn)入另一離心濾液桶,用泵送至濾過(guò)作洗水。分離液桶底部的細(xì)晶漿用泵打至MI桶(MI桶帶攪拌,同時(shí)當(dāng)作堿液桶用)進(jìn)一步澄清,MI桶底部晶漿送至濾堿機(jī)內(nèi)分離結(jié)晶和母液,具體工藝流程參見(jiàn)圖1。采用此種方法,重堿水分可降低4%～5%,重堿鹽分可降低0.06%～0.10%,相應(yīng)的純堿鹽分能降低0.15%～0.20%。以上是目前純堿行業(yè)降低純堿鹽分通常采用的3種方法;比較而言,第一種方法既不能生產(chǎn)鹽分較低的純堿,也難以保證聯(lián)堿母液平衡,是不得已為之而又普遍采用的一種方法。第二種方法僅僅局限于生產(chǎn)低鹽重質(zhì)純堿,但堿的消耗較高,對(duì)于輕質(zhì)純堿則不能降低鹽分,此種方法對(duì)于全產(chǎn)重灰生產(chǎn)比較適宜。而大部分純堿生產(chǎn)廠家以生產(chǎn)輕質(zhì)純堿為主,加以生產(chǎn)少量的重質(zhì)純堿,因此僅降低重質(zhì)純堿的鹽分是不夠的,故該種方法有它的局限性;相比之下第三種方法是目前國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)廠降低純堿鹽分一種積極的、行之有效的生產(chǎn)方法。對(duì)于氨堿廠來(lái)說(shuō),可以生產(chǎn)小于0.3%的低鹽純堿;而對(duì)于聯(lián)堿廠來(lái)說(shuō),可以生產(chǎn)0.5%甚至能夠達(dá)到0.3%的低鹽純堿,而又能保證聯(lián)堿的母液平衡。2降低堿純度的有效通道2.1重堿二次脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于重堿離心機(jī)不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,只能依賴于進(jìn)口,而進(jìn)口離心機(jī)價(jià)格又十分昂貴,因此,采用離心機(jī)對(duì)重堿二次脫水工藝在國(guó)內(nèi)還不十分普及。近些年來(lái),國(guó)內(nèi)幾大純堿廠陸續(xù)上了幾套離心機(jī)二次脫水工藝,同時(shí)新增的幾套200kt/a、300kt/a的聯(lián)堿裝置,也都采用了重堿離心機(jī)二次脫水,目的只有一個(gè),就是降低純堿鹽分。但由于各種原因,效果并不理想。我公司于2003年由國(guó)內(nèi)一著名設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)了1套200kt/a聯(lián)堿裝置,重灰和輕灰產(chǎn)量各占一半。在流程的設(shè)計(jì)上,選用了離心機(jī)對(duì)重堿二次脫水工藝。該套裝置于2004年10月中旬試開(kāi)車。剛開(kāi)車時(shí),因各種原因沒(méi)有啟動(dòng)重堿離心機(jī),純堿成品鹽分僅能控制在0.75%左右,如果按優(yōu)等品指標(biāo)控制,則聯(lián)堿母液輕微的膨脹,同時(shí)各種含氨濃度低的容器洗水難以進(jìn)入系統(tǒng)。我們采用的2臺(tái)重堿離心機(jī)是從德國(guó)某公司進(jìn)口的,該離心機(jī)最大轉(zhuǎn)速1150r/min,操作轉(zhuǎn)速1000r/min,正常處理重堿量27868kg/h,最大處理重堿量30454.66kg/h,離心機(jī)重量(含配重)15t,最大允許振蕩速度18mm/s。試車時(shí),離心機(jī)存在以下問(wèn)題:1振動(dòng)大聯(lián)鎖停車原因分析為了保證離心機(jī)的使用壽命,該離心機(jī)設(shè)置了振幅聯(lián)鎖停車。振動(dòng)控制裝置安裝在物料室與底座分離的法蘭上,其測(cè)量裝置上設(shè)有一集成開(kāi)關(guān),在集成開(kāi)關(guān)上有2個(gè)設(shè)定值,一個(gè)是預(yù)報(bào)警,另一個(gè)為停機(jī)報(bào)警,當(dāng)離心機(jī)因振動(dòng)大使振幅超過(guò)允許值時(shí),報(bào)警開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào),隨即停車。