篩板碳化塔在南堿的成功應用

張遠方

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司,廣東 廣州 510760)

對于一個純堿廠來說,無論是新建還是技改更新,碳化塔的選型是一個非常重要的決策。碳化轉(zhuǎn)化率在很大程度上決定全廠各工序所需處理或加工的物料當量,轉(zhuǎn)化率高時,不但可使產(chǎn)量增加,而且使系統(tǒng)中循環(huán)和消耗的物料減少,就能減輕鹽水、蒸吸、石灰等工序的負荷,達到鹽、石、氨、汽、電、水充分利用和節(jié)約的目的。

我司在新增碳化塔建設中,經(jīng)過充分調(diào)研,向中國成達工程公司采購了先進的篩板結(jié)構技術,從而放棄了傳統(tǒng)的笠帽結(jié)構。新增的5臺篩板碳化塔于2009年開始建設,并于2010年逐步投入生產(chǎn),編號為5#～9#碳化塔。我司重堿車間老碳化塔為笠帽異徑塔結(jié)構,塔內(nèi)用于氣液分布的部件是鑄鐵笠帽,于1994年2月投入生產(chǎn),至今已使用超過20年。在實際生產(chǎn)中,發(fā)現(xiàn)老碳化塔存在碳化尾氣CO2含量偏高、重堿結(jié)晶狀況不好,以及停塔后容易出紅堿的情況。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),老碳化塔內(nèi)部分笠帽由于使用時間較長,已出現(xiàn)相當嚴重的腐蝕,部分地方甚至出現(xiàn)破損或穿孔,已經(jīng)失去作用,因此,對老碳化塔必須進行改造性大修。從開始使用篩板碳化塔以來,已經(jīng)陸續(xù)完成四臺碳化塔的技改,用篩板替代笠帽作為氣液分布部件,目前已改造的篩板塔編號為0#、1#、2#、4#碳化塔,至今只有3#碳化塔仍采用笠帽,其余碳化塔全為篩板碳化塔。篩板碳化塔操作初期按笠帽塔的操作方式,以后逐漸摸索出適合篩板塔的操作方法,在實踐中我們積累了一些篩板碳化塔操作方面的經(jīng)驗。

1 篩板碳化塔的優(yōu)點

1.1 生產(chǎn)能力大

碳化塔的能力是碳化塔選型的第一要素。實踐證明,同樣塔徑的篩板塔和笠帽塔相比,篩板塔生產(chǎn)能力大10%～15%。總管尾氣壓力按50 kPa左右控制,制堿塔壓穩(wěn)定維持在0.29～0.31 MPa,比笠帽塔提高約0.01～0.02 MPa。相同放量下,篩板碳化塔的進氣量比笠帽塔的少約1 000～1 500 Nm3/h。平均中段氣用量6 000～7 000 Nm3/h,下段氣量約3 100～3 500 Nm3/h,平均放量約70～75 m3/h,如25圈溫度提高至58 ℃,中溫可維持在60～62 ℃,比生產(chǎn)低負荷時(放量≤60 m3/h),提高約2 ℃。目前采用一段循環(huán)水冷卻,即使在夏、秋季高溫時節(jié),出堿溫度仍可維持在30～32 ℃。碳化轉(zhuǎn)化率平均為75.4%,碳化轉(zhuǎn)化率提高1%～2%。

1.2 吸收效率高

與笠帽塔相比,篩板碳化塔泡沫化良好,有較大的氣液接觸表面,有效抑制軸面的返混,徑向混合好,塔板效率高約15%。在相同條件下,碳化尾氣CO2含量可以下降2%～3%,相當于在60萬t/a的純堿生產(chǎn)能力下,可以減少石灰石消耗約3 t/h、塊煤0.27 t/h。按年生產(chǎn)8 000 h計算,每年可減少石灰石消耗24 000 t、塊煤2 160 t。

