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联碱系统母液平衡分析及控制措施孙庆刚(金昌氨碱源化工有限公司,甘肃 金昌 7 3 7 2 0 0)摘要:通过对联碱系统母液的现场测定,找出影响系统水平衡的主要因素,在生产实践中通过工艺调整、技术改造等措施,实现系统水平衡并收缩,实现工艺优化运行、外排水为“零”的目标。关键词:联碱;母液平衡;水平衡;重碱洗水当量;结晶粒度中图分类号:T Q 1 1 4.1 6 2 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 5-8 3 7 0(2 0 2 3)0 3-1 3-0 4 联碱生产过程母液控制不平衡,不仅造成原料盐、氨的流失,大量含有氯根、氨氮的废水排放还会给公司环保带来很大的压力。联碱系统母液平衡,实质上是生产过程水量收支的平衡,要使联碱生产母液达到平衡,在生产过程中,必须做到加入的水量与支出的水量相等。1 联碱生产系统母液实际测定表1 主要母液的组成及温度F NH3t tC NH3t tN a+t tC O2t tS O2-4t t温度氨母液5 94 8.76 0.31 8.62 0.3 54 3碳化取出液2 19 0.12 4.11 8.1-3 9.0母液2 18 4.22 3.21 8.1-3 9.0氨母液3 88 4.52 2.51 6.1 2-热:4 6.3冷:2 8.9半母液3 7.2 15 3.25 0.81 7.7-1 8.7 3母液3 7.2 05 0.4 36 1.0 21 7.32 0.0 32 6.0 2表2 碳化气体C O2浓度、压力、温度C O2浓度,%压力,k P a进塔温度,脱碳气9 2.53 5 04 3炉气6 7.23 5 04 3清洗气8.33 5 04 3碳化尾气6.71 1 54 5表3 原料盐的组成N a C l%H2O%水不溶物%C a S O4%M g S O4%N a2S O4%水溶性杂质合计9 4.6 2 2.4 90.3 30.8 20.1 51.1 32.1 0表4 重碱的组成NH4HC O3%N a HC O3%N a2C O3%N a C l%H2O%烧成率%结晶粒度m3.7 0 86 9.7 7 26.2 8 9 0.2 5 7 1 8.9 1 55 1.3 5 87 0.1 7表5 成品组成纯碱干品氯化铵湿铵总碱量,%盐分,%氮含量,%盐分,%水分,%9 8.70.6 82 5.3 50.6 57.4 5表6 测定期间的平均日产及母液当量、洗水当量纯碱产量t氯化铵产量t碱肥比A当量m3/tA当量m3/t取出液量m3/t洗水当量k g/t6 1 06 1 811.0 1 3 1 1.5 41 0.2 69.87 8 2.5 32 联碱系统水量平衡计算2.1 收入水量1)原料盐带入水量G1=原盐(实物量)水分%=1 2 5 0 k g/t 2.4 9%=3 1.1 2 5 k g/t。2)碳化塔进气带入水量G2=碳化塔进气量进气含水量%1 8/2 2.4。312 0 2 3年第3期 孙庆刚:联碱系统母液平衡分析及控制措施图1 联碱生产过程水量的收支示意图碳化塔进气量(包括脱碳气、炉气和清洗气)=6 7 7.2 2 m3(物料平衡计算得)。进气温度为4 3,其饱和蒸汽分压PH2O=9.5 k P a;进气压力P(绝压)=3 5 0+8 2=4 3 2 k P a。所以进气带入H2O%=PH2O/P=9.5/4 3 2 1 0 0%=2.2%。G2=6 7 7.2 2.2%1 8/2 2.4=1 1.9 7 k g/t 3)滤过洗水量G3,计算待定。