經(jīng)分析,造成離心機(jī)振動(dòng)大聯(lián)鎖停車的原因一是下料不均;二是配重過(guò)輕。對(duì)此,我們采取針對(duì)性措施,一方面在離心機(jī)底盤(pán)上增加配重塊,加大配重,增強(qiáng)離心機(jī)自身的穩(wěn)定性;另一方面,調(diào)整重堿皮帶上的擋板結(jié)構(gòu),擋板由手動(dòng)控制改為電動(dòng)控制,并與離心機(jī)的振幅實(shí)行聯(lián)鎖,這樣既可以根據(jù)皮帶來(lái)料變化隨時(shí)調(diào)節(jié)離心機(jī)的進(jìn)料量,保證離心機(jī)進(jìn)堿螺旋進(jìn)料均衡、穩(wěn)定,又可以保證離心機(jī)的使用壽命不受影響。2主電機(jī)皮帶輪直徑對(duì)故障離心的影響在實(shí)際生產(chǎn)中,離心機(jī)的運(yùn)行還存在另外一個(gè)問(wèn)題,即當(dāng)篩籃內(nèi)形成正常的堿餅后,推料盤(pán)推不動(dòng)料,是什么原因引起的呢?我們會(huì)同德國(guó)公司工程技術(shù)人員分析,可能是離心機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高,篩籃內(nèi)重堿顆粒與顆粒之間間隙過(guò)小,重堿水分過(guò)低所致,因此我們及時(shí)調(diào)整主電機(jī)皮帶輪的直徑,把皮帶輪的直徑減小,降低離心機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)以上兩點(diǎn)改造,終于保證了離心機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行,表1列出了離心機(jī)進(jìn)、出口重堿全分析數(shù)據(jù)。由表1數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)離心機(jī)二次脫水后,重堿水分下降4.09個(gè)百分點(diǎn),重堿鹽分下降0.11個(gè)百分點(diǎn),由于水分的變化,NaHCO3的主含量上升了4.36個(gè)百分點(diǎn),燒成率上升了2.42個(gè)百分點(diǎn),按此計(jì)算,純堿成品鹽分下降了0.247%。2.2表面局部重堿鹽分穩(wěn)定性眾所周知,純堿行業(yè)濾堿機(jī)洗水裝置一直采用傳統(tǒng)的洗水槽結(jié)構(gòu),洗水從灑水板流下來(lái),在洗滌濾鼓表面的重堿時(shí)分布不均,引起濾鼓表面局部重堿鹽分變化很大,對(duì)成品純堿鹽分的穩(wěn)定性產(chǎn)生非常大的影響,難以滿足市場(chǎng)的需要。為達(dá)到用戶對(duì)低鹽分的需求,務(wù)必犧牲生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定性,加大濾堿機(jī)的洗水。對(duì)于聯(lián)堿生產(chǎn)來(lái)說(shuō),由于聯(lián)堿母液系統(tǒng)封閉循環(huán),加大洗水勢(shì)必引起聯(lián)堿母液膨脹,無(wú)法維持正常生產(chǎn)。能否找到一個(gè)兩全其美的辦法,既解決成品純堿鹽分的問(wèn)題,又解決母液膨脹的問(wèn)題,這就是我們對(duì)濾堿機(jī)洗水裝置改造的目的。2.2.1濾堿機(jī)洗水裝置我公司原有2臺(tái)過(guò)濾面積為13.5m2(后加了1臺(tái)過(guò)濾面積為20m2的濾堿機(jī))的濾堿機(jī),其洗水裝置雖然較以往的濾堿機(jī)洗水結(jié)構(gòu)有所突破,在灑水板的基礎(chǔ)上增加了1道扇形噴嘴,但洗滌效果仍不明顯,因?yàn)樯刃螄娮炫c灑水板一樣,洗水是以線狀形式對(duì)重堿進(jìn)行洗滌,洗水消耗量較大。因此從開(kāi)車以來(lái),純堿鹽分都居高不下,平均在0.75%左右(再加大洗水量堿母液不能平衡),表2列出了濾堿機(jī)洗水裝置改造前各相關(guān)指標(biāo)。從表2可以看出,改造之前的純堿鹽分平均值為0.747%,最高的達(dá)到了0.780%,最低的也有0.722%。母液總存量從4月1日的1073m3上漲到4月7日的1240m3,可見(jiàn)要想在如此條件下提高產(chǎn)品質(zhì)量,進(jìn)一步降低純堿鹽分,聯(lián)堿的正常生產(chǎn)將無(wú)法維持。