魏正全

（四川廣宇化工股份有限公司，四川 廣漢 618300）

變換氣制堿是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的制堿技術(shù)，以其具有顯著的節(jié)能效果得到廣泛應(yīng)用，特別是外冷式變換氣制堿碳化塔的成功開發(fā)，使得變換氣制堿技術(shù)得到了迅速發(fā)展。而近幾年來(lái)，外冷式碳化塔在其自身結(jié)構(gòu)、角閥密封形式及材料以及配套工藝等方面的不斷完善，解決了外冷式碳化塔因角閥墊易泄漏、外冷器清洗差的問(wèn)題，延長(zhǎng)了碳化塔作業(yè)周期。然而，碳化塔的清洗問(wèn)題一直困擾著很多企業(yè)。

以前，對(duì)于碳化塔的清洗，行業(yè)中大多企業(yè)采用先用AⅡ清洗，再用水洗（或直接水清洗），清洗水可直接排放的洗塔方式（未采用串塔AⅡ清洗是因?yàn)閴毫p失大，不能滿足后工序壓縮機(jī)級(jí)間壓差）。但隨著國(guó)家對(duì)自然資源及環(huán)保治理的一再重視，對(duì)企業(yè)的取、排放水都進(jìn)行嚴(yán)格控制，碳化塔清洗水的消化問(wèn)題嚴(yán)峻地呈現(xiàn)在我們面前。產(chǎn)能大且管理好的企業(yè)，靠系統(tǒng)母液收縮進(jìn)行回收，但現(xiàn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，用戶對(duì)純堿質(zhì)量要求越來(lái)越高，系統(tǒng)母液收縮量有限，要消化過(guò)多的洗塔水顯得比較困難。

1 碳化塔用水清洗存在的問(wèn)題

我廠于2003年結(jié)合合成氨系統(tǒng)改造，配套上了一套變換氣制堿系統(tǒng)，始建為兩臺(tái)φ2800／φ3800三外冷碳化塔。碳化塔的清洗，采用先AⅡ清洗，后用水清洗。為縮短清洗時(shí)間，常加入空氣或碳化老系統(tǒng)（爐氣＋窯氣制堿）碳化尾氣作清洗攪拌氣。這種清洗方式存在著以下缺點(diǎn)：

1）工作量大，操作復(fù)雜。每次停塔清洗都需要泄壓、倒液和抽插多個(gè)盲板。

2）存在較大的安全隱患。變換氣中氫氮?dú)鉂舛雀?，而加入的空氣或碳化尾氣中氧含量高，容易達(dá)到氫的爆炸極限而發(fā)生事故。

3）多耗費(fèi)變換氣。每次洗塔開停車都要進(jìn)行氧、CO2置換，浪費(fèi)一部分變換氣。

4）清洗水的貯存問(wèn)題。我廠變換氣制堿塔每洗一次（臺(tái)）要產(chǎn)生200m3洗水，此部分淡氨洗水需要循環(huán)洗塔提濃后緩慢補(bǔ)入生產(chǎn)系統(tǒng)，需要貯存場(chǎng)地和容器，而且多了氨暴空揮發(fā)，污染環(huán)境。

5）清洗水源問(wèn)題。采用軟水清洗，一則我廠軟水生產(chǎn)能力有限，需要時(shí)間較長(zhǎng)，再則軟水成本較高。若用原水清洗，水雜質(zhì)含量高，進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，影響生產(chǎn)反應(yīng)及產(chǎn)品質(zhì)量。

6）洗塔水消化問(wèn)題。碳化塔洗塔水中氨大部分是CNH3，無(wú)法送去淡液蒸餾，只能靠系統(tǒng)母液收縮后補(bǔ)入生產(chǎn)系統(tǒng)。一旦遇到生產(chǎn)出現(xiàn)較大波動(dòng)，無(wú)法消化洗塔水時(shí)，這將給我們的環(huán)保治理工作帶來(lái)非常大的壓力，生產(chǎn)管理也很被動(dòng)。

水洗碳化塔存在著以上眾多的問(wèn)題，特別是環(huán)保工作的壓力，迫使我們尋找其它洗塔方法，從根本上杜絕碳化洗塔水的產(chǎn)生。我廠采用的是天然氣制氨工藝，變換氣含CO2在17%左右，為達(dá)到一定的CO2分壓，變換氣制堿塔操作壓力控制在1.9～2.0 MPa，而進(jìn)入甲烷化系統(tǒng)在1.35MPa左右，存在有0.6～0.65MPa的壓差，由變換氣制堿系統(tǒng)控制壓力。于是我們借鑒了索爾維塔的清洗方式，利用系統(tǒng)存在的壓差，將變換氣制堿碳化塔清洗改為串塔AⅡ清洗。

