碳化塔清洗流程優(yōu)化及操作控制

鄧永華，吳世江，龔天池

(重慶湘渝鹽化有限責(zé)任公司，重慶 萬(wàn)州 404001)

碳化塔是純堿生產(chǎn)的主要設(shè)備，在塔內(nèi)有傳質(zhì)、結(jié)晶和傳熱三種過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。因同時(shí)存在著氣、液、固三相，在結(jié)構(gòu)上要求氣液兩相有良好的接觸；生成的固體不至于下沉而堵塞氣液通道；并及時(shí)取走大量的反應(yīng)熱以保證最適的取出溫度。塔內(nèi)自上而下分成3個(gè)反應(yīng)區(qū)域:①吸收區(qū)。在塔上部，溶液吸收二氧化碳，尚無(wú)結(jié)晶析出。②生成區(qū)。在塔中部，約從塔高2/3處開(kāi)始析出碳酸氫鈉結(jié)晶，并繼續(xù)吸收二氧化碳，使結(jié)晶長(zhǎng)大。③冷卻區(qū)。在塔下部，吸收二氧化碳的同時(shí)進(jìn)行冷卻，結(jié)晶繼續(xù)成長(zhǎng)。冷卻區(qū)通常布置塔高1/2處以下，在兩個(gè)塔板之間，裝有很多橫穿的冷卻管，管內(nèi)通水，以移除反應(yīng)過(guò)程中放出的熱量。

1 碳化塔制堿與清洗過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.1 制堿塔降溫速率控制

目前，我廠使用的是索爾維內(nèi)冷式碳化塔，規(guī)格型號(hào)為：DN3000/DN3400×29920。冷卻段一般采用的是配置8個(gè)冷卻水箱，總高度約14.6 m，約占總塔高度的48.8%，當(dāng)60～65 ℃甚至更高溫度的碳化液進(jìn)入冷卻段后，溫度梯度也會(huì)發(fā)生變化，不利于碳化液溫度梯度的緩慢降低，在高溫區(qū)被抑制的吸收反應(yīng)很容易在冷卻段得到強(qiáng)化，容易產(chǎn)生較大的過(guò)飽和度，并生成較多的二次晶核，在溫度較低條件下，碳化液的過(guò)飽和度降低，在冷卻橫管表面發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)，析出結(jié)晶吸附在冷卻小管表面，通常就是我們所說(shuō)的結(jié)疤。作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)，疤層越厚。當(dāng)疤層結(jié)到一定厚度后，由于傳熱效率下降，以及氣、液通道變小，碳化反應(yīng)過(guò)程便不能正常進(jìn)行。所以碳化塔一般作業(yè)幾十小時(shí)后，需要進(jìn)行清洗。

1.2 清洗塔清洗過(guò)程存在的問(wèn)題

碳化塔的清洗和制堿過(guò)程是相輔相成的，清洗塔工況的好壞直接影響制堿塔的生產(chǎn)能力，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐可以了解到目前國(guó)內(nèi)碳化塔清洗工藝主要存在下列問(wèn)題：

1)碳化塔水箱冷卻配置及降溫方式容易造成冷卻橫管表面結(jié)疤；

2)通常采用清洗AⅡ溶液作清洗液，清洗效果受到AⅡ溶液中碳酸氫鈉的不飽和度、結(jié)疤密度、氨鹽水溫度及清洗液流速、清洗氣成分的影響；

3)清洗效果受冷卻水箱橫管內(nèi)循環(huán)冷卻水溫度及淤泥的影響。

要解決上述問(wèn)題，只有從源頭上控制好冷卻速率，減緩冷卻橫管結(jié)疤速度；同時(shí)在清洗過(guò)程中將碳化塔冷卻橫管清洗干凈，才能保證碳化塔在制堿過(guò)程中將碳化反應(yīng)多余的熱量移起走，提高碳化塔作業(yè)作業(yè)能力，延長(zhǎng)碳化塔的作業(yè)周期，從而達(dá)到一個(gè)制堿周期內(nèi)的最優(yōu)狀態(tài)。

2 碳化塔清洗優(yōu)化

針對(duì)碳化塔清洗工藝存在的問(wèn)題，我們通過(guò)如下途徑進(jìn)行了優(yōu)化：

1)對(duì)現(xiàn)有的碳化塔水箱冷卻水箱配置進(jìn)行改進(jìn)。將碳化塔配置的8層水箱改為7層水箱，將第8層水箱改為塔圈，使碳化塔在制堿初期時(shí)反應(yīng)區(qū)間擴(kuò)大，增大反應(yīng)時(shí)間。

