聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)中氨Ⅰ母液冷卻工藝的研究與應(yīng)用

卓士彬,趙 川

(連云港市福源德邦科技發(fā)展有限公司，江蘇 連云港 222300)

1 背景技術(shù)

聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)中氯化銨冷凍工序是主要能耗工序，聯(lián)堿行業(yè)為降低冷凍工序的能耗，從各方面采取措施進(jìn)行節(jié)能降耗的改進(jìn)，其中降低投入氯化銨冷凍工序的氨Ⅰ母液溫度，是最主要的節(jié)能降耗手段，其直接影響氯化銨冷凍工序的能耗。

傳統(tǒng)的氨Ⅰ母液冷卻工藝是先將來自吸氨的熱氨Ⅰ母液送水冷與冷卻水換熱，水冷基本均采用列管換熱器，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至38～40 ℃，再經(jīng)過母換器與母Ⅱ液換熱，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至28～30 ℃，然后再送去冷析結(jié)晶系統(tǒng)冷凍工序進(jìn)行降溫，從而析出氯化銨結(jié)晶。該工藝缺陷在于因氨Ⅰ母液固定銨濃度與溫度的關(guān)系，使得氨Ⅰ母液溫度只能降至氯化銨結(jié)晶臨界析出溫度，其若進(jìn)一步降溫易造成母換器換熱管結(jié)晶堵塞，影響運(yùn)行，從而使得進(jìn)入冷析結(jié)晶系統(tǒng)的氨Ⅰ母液溫度較高，勢必增加后續(xù)結(jié)晶工段的冷凍負(fù)荷，不能有效、合理地利用低位冷量，增加冷凍系統(tǒng)的冰機(jī)負(fù)荷，加大了系統(tǒng)的設(shè)備投資和維修保養(yǎng)費(fèi)用；由于增加了系統(tǒng)的冷凍負(fù)荷，勢必增加系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，尤其是能源的大量消耗。

所以，通過技術(shù)創(chuàng)新，我公司研究一種聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)中氨Ⅰ母液冷卻新型工藝，采用了結(jié)晶器內(nèi)部循環(huán)與換熱器外部循環(huán)結(jié)合的工藝，通過增加換熱器管內(nèi)及管外循環(huán)量，提高管內(nèi)外流速，降低氯化銨母液的過飽和度這一技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)將氯化銨母液溫度降低到結(jié)晶臨界點(diǎn)(即20～22 ℃)以下，較傳統(tǒng)工藝降低了6～8 ℃，同時(shí)解決了冷卻器堵塞這一問題，做到了冷熱量充分利用之目的，從而降低聯(lián)堿法氯化銨生產(chǎn)中冷凍工序的能耗，達(dá)到能源合理利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

2 工藝技術(shù)介紹

本工藝技術(shù)主要研究內(nèi)容是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的、可降低系統(tǒng)冷凍負(fù)荷、減少設(shè)備投資費(fèi)用和能耗的聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)過程中結(jié)晶工段氨Ⅰ母液冷卻工藝。

其工藝流程大致為：先將來自吸氨的熱氨Ⅰ母液送水冷與冷卻水換熱，水冷選用鈦材板式換熱器，提高換熱效率，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至35～37 ℃，再經(jīng)過母換器與母Ⅱ換熱，換熱后氨Ⅰ母液溫度降至26～28 ℃，降溫后的冷氨Ⅰ母液送入預(yù)冷析結(jié)晶器與外冷器的循環(huán)母液一起進(jìn)入預(yù)冷析結(jié)晶器中心循環(huán)管，從底部分布上升，預(yù)冷析結(jié)晶器上層的母液經(jīng)氨Ⅰ軸流泵送入預(yù)冷析外冷器列管內(nèi)與管間鹽析結(jié)晶器來的母Ⅱ液換熱降溫而產(chǎn)生過飽和度，呈飽和狀態(tài)的循環(huán)母液從外冷器上部經(jīng)中心管返回到結(jié)晶器底部，通過晶漿層消失其過飽和度，促使結(jié)晶的生成和成長，如此連續(xù)循環(huán)降溫，可降低預(yù)冷析冷氨Ⅰ母液溫度至20～22 ℃，預(yù)冷析結(jié)晶器上部的清液溢流去冷析結(jié)晶系統(tǒng)冷凍工序進(jìn)行降溫，從而析出氯化銨結(jié)晶。換熱后的母Ⅱ液回母Ⅱ桶，再由母Ⅱ泵輸送至母換器。

