曹　輝，王　磊

(威海恒邦化工有限公司　山東威海　264501)

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200 kt/a復(fù)合肥氫鉀轉(zhuǎn)化、鹽酸吸收系統(tǒng)改造總結(jié)

曹輝，王磊

(威海恒邦化工有限公司山東威海264501)

經(jīng)多年的運(yùn)行，與100 kt/a噴漿造粒復(fù)合肥裝置和100 kt/a氨化造粒復(fù)合肥裝置配套的氫鉀轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和鹽酸吸收系統(tǒng)已無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。針對(duì)存在的問題，對(duì)原有的氫鉀轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和鹽酸吸收系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造。改造后，不僅消除了安全隱患，而且排放尾氣中氯化氫含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

復(fù)合肥氫鉀轉(zhuǎn)化鹽酸吸收改造

威海恒邦化工有限公司現(xiàn)有100 kt/a噴漿造粒生產(chǎn)裝置和100 kt/a氨化造粒生產(chǎn)裝置各1套，其中混酸料漿部分共用1套低溫氯化鉀轉(zhuǎn)化脫氯系統(tǒng)，產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)兩次換熱、兩次吸收工藝副產(chǎn)鹽酸。因轉(zhuǎn)化、鹽酸吸收系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面存在缺陷，造成轉(zhuǎn)化能力無(wú)法滿足生產(chǎn)負(fù)荷的要求，且出現(xiàn)轉(zhuǎn)化槽槽體嚴(yán)重滲漏、鹽酸吸收尾氣不達(dá)標(biāo)等安全、環(huán)保問題。為解決以上問題，公司組織技術(shù)人員進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)改造。從新系統(tǒng)投入運(yùn)行的實(shí)際情況來(lái)看，完全達(dá)到設(shè)計(jì)目的，在滿足200 kt/a生產(chǎn)負(fù)荷要求的同時(shí)，留有一定的余量；在消除轉(zhuǎn)化槽存在的安全隱患的同時(shí)，提高了氫鉀轉(zhuǎn)化率；鹽酸吸收效果良好，尾氣中氯化氫含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，為創(chuàng)建資源節(jié)約型及環(huán)境友好型企業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。

1　工藝流程

濃硫酸、氯化鉀按配方要求計(jì)量后加入轉(zhuǎn)化槽內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽加入量控制反應(yīng)溫度在125～135 ℃，氯化鉀與濃硫酸在相對(duì)低溫下發(fā)生氫鉀轉(zhuǎn)化反應(yīng)，產(chǎn)生的硫酸氫鉀經(jīng)配酸后輸送至造粒系統(tǒng)，產(chǎn)生的氯化氫氣體依次經(jīng)一級(jí)降膜換熱器、二級(jí)降膜換熱器、一級(jí)吸收塔、二級(jí)吸收塔回收氯化氫后，達(dá)標(biāo)尾氣由煙囪排放；工藝軟水則按相反的路線通過(guò)逆流接觸吸收氯化氫氣體，最終得到w(HCl)=31%的鹽酸。改造前、后的工藝流程見圖1和圖2。

圖1　改造前工藝流程

圖2　改造后工藝流程

2　裝置設(shè)計(jì)

2.1轉(zhuǎn)化槽

轉(zhuǎn)化槽設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)：①足夠的停留時(shí)間，保證氯化鉀與硫酸反應(yīng)完全，提高轉(zhuǎn)化率；②反應(yīng)溫度控制合理、控制方式得當(dāng)，不僅要保證主反應(yīng)的進(jìn)行，還要避免對(duì)槽體造成損害；③槽體防腐措施得當(dāng)，滿足強(qiáng)酸、高溫等工況條件的要求；④攪拌功率及攪拌槳形式設(shè)計(jì)合理。