2 AⅡ洗疤原理

碳化塔結(jié)疤成分主要是NaHCO3。AⅡ成分：FNH370tt、CNH340tt、CO220tt。從AⅡ成分可看出：AⅡ的碳化度低，溶液中濃度遠(yuǎn)低于析出NaHCO3所需要的濃度，當(dāng)AⅡ與塔中堿疤接觸時(shí)，不僅有物理溶解作用，而且還伴有化學(xué)反應(yīng)，即堿疤中的NaHCO3與AⅡ中的NH4OH、NH4Cl作用，溶解堿疤。

2NaHCO3＋ 2NH4OH → （NH4）2CO3＋Na2CO3＋2H2O

NaHCO3＋NH4Cl→NaCl＋NH3＋CO2＋H2O

對(duì)于濃氣制堿，因通入的攪拌氣CO2含量高，AⅡ在洗塔的同時(shí)吸收部分CO2，達(dá)到清洗、預(yù)碳化兩目的，AⅡ的清洗效果較好。而對(duì)于變換氣制堿，串入的制堿尾氣CO2≤0.5%，清洗AⅡ（中和水）CO2變化不大，這對(duì)碳化塔的清洗更有利。

3 串塔清洗工藝流程及操作管理

碳化塔串塔清洗工藝比較簡(jiǎn)單，即將原來(lái)的洗水泵改為中和水泵，增設(shè)一套串氣管線即可。洗塔時(shí)將碳化尾氣分一部分經(jīng)串氣管去清洗塔作洗塔攪拌氣，出清洗塔后與另一部分碳化尾氣匯合再進(jìn)入尾氣回收塔洗氨。而中和水泵抽清洗塔液送入清洗AⅡ總管，清洗外冷器后送制堿塔或自身循環(huán)。

操作管理上，碳化塔作業(yè)一月左右即倒塔清洗，串氣清洗一星期即能達(dá)到要求。碳化塔清洗時(shí)，液位控制低一點(diǎn)，控制壓差0.25MPa左右（制堿塔壓差0.35MPa），一是為了降低系統(tǒng)阻力，為后工序提供更好的條件；二是防止在操作中出現(xiàn)大的波動(dòng)時(shí)，因液位過(guò)高而使AⅡ冒塔帶入尾氣洗滌塔。

圖1 碳化塔串塔清洗流程示意圖

清洗碳化塔，通入氣量很關(guān)鍵，氣量過(guò)小，達(dá)不到攪拌洗滌作用；氣量過(guò)大，除容易帶液入尾塔外，還會(huì)帶走過(guò)多的氨，增加尾塔負(fù)荷。因此，對(duì)于變換氣制堿外冷塔的清洗，只需分一部分氣去作攪拌氣，維持一定的空塔氣速即可。

4 運(yùn)行效果

我廠變換氣制堿碳化塔串塔清洗工藝于2005年上C塔時(shí)一并改造，運(yùn)行至今已近8年時(shí)間，收到比較理想的效果：

1）系統(tǒng)在不嚴(yán)重強(qiáng)化生產(chǎn)的情況下，完全不再用水清洗碳化塔，從根本上解決了碳化塔洗塔水的產(chǎn)生，也就解決了洗塔水處理的諸多問(wèn)題。

2）簡(jiǎn)化操作，大大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）優(yōu)化了工藝流程。中和水進(jìn)入清洗AⅡ總管，增加了外冷器清洗AⅡ量，同時(shí)可以做到中和水與AⅡ分別清洗兩制堿塔外冷器（此段時(shí)間AⅡ循環(huán)泵可停用），這樣的工藝配置讓操作的彈性更大，也解決了外冷器AⅡ清洗量偏小和AⅡ分配偏流的問(wèn)題。

4）減少洗塔排放損失。每次洗塔時(shí)，部分母液（塔液不能完全倒空）和塔內(nèi)疤塊進(jìn)入洗塔水，生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)法消化這部分洗塔水時(shí)，只能設(shè)法排放。經(jīng)過(guò)查定，每次洗塔損失堿8.5t，氨1.75t，變換氣1 400m3，折價(jià)1.55萬(wàn)元。年減少損失1.55×11×2＝34.10萬(wàn)元。

5 小 結(jié)

我廠的天然氣制氨工藝決定了碳化塔操作壓力高，動(dòng)力消耗增加，對(duì)設(shè)備、管、閥要求高，檢修頻率也會(huì)增加，這是我廠變換氣制堿的劣勢(shì)，但經(jīng)過(guò)我們認(rèn)真摸索，大膽創(chuàng)新，利用系統(tǒng)壓差，解決了碳化塔水洗問(wèn)題，將劣勢(shì)轉(zhuǎn)化成了優(yōu)勢(shì)。變換氣制堿塔串塔AⅡ清洗改造項(xiàng)目投資少，見效快。盡管其直接經(jīng)濟(jì)效益不很明顯，碳化塔設(shè)備利用率降低，但卻具有很大的社會(huì)效益。碳化塔洗塔水的根除，為我廠的生產(chǎn)管理和環(huán)保治理工作提供了保障。