4)离心机刷车水量G4和水洗设备管线用水G5。G4+G5=5 5 0 0/5 9 0.6 5=1 2.7 0 k g/t。5 5 0 0 k g为每天离心机刷车和水洗设备、管线结疤用水量,5 9 0.6 5为纯碱平均日产量。5)滤碱吹风蒸汽带入水量G1 1=8 0 0 2 4/5 9 0.6 5=3 2.5 k g/t。2.2 支出水量1)重 碱 生 产 结 合 水(碳 化 反 应 用 水)G6=3 1 0.1 1 k g/t2)重碱带出游离水G7=3 7 5.7 k g/t3)湿铵带出水G8=7 7.3 6 k g/t 4)碳化尾气带出水G9=7.9 5 k g/t 5)氨泥带出水G1 0=1 2.3 k g/t 2.3 水量平衡表表7 联碱系统水量平衡表 收入水量,k g/t碱支出水量,k g/t碱原料盐带入水量3 1.1 3重碱生成结合水3 1 6.1 1碳化塔进气带入水量1 1.9 7重碱带出的游离水3 7 5.7滤过洗水当量G3湿铵带出水7 7.3 6离心机洗车水量冲洗设备管线结疤用水 1 2.7 0碳化塔尾气带出水7.9 5滤碱机蒸汽吹风带入水3 2.5A泥带出水1 2.3合计G3+8 8.3 1合计 7 8 9.4 2 所以,母液平衡的洗水当量=7 8 9.4 2-8 8.3 1=7 0 1.1 1 k g/t。联碱系统母液平衡,实质上是生产过程水量收支的平衡,只有将滤过洗水当量控制在7 0 1.1 1 k g/t以下,联碱系统母液才能处于平衡状态。测定期间我公司联碱生产系统滤过洗水当量为7 8 5.2 3 k g/t,每生产一吨纯碱,多加洗水8 4.1 2 k g。折算成热A,每吨纯碱母液膨胀量约0.1 1 0 7 m3。按测定期间纯碱平均日产量计算,每天膨胀的母液量约为6 6 m3。因系统水膨胀造成的氯化铵损失约1 4.3 5 t/天。3 重碱洗水当量超标的原因分析通过联碱系统实际生产统计数据分析,影响我公司联碱滤过洗水当量超标、母液膨胀的主要因素是重碱结晶粒度小。日常分析测定统计的重碱结晶粒度基本上在7 01 0 0 m之间(其他联碱企业重碱结晶粒度9 01 1 0 m),而此次测定的重碱结晶粒度平均8 0.1 7 m。由过滤原理可知,重碱结晶颗粒愈小,过滤过程中,滤碱机滤饼颗粒间空隙就愈小,滤液及洗水通过的阻力就越大,重碱水分就越高,重碱滤饼内残留的母液量就会增加,为降低重碱盐分,使重碱滤饼内的母液得到充分洗涤,必须加大洗水量。造成重碱结晶粒度细的原因主要有以下几个方面:1)氨母液浊度偏高。氨母液中的微小杂质(如C a C O3、M g C O3微小颗粒)会在碳酸化过程中诱发处于“介稳区”的碳酸氢钠过饱和溶液产生大量的碳酸氢钠一次晶核,使重碱结晶粒度细。精盐制碱的联碱企业氨母液浊度在5 01 0 0 p p m,而我公司氨母液浊度在1 0 02 0 0 p p m。2)氨母液S O2-4浓度偏高。由于原盐中夹带硫酸盐在盐析结晶器母液中溶解并离解成M g2+、C a2+、N a+和S O2-4离子,M g2+,C a2+离子与母液中的C O2-3生成沉淀,随氯化铵成品或A澄清桶沉降除去。有关论述表明,当原盐中硫酸盐的含量超过1%时,S O2-4会 在母液不断积累,浓度上升(母液中S O2-4浓度在2 03 0 g/L)。碳化塔中S O2-4浓度的升高,在同离子效应作用下,会使N a HC O3、NH4HC O3的溶解度减小,结41纯 碱 工 业晶区域扩大,过饱和度加大,使重碱结晶粒度变细,碳化塔冷却水箱列管结疤加剧。3)碳化塔结疤清洗不彻底,使碳化反应恶化。