張遠(yuǎn)方,楊國(guó)仁,黃遠(yuǎn)保

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司,廣東 廣州 510760)

母液真空蒸餾技術(shù)的應(yīng)用

張遠(yuǎn)方,楊國(guó)仁,黃遠(yuǎn)保

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司,廣東 廣州 510760)

介紹真空蒸餾技術(shù)在氨堿母液蒸餾工藝中的實(shí)際應(yīng)用。著重介紹母液真空蒸餾的工藝流程及操作控制要點(diǎn);以及提升母液真空蒸餾單塔能力的技術(shù)措施及延長(zhǎng)作業(yè)周期的方法;并提出下一步技改的方向。

真空蒸餾;操作控制

1 母液真空蒸餾技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

1.1 工藝簡(jiǎn)介

我公司采用的真空蒸餾工藝:低真空母液蒸餾系統(tǒng)(包括蒸餾塔、加熱器、一閃、低真空吸收塔)回收系統(tǒng)的蒸餾氨氣,配以高真空淡液蒸餾系統(tǒng)(包括二閃、淡液蒸餾塔、高真空吸收塔)回收蒸餾廢液閃發(fā)的蒸汽,達(dá)到既回收了蒸餾氨氣,又能充分利用系統(tǒng)熱能的目的。

低真空蒸餾系統(tǒng):用以蒸餾濾過母液,其蒸氨氣體冷卻后被低真空吸收系統(tǒng)回收,制備合格的氨鹽水。低真空蒸餾系統(tǒng)工藝流程與壓力蒸餾系統(tǒng)流程,無論設(shè)備還是操作完全一樣,差異僅僅是蒸氨系統(tǒng)絕對(duì)操作壓力值低,整個(gè)系統(tǒng)在負(fù)壓工況條件下運(yùn)行。

高真空淡液蒸餾系統(tǒng):用以回收蒸餾廢液閃發(fā)的蒸汽(氨氣),加熱母液蒸餾系統(tǒng)的冷凝液及煅燒系統(tǒng)的冷凝液,其蒸氨氣體冷卻后進(jìn)入高真空吸收系統(tǒng),制備半氨鹽水進(jìn)入低真空吸收系統(tǒng)并流吸收低真空系統(tǒng)蒸氨氣體,制備合格的氨鹽水,供碳化制堿用。

1.2 工藝流程示意圖(見圖1)

圖1 真空蒸餾工藝流程圖

1.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)介紹(見表1)

表1 設(shè)備結(jié)構(gòu)一覽表

2 本技術(shù)的特點(diǎn)及操作控制手段

2.1 真空控制

母液真空蒸餾技術(shù)最顯著特點(diǎn)是系統(tǒng)處于負(fù)壓條件下操作控制,目前我公司要求高真空系統(tǒng)壓力控制在-65～-74 kPa,低真空系統(tǒng)壓力控制在-40～ -45 kPa。

2.2 相對(duì)低溫操作條件下,蒸餾塔作業(yè)周期較長(zhǎng)

真空條件的存在使蒸餾系統(tǒng)處于相對(duì)較低溫度下進(jìn)行,蒸餾溫度的降低會(huì)有效改善、緩解蒸餾塔的結(jié)疤,延長(zhǎng)蒸餾設(shè)備的運(yùn)行周期。一般壓力蒸餾的作業(yè)周期為20～30 d之間,真空蒸餾的使用周期超過了90 d,我公司計(jì)劃運(yùn)行周期控制在90～120 d,最長(zhǎng)控制在150 d,其操作的關(guān)鍵是控制好調(diào)和液過?；业耐瑫r(shí)控制好系統(tǒng)的真空度和預(yù)熱母液溫度(預(yù)熱母液溫度控制在82±1℃)。

2.3 蒸餾廢液顯熱得到很好的回收,減少能耗

本系統(tǒng)蒸餾廢液采用二級(jí)閃發(fā),一級(jí)閃發(fā)的蒸汽進(jìn)入母液蒸餾塔,作為母液蒸餾塔的補(bǔ)充熱源。二級(jí)閃發(fā)的蒸汽作為冷凝液(淡液)蒸餾塔的熱源,回收的蒸汽能滿足淡液塔使用,不需另外補(bǔ)充蒸汽。經(jīng)二級(jí)閃發(fā)后的廢液溫度85℃左右,相對(duì)壓力蒸餾來說是節(jié)能的,避免了過多(蒸餾廢液)余熱的浪費(fèi)。

