楊 斌

(大連大化工程設(shè)計(jì)有限公司,遼寧 大連 116031)

影響重灰生產(chǎn)的關(guān)鍵因素
——原料質(zhì)量

楊 斌

(大連大化工程設(shè)計(jì)有限公司,遼寧 大連 116031)

通過對重灰生產(chǎn)過程中所出現(xiàn)的“結(jié)球”、“拉稀”、“結(jié)疤”、“黏壁”現(xiàn)象導(dǎo)致的操作條件惡化甚至停車根源的剖析,提出影響重灰操作的關(guān)鍵因素是原料質(zhì)量,介紹了嚴(yán)把原料入口關(guān)的實(shí)踐體會,旨在提醒重灰生產(chǎn)企業(yè)避免重蹈覆轍帶來的操作麻煩和生產(chǎn)損失。

重質(zhì)純堿;水合法;原料質(zhì)量;重堿

在我國,重質(zhì)純堿生產(chǎn)通常以水合法為主,少數(shù)企業(yè)采用擠壓法。

以輕質(zhì)純堿為原料的水合法重質(zhì)純堿生產(chǎn)工藝主要有兩種:一是固相水合法,二是液相水合法。無論是固相水合還是液相水合都遵循下列反應(yīng):

1 正常情況下的水合操作

在重質(zhì)純堿生產(chǎn)中,水合率的高低、一水堿結(jié)晶的產(chǎn)生與生長、后續(xù)干燥系統(tǒng)的運(yùn)行能否正常,主要取決于水合這一關(guān)鍵步驟。從某種意義上說,水合操作是控制整個(gè)重質(zhì)純堿生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)和最終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

1.1 固相水合

在固相水合生產(chǎn)中,為了兼顧水合率和干燥能耗2個(gè)因素,水的加量通常是受控的,一般控制水堿比在(300～400)∶1 000,水的過量比例為理論值(170)的0.76～1.35倍。在機(jī)頭處,當(dāng)工藝水和原料輕質(zhì)純堿按適當(dāng)比例混合,借助水合機(jī)約5 r/min的回轉(zhuǎn)翻動,水合反應(yīng)便在90～95℃條件下迅速進(jìn)行,生成的一水堿結(jié)晶晶瑩剔透,不斷從機(jī)尾涌出,進(jìn)入后續(xù)干燥脫水系統(tǒng)。雖說工藝水加入到比自身體積大6倍的原料之中,分散度達(dá)到完全均勻是很難的,但隨著技術(shù)、設(shè)備的引進(jìn)與完善,在DCS的自控條件下,利用腰鼓形水合機(jī)制得達(dá)到國標(biāo)要求的重質(zhì)純堿產(chǎn)品,其水合質(zhì)量是不成問題的。

1.2 液相水合

在液相水合生產(chǎn)中,由于水堿比遠(yuǎn)大于理論值,水合率很容易達(dá)到100%,原料輕質(zhì)純堿一經(jīng)進(jìn)入水合器,在雙重?cái)嚢璧淖饔孟铝⒓磁c循環(huán)堿液發(fā)生水合反應(yīng)并形成一水堿結(jié)晶,根據(jù)含鹽量要求控制適宜的母液置換比例,從底部取出晶漿經(jīng)分離干燥,即可得到粒度均勻、結(jié)晶致密、不同含鹽量的低鹽重質(zhì)純堿或超低鹽重質(zhì)純堿產(chǎn)品?，F(xiàn)今,液相水合過程也基本實(shí)現(xiàn)了DCS操作。

2 重灰生產(chǎn)操作中經(jīng)常出現(xiàn)的問題

2.1 經(jīng)常出現(xiàn)的結(jié)球現(xiàn)象

在水合操作中經(jīng)常會遇到這樣一種狀況:良好的操作指標(biāo)突然間惡化,一直運(yùn)行正常的固相水合機(jī)會在短時(shí)間內(nèi)突然出現(xiàn)“結(jié)球”、“拉稀”現(xiàn)象,液相水合器會突然出現(xiàn)“結(jié)疤”、“黏壁”現(xiàn)象,原本晶瑩剔透的一水堿結(jié)晶突然變成不透明的白色,堿球大小不一,從幾毫米到幾厘米,有的甚至從幾厘米到幾十厘米,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致水合機(jī)抱死、下料不暢、管道堵塞,機(jī)內(nèi)及周圍各種堿球堆積如山。操作條件的惡化不僅使水合操作無法繼續(xù),而且危及后續(xù)分離干燥系統(tǒng)的正常運(yùn)行,有時(shí)造成重灰干燥爐內(nèi)部蒸汽盤管堵死,全線停車。工人們不得不用近10 m的長釬等多種工具清理結(jié)疤、疏通通道、檢修設(shè)備,少則幾天,多則十幾天,耗用了大量的人力物力,造成了巨大的原材料損失。