針對(duì)改造前轉(zhuǎn)化槽內(nèi)物料停留時(shí)間短、蒸汽加入點(diǎn)存在缺陷等問題，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。氯化鉀與硫酸徹底反應(yīng)，停留時(shí)間需在3 h以上，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在125～135 ℃。通過(guò)物料衡算，最終確定轉(zhuǎn)化槽設(shè)計(jì)尺寸為9 750 mm×3 750 mm×4 050 mm，槽體分為三室，串聯(lián)設(shè)置，原料加入第1室后，料漿通過(guò)溢流的方式依次經(jīng)過(guò)第2室和第3室，再經(jīng)緩沖槽去配酸?？販卣羝扇№敳亢偷撞客瑫r(shí)加入，且以底部為主、頂部為輔的設(shè)計(jì)方案，確保反應(yīng)溫度嚴(yán)格控制在125～135 ℃，并可進(jìn)行微調(diào)，解決原轉(zhuǎn)化槽蒸汽調(diào)節(jié)導(dǎo)致溫度波動(dòng)大的問題。同時(shí)，采用上下雙層攪拌形式，上層攪拌對(duì)料漿進(jìn)行上翻攪拌，下層攪拌對(duì)料漿進(jìn)行下壓攪拌，有效強(qiáng)化了氫鉀轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在轉(zhuǎn)化槽防腐問題上，通過(guò)對(duì)各種防腐方式的對(duì)比，最終采用襯膠襯磚的防腐措施：槽體采用整體混凝土澆筑,砼內(nèi)表面貼襯厚5 mm預(yù)硫化膠板,底面KPI膠泥砌2層230 mm×113 mm×65 mm耐酸瓷磚，側(cè)壁KPI膠泥砌2層230 mm×113 mm×65 mm耐酸瓷磚，頂蓋采用KPI混凝土整體澆筑。

轉(zhuǎn)化系統(tǒng)投入運(yùn)行后，氫鉀轉(zhuǎn)化率極高，混酸內(nèi)w(Cl-)可控制在0.1～0.5%，滿足了硫基復(fù)合肥對(duì)氯離子含量的要求。

2.2鹽酸吸收系統(tǒng)

2.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)

含氯化氫尾氣量16 000 m3/h(標(biāo)態(tài))；尾氣各組分體積分?jǐn)?shù)為HCl 13.98%，H2O 2.78%，O219.40%，N263.85%；處理后尾氣含氯化氫質(zhì)量濃度≤100 mg/m3(標(biāo)態(tài))，成品鹽酸含氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥31%。

2.2.2降膜換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算

石墨降膜換熱器分為列管換熱器和塊孔換熱器2種形式，鑒于列管換熱器制作簡(jiǎn)單、耗材省、利用率高等特點(diǎn)，選用列管形式換熱器。在吸收過(guò)程中，氣體和吸收液均從換熱器頂部進(jìn)入，吸收液呈薄膜狀沿列管四周均勻下移，在此過(guò)程中不斷吸收、移熱。因此，降膜換熱器的設(shè)計(jì)不僅要滿足吸收面積的要求，還要滿足換熱面積的要求。

以一級(jí)降膜換熱器設(shè)計(jì)為例，綜合考慮各蒸汽分壓條件下的氣體組成，計(jì)算得到的結(jié)果：入口氣體溫度為100 ℃時(shí)，各氣體組分帶入的熱量為3.55×106kJ/h；若一級(jí)吸收率為40%，氯化氫氣體的溶解熱為2.11×106kJ/h；在出口氣體溫度為40 ℃條件下，氣體帶出熱量為2.96×106kJ/h。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可得出一級(jí)降膜換熱器的移熱量為2.69×106kJ/h，結(jié)合換熱器計(jì)算公式，最終計(jì)算得到一級(jí)降膜換熱器的換熱面積為49.94 m2。同理，可計(jì)算出二級(jí)降膜換熱器的換熱面積為237.16 m2，總換熱面積為287.10 m2。

原裝置配置的一級(jí)和二級(jí)降膜換熱器的換熱面積均為80 m2，為了節(jié)省投資，通過(guò)進(jìn)一步的核算和優(yōu)化工藝配置，最終決定采購(gòu)換熱面積為160 m2的降膜換熱器，原一級(jí)和二級(jí)降膜換熱器并聯(lián)后與新購(gòu)降膜換熱器串聯(lián)使用。

2.2.3吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算

吸收塔選用弧鞍環(huán)填料，充分利用該填料所提供的巨大接觸面積，有效加強(qiáng)氣液之間的傳質(zhì)效果，提高氣體的吸收率。吸收塔的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于既要提高尾氣中氯化氫的吸收效率，保證排放尾氣達(dá)標(biāo)，又要保證塔頂出口氣體不帶液，為此，在吸收塔頂部設(shè)置1組柵板絲網(wǎng)除沫器。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)的吸收塔規(guī)格為Φ2 500 mm×10 200 mm；塔頂設(shè)置1組分酸器，分酸器總管為DN 125 mm，分支管有效內(nèi)經(jīng)為Φ80 mm，呈120°夾角，間隔120 mm設(shè)置Φ15 mm噴淋孔1組；氣體下進(jìn)上出，頂部設(shè)置了絲網(wǎng)除沫器；在氣速為1.2 m/s、噴淋密度為20 m3/(m2·h)的條件下，配備100UHB工程塑料循環(huán)泵。

