張遠(yuǎn)方

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司,廣東 廣州 510760)

對(duì)于一個(gè)純堿廠來(lái)說(shuō),無(wú)論是新建還是技改更新,碳化塔的選型是一個(gè)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(dāng)量,轉(zhuǎn)化率高時(shí),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(fù)荷,達(dá)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(shè)中,經(jīng)過(guò)充分調(diào)研,向中國(guó)成達(dá)工程公司采購(gòu)了先進(jìn)的篩板結(jié)構(gòu)技術(shù),從而放棄了傳統(tǒng)的笠帽結(jié)構(gòu)。新增的5臺(tái)篩板碳化塔于2009年開(kāi)始建設(shè),并于2010年逐步投入生產(chǎn),編號(hào)為5#～9#碳化塔。我司重堿車(chē)間老碳化塔為笠帽異徑塔結(jié)構(gòu),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(guò)20年。在實(shí)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(shí)間較長(zhǎng),已出現(xiàn)相當(dāng)嚴(yán)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(duì)老碳化塔必須進(jìn)行改造性大修。從開(kāi)始使用篩板碳化塔以來(lái),已經(jīng)陸續(xù)完成四臺(tái)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(hào)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(shí)踐中我們積累了一些篩板碳化塔操作方面的經(jīng)驗(yàn)。

1 篩板碳化塔的優(yōu)點(diǎn)

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(shí)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%?？偣芪矚鈮毫Π?0 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(jìn)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(fù)荷時(shí)(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(shí)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(dāng)于在60萬(wàn)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(jì)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(yàn)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(wàn)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(wàn)t。碳化尾氣CO2含量為2%(用1/2H2SO4溶液簡(jiǎn)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(zhǎng)作業(yè)時(shí)間,塔況仍能運(yùn)行平穩(wěn),較少出現(xiàn)堵塔情況,適合高負(fù)荷生產(chǎn)。即使堵塔嚴(yán)重,倒換為清洗塔后,可以不進(jìn)清洗氣或中段氣,直接用氨鹽水清洗2～3 h后,就可正常進(jìn)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(shè)計(jì)采用TA2材質(zhì)加工,不存在腐蝕破損問(wèn)題,有利于解決碳化塔停塔后出紅堿的問(wèn)題,保證產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí),篩板的使用壽命長(zhǎng),如果加工質(zhì)量能夠保證,以后基本上不需要進(jìn)行大修更換,有利于減少維護(hù)費(fèi)用。

1.5 塔盤(pán)的造價(jià)較低,性價(jià)比高

由于碳化塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和塔徑有著較大的差異,因此也導(dǎo)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(yīng)段比笠帽塔減少1倍。篩板塔的投資要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于笠帽塔,有資料表明篩板塔的造價(jià)與笠帽塔相比可降低40%左右。

2 存在問(wèn)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(guò)大,操作難度相對(duì)較大。如25圈溫度上升過(guò)快,中段氣量不及時(shí)減少,則容易冒塔;且篩板碳化塔冒塔時(shí)尾氣帶液多,塔內(nèi)產(chǎn)生氣頂,塔壓低至0.24 MPa,甚至無(wú)法出堿;碳化塔壓提至正常需較長(zhǎng)時(shí)間,需要大幅減氣或短時(shí)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(fù)原有的塔壓,對(duì)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(diǎn):控制氨鹽水中的氨鹽比至1.13～1.16,控制合適進(jìn)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(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)。

2)篩板碳化塔不適宜低負(fù)荷生產(chǎn),如出堿放量≤60 m3/h,或中、下段氣濃度偏低時(shí),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(fù)荷,中溫最高僅為62 ℃左右)。我司及時(shí)將此情況反映給篩板塔設(shè)計(jì)單位,經(jīng)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)考察論證,通過(guò)改變篩板孔徑及開(kāi)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(pán)規(guī)格

表2 0#、1#、2#、4#篩板碳化塔塔盤(pán)規(guī)格

在0#、1#、2#、4#篩板塔安裝投用后,通過(guò)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)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(fù)荷偏低,其制堿塔的中溫與笠帽塔相差無(wú)幾,從而證實(shí)碳化塔設(shè)計(jì)單位對(duì)篩板孔徑及開(kāi)孔率的技改是比較成功的。