2.2.2噴霧的安裝和純堿鹽分的控制在參考同行業(yè)洗水裝置改造的基礎(chǔ)上,決定把濾堿機(jī)現(xiàn)有灑水板結(jié)構(gòu)改為洗水噴淋裝置。結(jié)合濾堿機(jī)的生產(chǎn)能力及洗水用量,我們?cè)诿颗_(tái)濾堿機(jī)上用5道洗水噴淋裝置(2臺(tái)共10道噴淋裝置)取代了原灑水板與扇形噴嘴。其中3道洗水裝置上每道安裝25個(gè)噴頭,余下2道洗水裝置上每道安裝24個(gè)噴頭。每2個(gè)噴頭之間的間距為80mm,每道洗水裝置相距190mm,噴嘴的安裝高度(即噴頭與濾鼓表面重堿之間間距)為120mm。從2005年4月16日開(kāi)始安裝,為期4天。在最初的1個(gè)星期內(nèi),摸索、調(diào)試,效果較為明顯,純堿鹽分雖然沒(méi)有明顯的改觀,但母液收縮較快,從15日到21日,總存量從1413m3下降到1184m3。通過(guò)摸索規(guī)律和操作方法后,從22日開(kāi)始降純堿鹽分,純堿鹽分按小于0.60%控制(見(jiàn)表3)。由表3可看出,濾堿機(jī)洗水裝置改用噴淋洗滌后,效果較好。成品純堿鹽分平均在0.56%,最低的達(dá)到了0.51%,純堿產(chǎn)品能滿足不同層次用戶的需求。最關(guān)鍵的一點(diǎn)是聯(lián)堿母液總存量下降較多,在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的7天中,總存量下降了230m3,確保了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)還有利于環(huán)保排放和節(jié)能降耗。2.2.3噴嘴螺栓的選擇和清洗單臺(tái)濾堿機(jī)上的5道噴淋裝置在使用過(guò)程中有以下優(yōu)點(diǎn):第一,5道洗水能任意調(diào)節(jié),洗滌區(qū)域較大,調(diào)節(jié)靈活;第二,與扇形噴嘴相比,扇形噴嘴洗滌時(shí),洗水在重堿表面形成的是一條線,而此次使用的圓錐形噴嘴在重堿表面形成的是成霧狀的一個(gè)面,在這個(gè)面上,單個(gè)噴嘴洗滌重堿均勻,洗滌時(shí)噴嘴與噴嘴之間的洗水成15%左右的交叉,這樣可保證整個(gè)轉(zhuǎn)鼓上重堿鹽分洗滌均勻;第三,圓錐形噴嘴噴霧洗滌時(shí),由于噴灑均勻,對(duì)濾鼓表面的重堿沖擊力小,不易形成溝流,重堿穿透損失及溶解損失小。當(dāng)然此次使用的流量為2L/min、口徑為4.4mm的噴嘴也存在一些缺點(diǎn):其一,由于噴嘴口徑大,洗水量最大時(shí)平均單個(gè)噴嘴流量可達(dá)到3.4L/min,在我公司濾堿機(jī)能力沒(méi)有發(fā)揮到最大時(shí)(濾堿機(jī)現(xiàn)有生產(chǎn)能力在300～350t/d·臺(tái)),只能開(kāi)2根洗水管。為了確保洗水當(dāng)量,開(kāi)3根洗水管時(shí),洗水在噴嘴內(nèi)分布不均,不能形成霧狀;其二,當(dāng)洗水流量不能滿足開(kāi)3根管而只能開(kāi)2根管時(shí),噴嘴出口壓力較高,對(duì)重堿表面仍然有一定的沖擊,造成重堿表面局部位置可能形成溝流;其三,對(duì)洗水質(zhì)量要求較高,洗水中不能含Ca2+、Mg2+垢,否則,容易造成噴嘴堵塞。在摸索出2L/min、口徑4.4mm噴嘴的優(yōu)缺點(diǎn)后,我們又在3#濾堿機(jī)上試用了3排共74個(gè)、口徑4mm、流量為1.6L/min的噴嘴,后者使用效果明顯優(yōu)于前者。因此,在新增20m2濾堿機(jī)上我們也改用了口徑4mm、流量1.6L/min的噴嘴。2.3濾餅洗水流程的改進(jìn)設(shè)計(jì)院在作設(shè)計(jì)時(shí),聯(lián)堿(濾過(guò))洗水采用圖1流程。淡液蒸餾塔底廢淡液依次作為綜合回收塔濾過(guò)凈氨段和碳化尾氣清水凈氨段的洗水,然后送往爐氣洗滌塔凈化爐氣中的氨和堿塵后,再送至濾過(guò)高位槽。高位槽的另一部分洗水來(lái)自重堿離心機(jī)出口經(jīng)澄清后的濾液,這部分濾液含F(xiàn)NH31.88mol/L、TCl-0.41mol/L,流量約70kg/t堿。進(jìn)入高位槽的兩部分水一起自流到濾堿機(jī)灑水板和扇形噴嘴上作為濾堿機(jī)的洗水。