3 技術(shù)應(yīng)用

該工藝技術(shù)已于2019年11月26日被國家工信部納入《國家工業(yè)節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄(2019)》，作為引導(dǎo)綠色生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)技術(shù)，加快推廣應(yīng)用。

目前，該工藝技術(shù)已在安徽德邦化工有限公司60萬t純堿/a系統(tǒng)實(shí)施應(yīng)用。其實(shí)施改造方案為：預(yù)冷析結(jié)晶系統(tǒng)新上一臺(tái)預(yù)冷析結(jié)晶器φ10000/φ13000×14154，全容積1 080 m3；配套三臺(tái)外冷器φ2400×7500，單臺(tái)換熱面積F=1 240 m2，正常生產(chǎn)兩開一清洗；配套三臺(tái)AⅠ軸流泵(Q=6 500 m3/h，H=3 m，N=132 kW)，三臺(tái)母Ⅱ軸流泵(Q=1 500 m3/h，H=1.5 m，N=30 kW)，正常生產(chǎn)兩開一備；一臺(tái)熱AⅠ清洗泵(Q=600 m3/h，H=40 m，N=132 kW)。通過實(shí)施改造，將來自母換器的氨I母液通過預(yù)冷析系統(tǒng)外冷器與鹽析結(jié)晶器來的母Ⅱ液進(jìn)行換熱，將氨I母液溫度降至結(jié)晶臨界點(diǎn)以下((即20～22 ℃))，較傳統(tǒng)工藝降低了6～8 ℃，同時(shí)解決了冷卻器堵塞這一問題，做到了冷熱量充分利用之目的，并極大節(jié)約能耗。

表1是安徽德邦預(yù)冷析系統(tǒng)改造項(xiàng)目實(shí)施后的查定數(shù)據(jù)：

表1 預(yù)冷析系統(tǒng)改造查定(2017年12月)

項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益核算：

項(xiàng)目投用后，聯(lián)堿系統(tǒng)停用一臺(tái)大冰機(jī)(制冷量200萬kcal/h，N=1 000 kW)、一臺(tái)小冰機(jī)(制冷量100萬kcal/h，N=560 kW)及兩臺(tái)蒸發(fā)冷(N=47 kW)，總計(jì)用電1 654 kW，而預(yù)冷析系統(tǒng)總耗電約為456 kW，則通過項(xiàng)目改造，每小時(shí)節(jié)電量為1 198 kW，全年以8 000 h計(jì)，則全年節(jié)電量約為958萬kWh。電費(fèi)以0.6元/度計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)575萬元。此外，因少開冰機(jī)，可減少冰機(jī)運(yùn)行帶來的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

4 結(jié) 論

我公司獲得本工藝技術(shù)授權(quán)發(fā)明專利一項(xiàng)，發(fā)明專利名稱：聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)過程中結(jié)晶工段氨I母液冷卻工藝，專利號(hào)：ZL201110354760.9。本工藝技術(shù)在國內(nèi)屬于首創(chuàng)，通過將聯(lián)堿法純堿生產(chǎn)中系統(tǒng)母液的冷量與熱量合理轉(zhuǎn)換利用，達(dá)到能源充分利用的目的，項(xiàng)目運(yùn)行安全穩(wěn)定、節(jié)能，達(dá)到預(yù)期效果。本技術(shù)節(jié)能減排效果顯著， 技術(shù)方案成熟可靠，同時(shí)降低傳統(tǒng)工藝冰機(jī)運(yùn)行帶來的安全環(huán)保問題，應(yīng)積極推廣至聯(lián)堿行業(yè)使用。

本工藝需要考慮的是，由于母Ⅱ溫度升高，結(jié)合系統(tǒng)熱量平衡，需要將原列管式氨Ⅰ水冷換熱器調(diào)整(或者增加)為高效的板式換熱器，以保證母換器出口的氨Ⅰ溫度符合指標(biāo)要求。