經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，塔頂除沫效果較好，尾氣中氯化氫含量完全控制在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)。

2.2.4吸收塔換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算

吸收塔換熱器同樣選用石墨換熱器，采用逆流換熱方式，工作原理等同或接近于降膜換熱器，同樣需要考慮進(jìn)出口不同氣體組分狀態(tài)下的顯熱、潛熱、溶解熱等，其設(shè)計(jì)計(jì)算方式不再贅述。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，吸收塔換熱器換熱面積為150 m2。原裝置配置的2臺(tái)換熱器的換熱面積均為50 m2，考慮到裝置未滿負(fù)荷運(yùn)行，且經(jīng)核算可滿足當(dāng)前工況下的設(shè)計(jì)配置，故決定暫時(shí)不對(duì)其進(jìn)行改造。

3　運(yùn)行效果

改造后，氫鉀轉(zhuǎn)化系統(tǒng)完全可以滿足200 kt/a復(fù)合肥生產(chǎn)負(fù)荷的要求，氯化鉀轉(zhuǎn)化率高，料漿中w(Cl-)可控制在0.5%以下；鹽酸吸收系統(tǒng)在保證副產(chǎn)鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，排放尾氣中氯化氫質(zhì)量濃度可控制在100 mg/m3(標(biāo)態(tài))以下，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。改造后氫鉀轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和鹽酸吸收系統(tǒng)主要運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1改造后轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和鹽酸吸收系統(tǒng)主要運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

料漿中w(Cl-)/%尾氣中ρ(HCl)/(mg·m-3)鹽酸密度/(g·mL-1)w(HCl)/%0.12861.15531.200.14721.15731.500.11831.15431.000.19651.15431.000.36831.15531.200.42581.15831.700.08621.15731.500.06551.15631.400.07721.15431.000.06681.15431.00

4　結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)復(fù)合肥市場(chǎng)明顯優(yōu)于磷肥市場(chǎng)。由于我國(guó)的種植結(jié)構(gòu)及農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分需求的特點(diǎn)，相當(dāng)一部分復(fù)合肥裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品為硫基復(fù)合肥，配置合理的氫鉀轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和鹽酸吸收系統(tǒng)至關(guān)重要。

通過(guò)技術(shù)改造后的實(shí)際運(yùn)行情況看，氫鉀轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和鹽酸吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、流程簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)參數(shù)選取得當(dāng)，完全可以滿足現(xiàn)有復(fù)合肥生產(chǎn)裝置的運(yùn)行要求，并留有一定的余量。通過(guò)改造，在消除原轉(zhuǎn)化槽安全隱患的同時(shí)，確保鹽酸吸收尾氣達(dá)標(biāo)排放，從經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保三方面獲得最佳收益。

Sum-Up of Renovation of System of Concentrated Sulfuric Acid Reacting with Potassium Chloride and Hydrochloric Acid Absorption System of 200kt/a Compound Fertilizer Plant

CAO Hui, WANG Lei

(Weihai Humon Chemical Co., Ltd.Shandong Weihai264501)

After years of operation, the system of concentrated sulfuric acid reacting with potassium chloride and hydrochloric acid absorption system, which are associated with 100 kt/a compound fertilizer plant with spraying granulation and 100 kt/a compound fertilizer plant with ammoniation granulation, are no longer able to meet the production requirement. In connection with the existing problem, design and renovation are implemented on original concentrated sulfuric acid and potassium chloride reaction system and hydrochloric acid absorption system. After the revamp, not only the hidden perils in safety are eliminated, but also the hydrogen chloride content contained in tail gas is in conformity with national standards.

compound fertilizerconcentrated sulfuric acid and potassium chloride reaction systemhydrochloric acid absorptionrenovation

曹輝，威海恒邦化工有限公司總工程師，技術(shù)總經(jīng)理，多年從事硫酸、氮肥、磷復(fù)肥行業(yè)工作；13853534617@163.com。

TQ444

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1006- 7779(2016)04- 0021- 03

2015- 10- 07)