圖1工藝流程應(yīng)該為聯(lián)堿濾過(guò)洗水的經(jīng)典流程。但還存在一些不足。重堿經(jīng)離心機(jī)脫水后濾液Cl-的濃度較高,按濾液量和濃度與凈氨洗水混合后,濾過(guò)洗水中Cl-的濃度達(dá)到了0.04mol/L(即0.8tt)。由于濾餅在洗滌過(guò)程中,是以活塞流形式置換取代、對(duì)流混合及分子擴(kuò)散的方式來(lái)除去濾餅中所夾帶的母液。對(duì)于活塞流置換取代方式來(lái)說(shuō),濾餅脫水的動(dòng)力學(xué)可用達(dá)西定律描述:dVw/dt=KsA/Lμ(△P-Pc)S(1)式中:Vw——置換的濾液體積;t——時(shí)間;μ——洗水粘度。對(duì)流混合和分子擴(kuò)散可用分子擴(kuò)散系數(shù)來(lái)描述:D=7.4×10-8(αMs)1/2T/μV0.6AA0.6(2)式中:D——分子擴(kuò)散系數(shù);μ——洗水粘度。從(1)和(2)式中可知,濾餅在單位時(shí)間內(nèi)的脫水量及分子擴(kuò)散系數(shù)都與洗水的粘度成反比。在38℃下,純水的粘度為0.68mPa·s,含0.8ttCl-的洗水粘度為1.05mPa·s,因此,與不含Cl-的洗水相比,用含Cl-的洗水洗滌濾餅時(shí)消耗的洗水量勢(shì)必大得多。一般的當(dāng)洗水中Cl-濃度超過(guò)0.02mol/L時(shí),要保證純堿鹽分受控,則洗水用量勢(shì)必增加10%～15%。為了彌補(bǔ)上述不足,我們對(duì)濾過(guò)洗水流程作了如圖2的改進(jìn)。原不含Cl-的凈氨水仍進(jìn)入濾過(guò)高位槽,但同時(shí)增加了1個(gè)洗水桶,重堿離心機(jī)后Cl-濃度較高的濾液不再進(jìn)入濾過(guò)高位槽,而是直接進(jìn)入新增加的洗水桶內(nèi),再自流到濾堿機(jī)5道洗水噴淋裝置的第1道直接洗滌重堿。由于洗水在洗滌濾餅初期時(shí),以活塞流的形式通過(guò)濾餅孔隙通道置換取代重堿夾帶的母液從而達(dá)到洗滌重堿鹽分的目的,并置換取代濾餅中的一部分母液。然后再用濾過(guò)高位槽不含Cl-的洗水分幾次洗滌濾餅,進(jìn)一步置換取代、對(duì)流混合及分子擴(kuò)散的方式除去濾餅中剩余夾帶的母液。這樣既能保證生產(chǎn)較低鹽分的純堿產(chǎn)品,又能降低濾過(guò)洗水當(dāng)量,確保聯(lián)堿母液處于濃縮狀態(tài)。實(shí)際上對(duì)于多道洗滌或者把含Cl-不同濃度(粘度不同)的洗水分開(kāi)并分別洗滌重堿表面,根據(jù)(1)式可知,(△P-Pc)即置換壓強(qiáng)降與毛細(xì)管壓強(qiáng)降差值大,亦即洗水洗滌重堿表面的推動(dòng)力大,同時(shí)濾餅中洗水的飽和度S也大,濾餅中夾帶的母液脫除加快,洗水用量減少。表4列出了濾過(guò)洗水工藝流程改進(jìn)后的1個(gè)星期的三項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。由表4看出,從15日到21日7天內(nèi),純堿鹽分最低的為0.35%,最高的也只有0.5%,并且在此期間陸續(xù)向母液系統(tǒng)中補(bǔ)加了180m3各種含氨雜水,聯(lián)堿母液系統(tǒng)仍然保持平衡。運(yùn)行效果良好,達(dá)到了改進(jìn)之目的。3用聯(lián)堿母液合成重質(zhì)純堿僅僅靠采用離心機(jī)對(duì)重堿二次脫水工藝與對(duì)濾堿機(jī)洗水裝置以及洗水流程等進(jìn)行改造相結(jié)合的辦法,只能生產(chǎn)0.4%左右較低鹽分的純堿。如果要長(zhǎng)期生產(chǎn)小于0.3%的低鹽純堿,可以采用重堿離心機(jī)二次脫水與改良固相水合法相結(jié)合的生產(chǎn)工藝。重堿離心機(jī)二次脫水后純堿鹽分按0.45%控制,經(jīng)改良固相水合法一水堿離心機(jī)再次脫除一水堿結(jié)晶中的游離水,一水堿游離水9%,離心后游離水按5%控制。根據(jù)計(jì)算,水合機(jī)前輕灰中含鹽4.5kg/t,需要化合水量274.9kg/t,離心后排出的母液量81.72kg/t,殘余在一水堿中的母液量為88.74kg/t,排出鹽分81.72/(81.72+88.74)×4.5=2.16kg/t,則經(jīng)煅燒后重灰鹽分在0