2.4 母液真空蒸餾技術(shù)操作控制的關(guān)鍵

關(guān)鍵是維持高、低真空系統(tǒng)適當(dāng)?shù)?真空)壓力差。真空差過小,蒸餾塔塔底壓力高,塔底液面過高(塔內(nèi)件長(zhǎng)期與反應(yīng)物接觸,極易產(chǎn)生結(jié)垢),各塔盤反應(yīng)物流動(dòng)速度慢,造成塔盤汽液相通道沉砂、淤泥,導(dǎo)致偏流,甚至造成液泛,直接影響蒸餾質(zhì)量,降低蒸餾塔的生產(chǎn)力;同時(shí)長(zhǎng)期波動(dòng)運(yùn)行也會(huì)加快塔內(nèi)汽液通道結(jié)垢、淤砂等現(xiàn)象產(chǎn)生,大大縮短蒸餾塔的運(yùn)行周期,造成廢液“跑氨”嚴(yán)重。而真空差過大容易引起蒸汽串入閃發(fā)器,造成系統(tǒng)運(yùn)行工況,操作條件無法平衡。正常情況下,維持高真空系統(tǒng)壓力控制在-65～-74 kPa,低真空系統(tǒng)壓力控制在-40～ -45 kPa。

3 蒸餾系統(tǒng)的挖潛改造

3.1 增加2臺(tái)蒸餾塔

原設(shè)計(jì)蒸餾系統(tǒng)單塔,單預(yù)灰桶,1套閃發(fā)器。運(yùn)行證明:一是單系統(tǒng)生產(chǎn)能力與碳化系統(tǒng)能力不匹配,滿足不了碳化的需要;二是沒有輪換設(shè)備,如果清掃蒸餾塔時(shí),需要生產(chǎn)系統(tǒng)全停,生產(chǎn)波動(dòng)極大。1996年我公司增加了1臺(tái)蒸餾塔,1個(gè)預(yù)灰桶,1個(gè)閃發(fā)器,2套裝置并聯(lián)運(yùn)行,清掃時(shí)單塔運(yùn)行,輪換清掃。2005年又增加了1臺(tái)蒸餾塔,1個(gè)預(yù)灰桶,1個(gè)閃發(fā)器,2套裝置并聯(lián)運(yùn)行,1套清掃備用。保證了生產(chǎn)的連續(xù)、高效。雙塔運(yùn)行后母液蒸量達(dá)到230 m3/h,能力提高了80%(原單塔運(yùn)行)。

3.2 二閃的改造

2001年增加了1臺(tái)汽機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī),碳化能力超過800 t/d純堿,母液蒸量超過200 m3/h,二閃的能力滿足不了生產(chǎn)的需要,2001年我們將原來的二閃由φ3500×6000擴(kuò)大為φ4500×6000,能力增加了約50%,基本能滿足300 kt/a純堿的生產(chǎn)能力需要。

3.3 增加氨氣冷卻器的改造

原單塔運(yùn)行配備氨氣冷卻器只有1套。蒸餾塔雙塔運(yùn)行后,氨氣經(jīng)冷卻后溫度＞55℃,致使吸收系統(tǒng)帶進(jìn)不少的蒸汽,影響了氨鹽水的指標(biāo),直接降低氨鹽水的全氯,同時(shí)也帶入了過多的熱量進(jìn)入吸收系統(tǒng),增加了吸收的熱負(fù)荷。2002年我們?cè)黾恿?臺(tái)氨氣冷卻器與舊冷卻器串聯(lián)運(yùn)行,投用后,氨氣溫度能控制在＜50℃,滿足了生產(chǎn)。

3.4 碳化尾氣洗滌塔改造

原設(shè)計(jì)只有1套洗滌裝置,更換填料、清掃塔器時(shí)整個(gè)系統(tǒng)要停車,1996年度增加了1套洗滌塔,并對(duì)泡罩塔盤、汽液通道走向進(jìn)行了改造,這樣設(shè)備既可以備用,又提升了裝置的能力,洗滌效果明顯改善。