随着碳化作业周期的延长,塔壁冷却水箱列管结疤逐渐增加使碳化塔下部有效截面积减小,碳化塔内实际气速增大,加剧了塔内气、液、固三项的湍动程度,促使大量N a HC O3二次晶核的生成,由于在碳化塔下部二次晶核生成时间短,因而二次晶核未充分成长为颗粒较大的结晶,以细小结晶被取出。生产统计的结果可以看出,生产负荷在日产6 0 0 t左右时,碳化塔的最佳作业周期通常在3 5天左右,2 0 2 2年通过加大A循环量及清洗气量,强化清洗后,碳化塔最佳作业周期由3 5天延长到9 0天左右。但是超过最佳作业周期后,如果不及时用清水煮沸碳化塔结疤,随着作业周期延长,塔壁冷却水箱列管结疤逐渐增加,会使碳化反应逐步恶化,结晶粒度变细,纯碱产量下降。4)加减量频繁、生产负荷波动大,工艺控制不严谨也是造成结晶粒度细的原因之一。尤其是在母液 r值偏低的生产条件下,吸收两大比值波动时,会造成碳化液中氨盐比例失调,恶化碳化反应条件。5)冷析温度严重超标,导致母液中固定铵不能形成氯化铵结晶析出而偏高、原盐溶解度下降钠离子浓度偏低。在碳化反应过程中,由于反应物浓度不足,生成物浓度过高,不仅影响C O2的吸收,还会造成氨母当量增加,碳化塔热负荷增大。为维持碳化塔正常的取出温度,移走增加的热量强制降温,使碳化塔冷却列管壁间温差过大,局部产生较大的过饱和度而导致二次晶核的生成,加速列管外壁结疤。4 提高重碱结晶粒度、降低洗水当量、控制系统母液平衡的措施4.1 生产操作管理方面稳定工艺操作控制,优化母液氨盐比例,为碳化塔创造良好的反应条件,使碳化塔始终处于最佳运行状态。过程:在抓好碳化反应温度(中部5 86 4),取出温度(3 83 9.5),冷却水温度(2 8)的同时,重点加强中和塔操作管理,控制好中和温度和中和塔液位,使碳化塔得到有效清洗,延长碳化塔的专业周期;吸收岗位严格控制好值(0.9 81.0 2)、值(2.2 02.4 0)两个比值,确保系统氨盐平衡;滤过岗位在控制好真空度(大于3 0 k P a)的前提下,做好滤布清洗操作,保证滤布无堵塞,每3 0 m i n检测分析一次重碱盐分,并根据盐分的高低,及时调节洗水用量。过程:一要通过合理调节母液换热器的运行负荷,使冷A温度控制在2 7 以下,为外冷器降温减轻负荷,冷析温度稳定在1 3 以下。同时做好外冷器清洗,杜绝用水泡洗备用外冷器;二要在合理控制半 N a+浓度在4 75 1 t t之间的基础上,做好原盐粉碎工作,杜绝大粒盐进入结晶器,做到质量和产量兼顾。一般情况下,母液中C O2浓度1 8 t t左右时,在盐析结晶过程中,温度每降低1,则母液中N a+浓度会增加0.6 t t,固定铵会下降1 t t。照此计算如果将冷析温度由现在的1 3 左右,下降到1 1 左右,母液中N a+浓度会增加到7 0 t t 左右,固定铵下降到4 4 t t左右,不但使碳化的反应条件有很大的优化,在同等生产负荷下,还会使联碱系统母液循环量及热负荷整体下降1 5左右,系统将处于一个良性循环的状态。4.2 生产组织方面1)碳化塔作业周期达到六个月左右时,减去一台制碱塔,降低生产负荷,碳化塔匹配方式由“三塔制碱、一塔中和清洗”,改成“两塔制碱、一塔中和清洗、一塔水洗”。通过延长碳化塔中和清洗的时间将塔内结疤彻底清洗干净,使碳化塔始终保持一个最佳状态。由生产统计数据可知,碳化塔结疤彻底清洗后,重碱结晶粒度可以达到9 0 m以上,重碱洗水当量能够控制6 8 0 k g/t以下。例如2 0 2 2年2月水洗碳化塔,3月份、4月份洗水当量6 6 3 k g/t;2 0 2 3年未进行水洗塔作业,碳化塔运行良好,洗水当量控制在6 5 0 k g/t以内。2)充分利用炉气制碱,减少生产波动。