2)將水箱串聯(lián)通水改為串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合通水，具體操作時(shí)在制堿初期降溫時(shí)采用底部四層回水，然后再根據(jù)具體碳化塔的作業(yè)時(shí)間、碳化取出液溫度和取出量的大小，通過(guò)調(diào)整4、6、7層水箱回水量(冷卻水量)和冷卻面積控制碳化塔冷卻速度，減緩冷卻橫管結(jié)疤速度。

圖1 碳化塔冷卻水控制

碳化塔具體冷卻速度按如表1條件進(jìn)行控制。

表1 碳化塔冷卻速度操作控制

3)為提高清洗結(jié)疤的溶解速度和防止碳酸氫鈉細(xì)晶的產(chǎn)生，用空氣作為進(jìn)塔清洗氣，同時(shí)在保證碳化尾氣總管壓力的0.03 MPa以下的情況下，增大清洗塔母液進(jìn)塔負(fù)荷，塔內(nèi)清洗母液自下往上流速達(dá)0.5 m/s及以上，改善塔內(nèi)母液流動(dòng)，加強(qiáng)母液的對(duì)流，提高了液體湍動(dòng)加速疤塊的溶解。

4)碳化塔冷卻水箱中橫管內(nèi)污淤泥對(duì)水箱換熱熱阻影響較大，因此要對(duì)水箱定期進(jìn)行反洗。在每一個(gè)周期碳化塔退出清洗的時(shí)候，應(yīng)將碳化塔內(nèi)水箱循環(huán)水排空，循環(huán)水回水壓力在0.3 MPa左右，且反沖水量可以達(dá)到400 m3/h?？梢岳醚h(huán)水回水從水箱最上層自上而下反沖回來(lái)，將水箱內(nèi)淤泥、雜質(zhì)等排到循環(huán)水收集池內(nèi)，待排出的循環(huán)水清澈無(wú)雜質(zhì)時(shí)，碳化塔冷卻水箱中橫管便反洗干凈，排出的循環(huán)水通過(guò)循環(huán)水旁濾器進(jìn)行固液分離處理后回循環(huán)水池。

5)控制制堿碳化塔降溫循環(huán)水溫度在26 ℃以上，控制作業(yè)初期時(shí)出堿液的降溫速率，一般前30 min降溫控制在5～8 ℃。呈梯度的緩慢降溫可以更好的降低、控制與碳化塔內(nèi)母液與循環(huán)水溫度的差值，防止溫差過(guò)大、降溫劇烈及溫度過(guò)低造成碳化液過(guò)飽和度突然加大，析出更多碳酸氫鈉細(xì)晶，附著列管表面結(jié)疤。

3 改造后取得的效果

1)碳化塔的清洗是將氨母液Ⅱ(AⅡ)連續(xù)送入清洗塔內(nèi)，并通入空氣進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，AⅡ溶解塔內(nèi)碳酸氫鈉和碳酸氫銨等結(jié)疤達(dá)到清洗的目的。碳化塔結(jié)疤嚴(yán)重的是在碳化塔下部連接水箱處，因此碳化塔5段溫度在退出清洗時(shí)候是最低的，一般要比進(jìn)塔AⅡ溫度低5～10 ℃左右，只有將碳化塔5段溫度清洗起來(lái)，并通過(guò)進(jìn)塔AⅡ溫度與碳化塔23段、5段溫度進(jìn)行對(duì)比，在清洗過(guò)程中這三段溫度的溫差在0.5 ℃左右時(shí)，才能判斷碳化塔內(nèi)疤塊基本清洗干凈。

2)通過(guò)改造后碳化塔在制堿過(guò)程中碳化液的沉淀量能夠達(dá)到33%～36%，碳化液與AⅡ液的固定銨差值在46 tt，碳酸氫鈉顆粒的堆積密度在0.63 g/cm3，相比以前堆積密度增大0.05 g/cm3左右。

3)改造后，對(duì)制堿周期達(dá)3個(gè)月的碳化塔進(jìn)行開(kāi)蓋檢查：在碳化塔的3、5、7段降溫段水箱內(nèi)基本無(wú)結(jié)疤情況，效果明顯，提升了碳化塔生產(chǎn)能力和延長(zhǎng)作業(yè)周期。