3.5 改造廢液系統(tǒng)管線及蒸餾塔內(nèi)件增加裝置的生產(chǎn)能力

為解決長(zhǎng)期制約蒸餾塔能力提升的瓶頸問題,改造了3臺(tái)蒸餾塔V102至V103的廢液管道,由φ273改為φ325碳鋼管,改造舊蒸餾塔塔盤間隙,降液管截面積增加了10%。通過兩項(xiàng)改造,蒸餾系統(tǒng)過液能力提高了15%～20%,使雙塔蒸量由原來的230 m3/h提升到270～280 m3/h。

4 優(yōu)化工藝操作,優(yōu)化設(shè)備作業(yè)模式,改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀況

4.1 優(yōu)化工藝操作,保證系統(tǒng)平穩(wěn)操作

真空蒸餾對(duì)操作的要求很高,平穩(wěn)操作,才能確保消耗指標(biāo)控制,其中最關(guān)鍵:一是保證加熱器底部真空度不能過高;二是保證低壓蒸汽溫度不能過高及流量波動(dòng)過頻,有效緩解塔板的結(jié)疤速度,達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備的使用周期;三是重點(diǎn)監(jiān)控灰乳的品質(zhì),在分析濃度的同時(shí),測(cè)量灰乳的含沙量。

4.2 優(yōu)化設(shè)備作業(yè)模式,改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀況

困擾蒸餾系統(tǒng)平穩(wěn)生產(chǎn)的是系統(tǒng)幾大冷卻裝置氣相通道的阻力,經(jīng)過測(cè)試 E101、E102的阻力降分別有6～8 kPa,這也是影響蒸餾系統(tǒng)能力提升的阻力。經(jīng)過改造 E102AB運(yùn)行模式,由串聯(lián)成功改為并聯(lián),低真空系統(tǒng) T104出氣壓力到 T102底部壓力壓力降減少約15 kPa,其作用是:①可以提高蒸餾系統(tǒng)多塔運(yùn)行時(shí)的單塔能力;②充分利用E102B的換熱效能(換熱面積:391 m2),降低氣相氨在輸送過程中的進(jìn)一步膨脹。③真正的目的是滿足系統(tǒng)負(fù)荷提高后可操作條件的匹配,保證吸收系統(tǒng)的正常操作。

4.3 淘汰灰乳高位槽,穩(wěn)定灰乳的流量

原設(shè)計(jì)石灰車間送來的灰乳先進(jìn)入高位槽,再進(jìn)蒸餾塔(預(yù)灰桶),冒槽、堵槽現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,既浪費(fèi)了灰乳,又引起系統(tǒng)灰乳量的波動(dòng),還污染了環(huán)境,我們?cè)O(shè)計(jì)了1個(gè)φ300×φ200×1000的分離器。1997年開始使用,操作簡(jiǎn)單、方便、省電,單攪拌1年就省6萬kW·h。

4.4 砂漿泵流程的改造,穩(wěn)定調(diào)和液的流量

原設(shè)計(jì)砂漿泵的目的是停塔時(shí)將預(yù)灰桶內(nèi)的調(diào)和液抽至蒸餾塔蒸餾,減少排放量。蒸餾塔運(yùn)行時(shí)由于調(diào)和液管內(nèi)流速慢,而灰乳夾帶砂較多,調(diào)和液管時(shí)有不暢,甚至堵塞。1997年我們將砂漿泵的進(jìn)口管由預(yù)灰桶底改到調(diào)和液管下部彎頭處。砂漿泵出口多加1條管進(jìn)入預(yù)灰桶上部,正常運(yùn)行時(shí)調(diào)和液經(jīng)泵在預(yù)灰桶內(nèi)循環(huán),大大加大了調(diào)和液管內(nèi)的流量和流速。保證了調(diào)和液的暢通,停塔時(shí)調(diào)和液也可抽進(jìn)蒸餾塔回收氨,有一舉兩得之妙。

4.5 冷凝器熱母液分離器的改造,穩(wěn)定熱母液的流量

原設(shè)計(jì)冷凝器熱母液分離器只有1個(gè),隨著系統(tǒng)蒸餾塔裝置的增加,共用1個(gè)分離器出現(xiàn)母液偏流情況,我們?cè)黾恿?個(gè)熱母液分流器,將3套蒸餾裝置聯(lián)絡(luò)一起,做到雙塔運(yùn)行時(shí),單獨(dú)輸送熱母液,穩(wěn)定了系統(tǒng)的母液分配。

5 母液真空蒸餾技術(shù)的應(yīng)用小結(jié)

5.1 蒸餾塔的運(yùn)行周期長(zhǎng)