2.2 處理方式

連續(xù)運(yùn)行多時(shí)的水合系統(tǒng),為什么會突然之間“結(jié)球”、“拉稀”、“結(jié)疤”、“黏壁”呢?操作條件究竟發(fā)生了什么變化?究竟是什么原因會導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生?有人認(rèn)為是操作參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤或崗位操作人員失職,也有人認(rèn)為是工藝水中堿濃度過高影響了水合反應(yīng)的進(jìn)行,甚至有人懷疑設(shè)計(jì)有問題或設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理。

經(jīng)調(diào)查了解知,該事故的發(fā)生經(jīng)歷大致相同:水合系統(tǒng)的操作參數(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行正常后已被確定,沒有特殊原因不做變動,事故當(dāng)時(shí)原有的設(shè)定參數(shù)尤其是水堿比并未做過調(diào)整;有時(shí)發(fā)現(xiàn)水合系統(tǒng)不正常立即查找原因,經(jīng)常是原因尚未查到、參數(shù)未來得及調(diào)整,系統(tǒng)便一點(diǎn)點(diǎn)地自動好轉(zhuǎn),直至正常;有時(shí)操作無法控制導(dǎo)致全線停車,必須進(jìn)行清“疤”復(fù)產(chǎn)。有的企業(yè)對重灰裝置的全套流程設(shè)備進(jìn)行梳理,將認(rèn)為有問題的設(shè)備進(jìn)行改造,期待著再次開車會有所好轉(zhuǎn);有的企業(yè)將回收利用的含堿工藝水換成了新鮮軟化水……,各種手段都用上仍時(shí)好時(shí)壞,未從根本上解決問題。有的企業(yè)甚至幾個(gè)月都無法正常運(yùn)行。

各種原因、多種解釋一次次提出,又一個(gè)個(gè)被否定,事故原因久查無果,許多企業(yè)陷入了迷茫之中。

3 試驗(yàn)與剖析

3.1 原因分析

為了早日找到事故根源將重灰生產(chǎn)損失降至最小,筆者首先從設(shè)計(jì)角度對工藝方案、配套設(shè)備、操作指標(biāo)乃至開車順序等諸多方面進(jìn)行了全面的綜合分析,依然找不到令人滿意的答案。后來,一位曾做過煅燒工的前輩給予了提示:以前在煅燒爐操作中也曾出現(xiàn)過黏爐、起球現(xiàn)象,分析原因可能是重堿與返堿在一定條件下生成了倍半碳酸鈉所致。難道重灰水合生產(chǎn)中也會有類似現(xiàn)象出現(xiàn)?

順著這一思路,比照輕灰煅燒出現(xiàn)的問題進(jìn)一步的分析認(rèn)為:在重質(zhì)純堿生產(chǎn)系統(tǒng)中有重堿存在不是沒有可能。因?yàn)樗系脑蠟檩p質(zhì)純堿,當(dāng)輕灰煅燒爐溫度偏低時(shí)重堿煅燒不完全、出現(xiàn)燒失量高的低溫堿是煅燒操作中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象之一,尤其在超負(fù)荷運(yùn)行、汽源不足以及倒?fàn)t的過程中。當(dāng)未達(dá)合格、含有重堿的輕質(zhì)純堿原料進(jìn)入重灰系統(tǒng)后,第一步就是進(jìn)入水合機(jī)內(nèi)與水進(jìn)行水合反應(yīng),此時(shí)隨輕灰?guī)氲闹貕A首先與輕質(zhì)純堿發(fā)生反應(yīng)生成白色的倍半碳酸鈉:

而生成的倍半碳酸鈉其黏度較高,極易結(jié)球、黏壁。

3.2 對比試驗(yàn)

為了證實(shí)這個(gè)推論,筆者到生產(chǎn)現(xiàn)場分別取來剛出爐的輕質(zhì)純堿和尚未進(jìn)爐的重堿樣品,在玻璃瓶中以不同重堿比例的輕灰原料模擬水合反應(yīng)做了初步對比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如下:

1)以重堿含量為零的輕質(zhì)純堿、即質(zhì)量合格的輕質(zhì)純堿為原料與水進(jìn)行水合反應(yīng)時(shí),開始反應(yīng)速度緩慢,不易攪拌,隨即反應(yīng)速度加快,溫度迅速上升,一水堿結(jié)晶很快生成,隨著攪拌的繼續(xù),物料顏色逐漸由白色變成了透明,清晰聽見“刷刷”的攪拌聲音,反應(yīng)結(jié)束,菱形一水堿結(jié)晶粒度均勻、晶瑩剔透且不黏玻璃瓶壁。

2)當(dāng)逐漸加大重堿比例的輕質(zhì)純堿與水進(jìn)行水合反應(yīng)時(shí),反應(yīng)速度越來越慢,水合反應(yīng)率越來越小,溫升也逐步變小,攪拌越來越難,后來則無法攪動,顏色越來越白。隨著重堿比例的再次增高,幾乎看不到一水堿結(jié)晶的生成,物料一部分結(jié)成了球,另一部分則黏在了玻璃瓶壁上。

原來,重堿與輕灰形成的倍半碳酸鈉不僅是引起結(jié)球、黏壁的元兇,而且具有惡化水合操作條件、抑制水合反應(yīng)的作用。由于水合率大為降低,水合機(jī)出料則是水合產(chǎn)物一水堿與倍半碳酸鈉、輕灰和水的混合物,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)“拉稀”現(xiàn)象,且外觀顏色發(fā)白就不足為奇了。由此可見,隨輕灰原料帶入的重堿的確在水合過程中起到了不可忽視的破壞作用。

3.3 現(xiàn)場驗(yàn)證

為了進(jìn)行現(xiàn)場核對進(jìn)一步驗(yàn)證前述結(jié)論的真實(shí)性,筆者將某廠前期開車過程中形成的大小堿球進(jìn)行了剖析觀察和成分檢驗(yàn),結(jié)果如下:

1)所結(jié)堿球不僅大小不一,硬度也不相同,有的堅(jiān)硬有的疏松;每個(gè)球內(nèi)至少包裹1個(gè)或多個(gè)直徑2～3 mm的小白點(diǎn),類似蛋黃內(nèi)的小圓芯,堿球則圍繞一個(gè)個(gè)圓芯越滾越大;有的堿球斷面內(nèi)還伴有一層層白暗相間的圓圈,類似樹的年輪。

2)將諸多堿球送化驗(yàn)室分析重堿含量,檢測數(shù)據(jù)表明:各球內(nèi)均含有不同比例的重堿成分,球越大、顏色越白,重堿含量越高,最高者超過了5%。

4 應(yīng)用與建議

既然影響重灰生產(chǎn)的關(guān)鍵因素是原料質(zhì)量問題,生產(chǎn)中就要嚴(yán)把原料關(guān)。

4.1 生產(chǎn)應(yīng)用及效果

在改良固相水合法生產(chǎn)現(xiàn)場,筆者曾以所得結(jié)論為依據(jù),在客戶排隊(duì)等堿需要加大生產(chǎn)負(fù)荷的情況下,實(shí)時(shí)監(jiān)控輕灰煅燒爐的出堿溫度,嚴(yán)格控制輕灰質(zhì)量,不合格的輕灰不得進(jìn)入重灰系統(tǒng)。待合格的輕灰原料進(jìn)入水合系統(tǒng)后,水合反應(yīng)穩(wěn)定正常,晶瑩剔透的一水堿結(jié)晶均勻地涌入后續(xù)調(diào)漿桶,經(jīng)離心分離及脫水干燥,得到了合格的重灰產(chǎn)品,全套重灰系統(tǒng)穩(wěn)定正常,使幾個(gè)月不能正常連續(xù)運(yùn)行的重灰系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一次開車成功。以往水合率低、結(jié)晶質(zhì)量差、結(jié)疤堵管、粒度不達(dá)標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量不合格等一系列操作難題迎刃而解。

為了最大限度地減少母液置換量進(jìn)而減少原料損失,生產(chǎn)中還以不同含堿量的水作為反應(yīng)用水送入水合機(jī)進(jìn)行水合反應(yīng)的嘗試,即將改良固相水合系統(tǒng)排放的母液與工藝水兌合為不同堿濃度的水,反復(fù)進(jìn)行生產(chǎn)測試。結(jié)果表明,只要輕灰原料質(zhì)量沒有問題,操作條件維持不變,同樣可以獲取粒度相同的一水堿結(jié)晶,任何濃度的堿水對水合過程幾乎不產(chǎn)生任何不良影響,其原理由液相水合的反應(yīng)機(jī)理可以得到圓滿解釋。

