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        純堿生產過程碳化工段工藝流程及控制影響因素分析探討

        2019-10-21 07:55:56馬海雷
        中國化工貿易·下旬刊 2019年9期
        關鍵詞:碳化影響因素

        摘 要:純堿(Na2C03)是重要的基礎化工原料,也是一種有著多年生產和使用歷史的傳統(tǒng)化工產品。每年需求量很大,在國民經濟建設中占有重要的基礎地位,純堿工業(yè)的發(fā)展直接關系到國民經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高。

        關鍵詞:純堿生產;碳化;影響因素

        1 碳化工序工藝流程

        在生產加工純堿產品過程中,碳化是非常關鍵的一道工序,受其影響的工藝流程最多。在碳化塔中,涵蓋了固相、液相、氣相等各種生成物與反應物,而且還伴隨著傳熱、傳質過程。碳化塔在生產過程中會形成堿疤,所以需要對碳化塔進行編組,每組包括4~6座碳化塔,各組碳化塔中包括一座清洗塔,其作用是清洗制堿環(huán)節(jié)形成的各種堿疤,并且對氨鹽水進行預碳化。在碳化塔使用過程中,真正用來制堿時間持續(xù)3~4d,清洗時間持續(xù)16~24h。

        “三氣”(中段氣、清洗氣以及下段氣)是碳化塔中二氧化碳的主要來源。下段氣來自于煅燒重堿產生的爐氣。中段氣以及清洗氣均是窯氣,其二氧化碳含量通常維持在40%左右,第七圈加入中段氣,清洗塔第一圈加入清洗氣。在清洗過程中,當氨鹽水輸送到清洗塔28圈時,加入清洗氣,可以在塔內逆流接觸反應,進行清洗和預碳化操作。尾氣從碳化塔頂部逸出,通過尾氣總管進入碳化尾氣凈氨塔下部,與鹽水車間輸送的精鹽水進行逆流接觸,吸收二氧化碳和氨,然后將吸收的溶液稱為淡氨鹽水,再由“U”管壓入淡水氨鹽水桶中。對于碳化尾氣中攜帶的部分液體,在通過尾氣總管時,借助“U”管進行氣液分離操作。分離出的液體為碳化回鹵,可通過“U”管進入中和水泵的入口。

        碳化冷卻水包括兩部分:一是冷凍水,碳化冷凍水通過給排水冷凍水泵輸送,從碳化塔冷卻水箱第一段流入,從水箱第三段流出,再回到冷凍水涼水塔;其次,循環(huán)水,從給排水車間的循環(huán)水站通過循環(huán)水泵,從水箱的第四段,經過水箱的第六段或第八段,最后回到循環(huán)水站。

        2 純堿生產過程控制影響因素

        2.1 過飽和度及NaHC03結晶

        過飽和度對結晶過程起著重要作用,是晶核生長和長大的推動力,而碳化液在制堿塔中部極易形成NaHC03的過飽和溶液,這里需要指出的是,過飽和溶液是不穩(wěn)定的,當溫度降低時極易析出結晶,特別是過飽和溶液冷卻過快時,極易產生大量的細晶體,在碳化過程必須極力避免。如果結晶不好,往往難以過濾,導致物料損失大,能源消耗高,設備效率利用低,從而影響生產過程的順利進行。

        2.2 二氧化碳的分壓

        為滿足生產工藝和反應工藝的需要,碳化進氣為兩段進氣,即質量分數(shù)為80%左右CO2的下段氣由塔底進氣,質量分數(shù)為40%左右CO2的中段氣由塔中冷卻段進氣。這種進氣排布更符合逆流原理,可以強化和提高吸收CO2的能力,提高碳化反應轉化率。實踐證明,下段氣應適當配以40%左右CO2的窯氣。因為進氣中,CO2質量分數(shù)略微降低,但使進氣量增大,塔板效率反而增加,碳化周期增長,轉化率高而穩(wěn)定。但下段進氣量過大亦會使反應區(qū)下移,冷卻水管結疤增多,反而縮短了碳化周期。因此維持進氣中CO2質量分數(shù)在80%左右可以提高轉化率,保證產量穩(wěn)定。

        2.3 氨鹽比

        氨鹽水中含NaCl及游離氨濃度越高,則化學反應進行越完全,生成的NaHCO3越多,但NH3與Cl-應有一定比例,出堿液中NH3與Cl-理論比例為1:1。在碳化反應過程中,氨鹽水中約有10%~13.5%的氨被塔頂排出的尾氣所帶出(塔頂排氣溫度低,被帶出的NH3較少;反之則被帶出的NH3較多)。故氨鹽水中含NH3與Cl-之比應保持較高,正常在1.13~1.19,同時要保持氨鹽水溫度在38~42℃,才能達到較高的轉化率。氨鹽水中含游離氨104~106tt,含Cl-為87~90tt,含游離氨過低則NaCl轉化率低,如果含游離氨過高則會生成碳銨結晶,影響下一步的固液分離過程。

        2.4 碳化塔液面高度

        碳酸化塔上部液位保持高位,距塔頂0.8≤1.5m,出口溫度控制在52℃以下,尾氣CO2濃度控制在2%≤8%。如果液位過高,則會出現(xiàn)出口區(qū)帶液現(xiàn)象嚴重,氨鹽水損失增加,氣液分離器液位過滿,氨鹽水進入尾氣總管,導致尾氣管形成NaHC03結晶,堵塞尾氣總管。液面過低則出氣CO2濃度高,使CO2損失加大,并使碳化塔容積利用系數(shù)降低,降低了碳酸化塔的生產能力。出氣溫度過高,則出氣含NH3高,塔頂氨損失大,造成NaCl轉化率低。塔頂出氣含CO2濃度應低于8%,否則CO2損失大,浪費了壓縮機的生產能力;出氣含CO2濃度過低,則碳化塔的生產能力不能充分發(fā)揮,并可使制堿塔的中部溫度降低,不但降低了產量,而且使NaCl轉化率降低。

        3 結語

        在進行純堿生產環(huán)節(jié),碳化起著至關重要的作用,是一個重要工藝,要有良好的操作和工藝,既可以確保技術和管理水平,也促使保證純堿工藝具有很高的生產產量、優(yōu)質量、低消耗以及穩(wěn)定的運行。本文對堿生產過程的工藝流程及控制因素進行了分析,一是氨鹽水碳化過程的分析,二是產量、效率、產品質量等相關因素的分析,希望對相關人員有所幫助。

        參考文獻:

        [1]范慧敏,馬嘉華.淺析純堿生產中的氨耗分布[J].內蒙古石油化工,2015(16).

        [2]姚剛,常思聰.純堿生產過程碳化工段工藝流程及控制影響因素分析探討[J].中國石油和化工標準與質量,2019 (02).

        作者簡介:

        馬海雷(1986- ),男,漢族,陜西省西安市周至縣,本科,中級工程師,研究方向:化學工程與工藝、純堿行業(yè)、氨堿法。

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