变换气制碱外冷碳化塔串塔清洗

魏正全

（四川广宇化工股份有限公司，四川 广汉 618300）

变换气制碱是我国独创的制碱技术，以其具有显著的节能效果得到广泛应用，特别是外冷式变换气制碱碳化塔的成功开发，使得变换气制碱技术得到了迅速发展。而近几年来，外冷式碳化塔在其自身结构、角阀密封形式及材料以及配套工艺等方面的不断完善，解决了外冷式碳化塔因角阀垫易泄漏、外冷器清洗差的问题，延长了碳化塔作业周期。然而，碳化塔的清洗问题一直困扰着很多企业。

以前，对于碳化塔的清洗，行业中大多企业采用先用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清洗是因为压力损失大，不能满足后工序压缩机级间压差）。但随着国家对自然资源及环保治理的一再重视，对企业的取、排放水都进行严格控制，碳化塔清洗水的消化问题严峻地呈现在我们面前。产能大且管理好的企业，靠系统母液收缩进行回收，但现市场竞争激烈，用户对纯碱质量要求越来越高，系统母液收缩量有限，要消化过多的洗塔水显得比较困难。

1 碳化塔用水清洗存在的问题

我厂于2003年结合合成氨系统改造，配套上了一套变换气制碱系统，始建为两台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。为缩短清洗时间，常加入空气或碳化老系统（炉气＋窑气制碱）碳化尾气作清洗搅拌气。这种清洗方式存在着以下缺点：

1）工作量大，操作复杂。每次停塔清洗都需要泄压、倒液和抽插多个盲板。

2）存在较大的安全隐患。变换气中氢氮气浓度高，而加入的空气或碳化尾气中氧含量高，容易达到氢的爆炸极限而发生事故。

3）多耗费变换气。每次洗塔开停车都要进行氧、CO2置换，浪费一部分变换气。

4）清洗水的贮存问题。我厂变换气制碱塔每洗一次（台）要产生200m3洗水，此部分淡氨洗水需要循环洗塔提浓后缓慢补入生产系统，需要贮存场地和容器，而且多了氨暴空挥发，污染环境。

5）清洗水源问题。采用软水清洗，一则我厂软水生产能力有限，需要时间较长，再则软水成本较高。若用原水清洗，水杂质含量高，进入生产系统，影响生产反应及产品质量。

6）洗塔水消化问题。碳化塔洗塔水中氨大部分是CNH3，无法送去淡液蒸馏，只能靠系统母液收缩后补入生产系统。一旦遇到生产出现较大波动，无法消化洗塔水时，这将给我们的环保治理工作带来非常大的压力，生产管理也很被动。

水洗碳化塔存在着以上众多的问题，特别是环保工作的压力，迫使我们寻找其它洗塔方法，从根本上杜绝碳化洗塔水的产生。我厂采用的是天然气制氨工艺，变换气含CO2在17%左右，为达到一定的CO2分压，变换气制碱塔操作压力控制在1.9～2.0 MPa，而进入甲烷化系统在1.35MPa左右，存在有0.6～0.65MPa的压差，由变换气制碱系统控制压力。于是我们借鉴了索尔维塔的清洗方式，利用系统存在的压差，将变换气制碱碳化塔清洗改为串塔AⅡ清洗。

2 AⅡ洗疤原理

碳化塔结疤成分主要是NaHCO3。AⅡ成分：FNH370tt、CNH340tt、CO220tt。从AⅡ成分可看出：AⅡ的碳化度低，溶液中浓度远低于析出NaHCO3所需要的浓度，当AⅡ与塔中碱疤接触时，不仅有物理溶解作用，而且还伴有化学反应，即碱疤中的NaHCO3与AⅡ中的NH4OH、NH4Cl作用，溶解碱疤。

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

NaHCO3＋NH4Cl→NaCl＋NH3＋CO2＋H2O

对于浓气制碱，因通入的搅拌气CO2含量高，AⅡ在洗塔的同时吸收部分CO2，达到清洗、预碳化两目的，AⅡ的清洗效果较好。而对于变换气制碱，串入的制碱尾气CO2≤0.5%，清洗AⅡ（中和水）CO2变化不大，这对碳化塔的清洗更有利。

3 串塔清洗工艺流程及操作管理

碳化塔串塔清洗工艺比较简单，即将原来的洗水泵改为中和水泵，增设一套串气管线即可。洗塔时将碳化尾气分一部分经串气管去清洗塔作洗塔搅拌气，出清洗塔后与另一部分碳化尾气汇合再进入尾气回收塔洗氨。而中和水泵抽清洗塔液送入清洗AⅡ总管，清洗外冷器后送制碱塔或自身循环。

操作管理上，碳化塔作业一月左右即倒塔清洗，串气清洗一星期即能达到要求。碳化塔清洗时，液位控制低一点，控制压差0.25MPa左右（制碱塔压差0.35MPa），一是为了降低系统阻力，为后工序提供更好的条件；二是防止在操作中出现大的波动时，因液位过高而使AⅡ冒塔带入尾气洗涤塔。

图1 碳化塔串塔清洗流程示意图

清洗碳化塔，通入气量很关键，气量过小，达不到搅拌洗涤作用；气量过大，除容易带液入尾塔外，还会带走过多的氨，增加尾塔负荷。因此，对于变换气制碱外冷塔的清洗，只需分一部分气去作搅拌气，维持一定的空塔气速即可。

4 运行效果

我厂变换气制碱碳化塔串塔清洗工艺于2005年上C塔时一并改造，运行至今已近8年时间，收到比较理想的效果：

1）系统在不严重强化生产的情况下，完全不再用水清洗碳化塔，从根本上解决了碳化塔洗塔水的产生，也就解决了洗塔水处理的诸多问题。

2）简化操作，大大地减轻了工人的劳动强度。

3）优化了工艺流程。中和水进入清洗AⅡ总管，增加了外冷器清洗AⅡ量，同时可以做到中和水与AⅡ分别清洗两制碱塔外冷器（此段时间AⅡ循环泵可停用），这样的工艺配置让操作的弹性更大，也解决了外冷器AⅡ清洗量偏小和AⅡ分配偏流的问题。

4）减少洗塔排放损失。每次洗塔时，部分母液（塔液不能完全倒空）和塔内疤块进入洗塔水，生产系统无法消化这部分洗塔水时，只能设法排放。经过查定，每次洗塔损失碱8.5t，氨1.75t，变换气1 400m3，折价1.55万元。年减少损失1.55×11×2＝34.10万元。

5 小 结

我厂的天然气制氨工艺决定了碳化塔操作压力高，动力消耗增加，对设备、管、阀要求高，检修频率也会增加，这是我厂变换气制碱的劣势，但经过我们认真摸索，大胆创新，利用系统压差，解决了碳化塔水洗问题，将劣势转化成了优势。变换气制碱塔串塔AⅡ清洗改造项目投资少，见效快。尽管其直接经济效益不很明显，碳化塔设备利用率降低，但却具有很大的社会效益。碳化塔洗塔水的根除，为我厂的生产管理和环保治理工作提供了保障。