炉气温度4 5 以下,炉气C O2浓度基本达到8 0%。当合成氨生产系统减量,脱碳气量变化时,压缩机加大抽炉气配比量,减少炉气引风机排空量,通入碳化塔制碱,以减少碳化的生产波动避免恶化生产工艺。512 0 2 3年第3期 孙庆刚:联碱系统母液平衡分析及控制措施大型离心式真空泵在重碱过滤生产中的应用王道勇,李国中(河南金山化工集团河南金大地化工有限责任公司,河南 舞阳 4 6 2 4 0 0)摘要:汽轮机拖动的大型离心式真空泵,采用智能化先进控制,代替联碱行业传统使用的水环式真空泵机组运行模式,实现单台长周期稳定运行,降低了能耗和运行费用,有利于带滤机的平稳运行。尾气进、出离心真空泵均设置高效净氨装置,大幅度降低了真空泵排气中的氨含量,不仅解决了环保问题,还可降低联碱装置的氨损失,实现真空泵尾气达标排放,开创制碱行业主要核心设备大型化之先河。关键词:离心式真空泵;汽轮机;联碱装置;真空带滤机;氨腐蚀中图分类号:T Q 1 1 4.1 5 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 5-8 3 7 0(2 0 2 3)0 3-1 6-0 3 自二十世纪八十年代以来,水循环式真空泵一直是制碱行业真空转鼓过滤机及真空带式过滤机配套的制备真空的主要设备。因未能大型化,一般需多台设备并联运行。近十年来,随着制碱装置生产规模的不断扩大,需配置更多的水环式真空泵才能满足工艺需求。目前纯碱过滤系统所用水环真空泵单机最大抽气量为3 2 0 m3/m i n,如果按联碱1 2 0万t/a配置运行需要6台。多组水环式真空泵方案不仅占地面积大,而且配套的电气、仪表投资也相应增加。另外,在联碱行业,低品位蒸汽有大量需求,大型设备实现汽轮机拖动是良好的节能手段,对于真空泵来说,台数众多的水循环真空泵不利于实现汽轮机拖动。2 0 1 6年,河南金大地化工有限责任公司1 2 0万t/a联碱项目建设中,实现了联碱行业核心设备制碱塔、真空泵、吸氨器、轻灰煅烧炉、结晶器、液氨蒸发外冷器、冷盐析轴流泵、重灰流化床、干铵流化床等核心设备的大型化设计。特别是首次采用了大型离心式真空泵代替了多台水环式真空泵机组,并实现了汽轮机拖动。采用工艺汽拖动模式,配置两台大型离心式真空泵(一开一备)即可满足生产之需,仅真空机组一项,吨纯碱费用可下降4.55元。经过多年来的运行检验,汽轮机拖动的大型离心式真空泵达到了预期的运行效能。1 大型离心式真空泵介绍1.1 离心式真空泵结构说明离心式真空泵,亦可说是离心式压缩机。金大地采用的离心式压缩机组是为其1 2 0万t/a联碱工4.3 技术改造项目方面的建议1)为使碳化塔长期处于满负荷平稳运行,建议再上一台碳化塔,组成三塔制碱、两塔清洗的作业模式,增加碳化塔中和清洗时间,在不用清水煮洗的情况下,彻底消除碳化塔冷却列管壁结疤的复积,使碳化塔始终处于最佳状态。2)为根本上解决纯碱盐分波动、一级品率低下、洗水当量超标、系统母液膨胀的问题,建议对现有真空带式过滤机滤液段、洗涤段、干燥段进行真空间距调整,利用真空带式过滤机洗水阶梯重复使用的优点及各段真空度调整,降低纯碱盐分,减少洗水当量。3)原料对产品质量、碳化反应及重碱结晶粒度造成的影响前面已作了论述。建议在公司条件允许的情况下,适当采购水溶性杂质少(小于1.0%)的原料盐与现有的原盐掺配使用,以改善碳化反应条件。收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 7作者简介:孙庆刚(1 9 8 4),男,本科,化学工程助理工程师,政工师,金昌氨碱源化工有限公司行政综合办公室主任。61纯 碱 工 业