一般壓力蒸餾的運(yùn)行周期30～40 d,我們目前雙塔運(yùn)行的周期超過3個(gè)月。造成蒸餾塔停塔清掃的原因主要是塔盤積砂,降液管堵塞。結(jié)疤情況不嚴(yán)重,只有在塔下12層塔盤及蒸餾塔至閃發(fā)器有關(guān)的廢液管線結(jié)疤。

造成塔盤積砂的原因是我們的灰乳含砂量大,結(jié)疤的根源在精鹽水Na2SO4含量長(zhǎng)期在12～15 g/L。SO的存在是蒸餾塔結(jié)疤的主要?dú)⑹?。按我們預(yù)熱母液CO2的含量還不是蒸餾塔結(jié)疤的主要原因。

5.2 廢液顯熱得到回收、利用

經(jīng)測(cè)定,經(jīng)二閃排放的廢液低于80℃,比壓力蒸餾的廢液溫度低約30℃左右,這部分的能量是可觀的,已足夠淡液塔的熱能。這部分熱能得到充分的利用。

5.3 蒸氨氣體夾帶水分對(duì) TCl-有負(fù)面影響

原設(shè)計(jì)氨鹽水 TCl-88.8～91 tt,△TCl-14～16.2 tt。但實(shí)際生產(chǎn)中△TC1偏大,一般在17～18 tt(精鹽水 103～105 tt,氨鹽水 85.5～87.5 tt)。

5.4生產(chǎn)能力不高

母液真空蒸餾技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn),但相同的設(shè)備,壓力蒸餾的能力比它大30%左右,這可能是制約該技術(shù)的推廣的原因。隨著真空度的提高,相關(guān)吸氨系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷也必然相應(yīng)降低,動(dòng)力消耗相應(yīng)增加。

6 今后的改進(jìn)設(shè)想

6.1 采用壓力蒸餾的部分工藝,優(yōu)化、提高真空蒸餾技術(shù)

我公司真空蒸餾設(shè)備與國(guó)內(nèi)壓力蒸餾設(shè)備明顯不同在于壓力蒸餾母液有專門的爐氣洗滌塔,母液經(jīng)與煅燒爐氣洗滌、換熱后,大部分CO2已進(jìn)入爐氣中,母液里的CO2極少進(jìn)入吸收系統(tǒng),減緩了吸收塔填料的結(jié)疤,降低了氨鹽水的CO2,壓力蒸餾的氨鹽水CO220～30 tt。而我們氨鹽水CO240～50 tt,母液溫度也升至＞50℃。今后我們?cè)O(shè)想采用該工藝:一是可以減少CO2進(jìn)入氨鹽水,母液內(nèi)CO2經(jīng)爐氣回收至下段氣再利用,提高下段氣的濃度近10%;二是可以減少蒸汽量(能耗);三是可以提高蒸餾塔的生產(chǎn)力;四是隨著氨鹽水CO2的降低,可以提高清洗塔的清洗效果。

6.2 增加灰乳的濾砂裝置

目前影響蒸餾塔運(yùn)行周期的原因主要是塔盤積砂,降液管堵等,進(jìn)入蒸餾塔的砂全部來自灰乳。改善灰乳質(zhì)量是延長(zhǎng)蒸餾塔運(yùn)行周期,保持蒸餾系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵,建議對(duì)灰乳進(jìn)行多重過濾,減少帶砂,從而提高蒸餾塔生產(chǎn)能力,延長(zhǎng)作業(yè)周期。

6.3 提高蒸餾塔生產(chǎn)能力的建議

由于系統(tǒng)真空的存在,局限了裝置能力的提高。要想提高生產(chǎn)能力往往靠增加蒸餾裝置。在現(xiàn)有裝置的情況下,我們可以采用壓力蒸餾塔的特點(diǎn),改造塔內(nèi)結(jié)構(gòu),達(dá)到提高生產(chǎn)能力,減少投資的目的。

6.4 降低進(jìn)蒸餾塔蒸汽的過熱度

降低進(jìn)塔蒸汽的過熱度,達(dá)到減緩蒸餾塔的結(jié)疤速度和延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行周期的目的。

TQ 114.161

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:1005-8370(2011)02-39-04

2010-05-18

張遠(yuǎn)方(1972—),本科學(xué)歷、助理工程師、現(xiàn)任重堿車間工藝員。