以母液與工藝水兌合方式進(jìn)行低鹽重質(zhì)純堿的生產(chǎn)方法,筆者先后在3套改良固相水合法的重灰生產(chǎn)中進(jìn)行了成功應(yīng)用。生產(chǎn)實(shí)踐證明,該措施不僅能夠生產(chǎn)出符合國標(biāo)要求的低鹽重質(zhì)純堿產(chǎn)品,而且通過母液置換量的靈活調(diào)整,可以生產(chǎn)出不同含鹽量的重質(zhì)純堿產(chǎn)品,同時(shí)可將高鹽堿鹵的排放量控制到最低。

4.2 建議

隨著客戶對純堿產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,面對純堿市場的激烈競爭,純堿產(chǎn)品的低鹽化、重質(zhì)化成為企業(yè)提高競爭力的重要途徑,因而重質(zhì)純堿生產(chǎn)裝置不斷建立。為了實(shí)現(xiàn)重灰系統(tǒng)的清潔文明生產(chǎn),避免重灰生產(chǎn)重蹈覆轍以造成更大的人力物力和資源浪費(fèi),建議如下:

1)嚴(yán)把原料入口關(guān),質(zhì)量不合格的輕質(zhì)純堿原料堅(jiān)決不能進(jìn)入重灰生產(chǎn)系統(tǒng)(包括固相水合和液相水合系統(tǒng)),尤其應(yīng)特別注意輕灰煅燒爐倒?fàn)t前后的出堿溫度是否超過180℃,或燒失量是否控制在<0.5%。若發(fā)現(xiàn)原料質(zhì)量有問題,須立即關(guān)閉入料閥并將其改送純堿成品系統(tǒng),從源頭控制住影響水合操作的關(guān)鍵因素,避免造成重灰生產(chǎn)系統(tǒng)的操作紊亂。

2)在保證操作參數(shù)設(shè)值正確、水合反應(yīng)正常的前提下,隨時(shí)監(jiān)視水合機(jī)/器內(nèi)的反應(yīng)溫度是否穩(wěn)定,巡檢時(shí)注意傾聽水合機(jī)內(nèi)或一水堿運(yùn)輸設(shè)備內(nèi)的物料磨擦聲音是否均勻有序,查看一水堿結(jié)晶的顏色是否透明、顆粒是否均勻。若溫度出現(xiàn)下降趨勢,或聲音異常、結(jié)晶發(fā)白,則需立即檢查進(jìn)料輕灰的質(zhì)量,必要時(shí)與輕灰崗位聯(lián)系解決。

3)定期關(guān)注重灰產(chǎn)品的重度和粒度篩分結(jié)果,若出現(xiàn)重度降低、粒度不均勻等現(xiàn)象,說明水合反應(yīng)出現(xiàn)異常,必須盡快進(jìn)行重灰系統(tǒng)的全面檢查,及早發(fā)現(xiàn)問題、及早解決,以避免事故的擴(kuò)大蔓延及全線停車。

5 結(jié) 論

通過一系列理論研究及試驗(yàn)、驗(yàn)證,以輕質(zhì)純堿為原料的水合法重灰生產(chǎn)裝置,在工藝方案和設(shè)備配置合理的前提下,無論是采用固相水合還是液相水合法,引起重灰生產(chǎn)系統(tǒng)的不正常運(yùn)行、甚至導(dǎo)致全線停車的主要癥結(jié)在于水合過程,而導(dǎo)致水合操作不正常的關(guān)鍵因素就是隨輕灰原料帶入的重堿,可以斷定:帶入重灰系統(tǒng)的重堿是引起整個(gè)重灰系統(tǒng)操作紊亂致使生產(chǎn)成本提高、產(chǎn)品質(zhì)量不合格、勞動強(qiáng)度增大的重要因素。所以,在水合法重質(zhì)純堿生產(chǎn)中,嚴(yán)格控制進(jìn)入系統(tǒng)的原料質(zhì)量是重中之重。

TQ 114.1

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1005-8370(2010)04—22—03

2010-06-13

楊 斌(1956—),副總工程師,1982年1月畢業(yè)于大連理工大學(xué),從事設(shè)計(jì)、技術(shù)工作近30年。