1.3 結(jié)晶質(zhì)量好

篩板塔出堿液沉淀量50%左右,堿質(zhì)較好,可以有效提高重堿濾餅的透水性,據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)估算,篩板碳化塔的重堿濾餅水分可以比笠帽碳化塔的重堿濾餅水分降低0.5%以上。按照年產(chǎn)60萬t純堿,重堿水分每下降1%,輕灰煅燒中壓蒸汽消耗下降30 kg/t堿估算,僅此每年即可節(jié)省中壓蒸汽消耗1.8萬t。碳化尾氣CO2含量為2%(用1/2H2SO4溶液簡單除氨),尾氣溫度比笠帽塔的降低約6～8 ℃,這有利于降低尾氣含氨。

1.4 塔清洗容易,不易出紅堿

清洗塔的清洗氣用量約4 000～5 000 Nm3/h,清洗效果較好。即使偶而延長作業(yè)時間,塔況仍能運行平穩(wěn),較少出現(xiàn)堵塔情況,適合高負荷生產(chǎn)。即使堵塔嚴重,倒換為清洗塔后,可以不進清洗氣或中段氣,直接用氨鹽水清洗2～3 h后,就可正常進清洗氣或中段氣清洗,目前尚未出現(xiàn)需用蒸汽煮塔的情況。篩板塔部件設計采用TA2材質(zhì)加工,不存在腐蝕破損問題,有利于解決碳化塔停塔后出紅堿的問題,保證產(chǎn)品質(zhì)量。同時,篩板的使用壽命長,如果加工質(zhì)量能夠保證,以后基本上不需要進行大修更換,有利于減少維護費用。

1.5 塔盤的造價較低,性價比高

由于碳化塔的內(nèi)部結(jié)構和塔徑有著較大的差異,因此也導致在投資上有很大的差異。顯然,由于篩板塔的塔板數(shù)量在吸收反應段比笠帽塔減少1倍。篩板塔的投資要遠遠小于笠帽塔,有資料表明篩板塔的造價與笠帽塔相比可降低40%左右。

2 存在問題及解決

1)篩板塔的抗干擾性較差,操作彈性較小,調(diào)節(jié)氣量的幅度不宜過大,操作難度相對較大。如25圈溫度上升過快,中段氣量不及時減少,則容易冒塔;且篩板碳化塔冒塔時尾氣帶液多,塔內(nèi)產(chǎn)生氣頂,塔壓低至0.24 MPa,甚至無法出堿;碳化塔壓提至正常需較長時間,需要大幅減氣或短時間全減中、下段氣量,然后加入額外多的中和水或氨鹽水量,才能提起或恢復原有的塔壓,對塔況影響較大,甚至干擾其它正常作業(yè)的制堿塔,不利生產(chǎn)的平穩(wěn)與高產(chǎn)。操作要點:控制氨鹽水中的氨鹽比至1.13～1.16,控制合適進塔氣量及中和水CO2含量,提高碳化塔壓及尾氣壓力,降低入塔中和水溫度,維持較高的單塔出堿量,采用以上措施后,碳化塔工況可做到長周期穩(wěn)定生產(chǎn)。

2)篩板碳化塔不適宜低負荷生產(chǎn),如出堿放量≤60 m3/h,或中、下段氣濃度偏低時,則制堿塔的中部溫度偏低(55～57 ℃),影響出堿質(zhì)量,且積堿容易堵塔。相比原泡罩碳化塔的制堿溫度控制,5#～9#篩板塔的制堿中溫偏低約3～5 ℃(即使是滿負荷,中溫最高僅為62 ℃左右)。我司及時將此情況反映給篩板塔設計單位,經(jīng)專家現(xiàn)場考察論證,通過改變篩板孔徑及開孔率,取得了較好的效果,數(shù)據(jù)如表1。

表1 5#～9#篩板碳化塔塔盤規(guī)格

表2 0#、1#、2#、4#篩板碳化塔塔盤規(guī)格

在0#、1#、2#、4#篩板塔安裝投用后,通過實際運行數(shù)據(jù)對比,相比5#～9#篩板碳化塔的溫度控制,0#、1#、2#、4#篩板塔的制堿中溫可高約2～4 ℃,即使單塔生產(chǎn)負荷偏低,其制堿塔的中溫與笠帽塔相差無幾,從而證實碳化塔設計單位對篩板孔徑及開孔率的技改是比較成功的。