大型联碱装置工艺技术创新与设备大型化技术

大型联碱装置工艺技术创新与设备大型化技术

石油和化工是我国的重要基产业和支柱产业，也是能源消耗的大型行业。约占全国能源消费总量的10%，主要污染物如cod、二氧化硫和二氧化硫的排放量占全国工业产值的相当比例。加快能源的综合利用,全面完成“十二五”规划制定的节能减排目标,已成为石油、化工行业最重要和最紧迫的任务。本文以某600kt/a纯碱和氯化铵项目为例,简要介绍中国成达工程有限公司(以下简称“成达”)采用先进的专利技术和专有技术,利用自身工程经验,通过联碱法工艺技术创新和设备大型化技术解决联碱装置大型化过程中的制约因素,减少氨和主要原材料消耗,综合能耗优于清洁生产一级水平,使大型联碱装置主要控制指标达到或超过相关标准要求,实现工艺废液零排放。1氧化碳的生产该项目采用浓气制碱工艺,以真空固体原盐为原料,与之配套的合成氨装置为联碱装置提供所需的氨和二氧化碳。(1)一过程采用一次常压碳化,浓气制碱,碳化塔为新式的大型外冷碳化塔,回转真空滤碱机和重碱离心机滤过重碱,二次吸氨,用喷射吸氨器吸氨。自身返碱蒸汽煅烧炉煅烧重碱。(2)二过程氯化铵生产采用逆料流程。采用液氨直接蒸发冷却的冷析和盐析结晶技术;干燥采用流化床干燥技术。2工艺创新2.1重碱结晶的生产技术(1)采用新型外冷碳化塔,改进操作工艺流程,提高重碱结晶度,为优化滤过操作、降低重碱含水量、节省煅烧汽耗创造条件。(2)开发出国内制碱单塔生产能力最大的外冷碳化塔及配套设备,并采用国家发明专利—制碱外冷碳化塔清洗新工艺,在大幅降低建设投资、加快建设进度的同时,可在不停产条件下煮塔清洗,既节省洗塔用水和污水处理费用,实现工艺介质零排放,同时又避免了定期煮塔的停产,简化生产流程和操作程序,延长碳化塔的生产周期。(3)为降低重碱含盐量和含水量,采用真空转鼓凉碱机和重碱离心机二次过滤技术,既提高产品质量,又节约煅烧蒸汽消耗。(4)采用成达公司开发设计的大型冷析、盐析结晶器及性能优异的冷析、盐析结晶单元技术。(5)氯化铵冷析结晶采用运行低能耗、低位满液位液氨蒸发制冷工艺。(6)液氨蒸发外冷器配轴流清洗泵新技术,可降低设备投资,减少能耗,缩短清洗时间,提高清洗效果。(7)优化设计母液换热器,可使系统阻力降低,提高换热效果,节省动力消耗,减少设备配置数量和投资。(8)采用先进的沸腾流化床干铵技术,并开发设计了单系列750t/d大型干铵炉,干铵尾气采用两级干法除尘,流化介质加热采用翅片式加热器,加热蒸汽冷凝液闪发回收低位热能,能耗低,设备运行周期长,维护便捷。(9)开发和优化组合式泡罩塔综合处理联碱生产尾气,经处理后的碳化尾气和滤过尾气含NH3低,不仅有利于环境保护,也可降低氨耗,而且设备高度综合,减少占地,简化系统管道布置。(10)开发了不锈钢复合板材质的带波纹管式蒸馏尾气冷凝器的高效筛板塔,使处理后的塔底废淡液NH3<5mg/L,不仅回收了氨,也为废淡液的进一步循环利用创造了有利条件。(11)开发出增强尼龙材质的大型喷射吸氨器,既可减少装置的设备配置量,又减少建设投资。(12)轻灰炉气净化系统增设电除尘器,有效回收了碱尘,大幅减少了冷凝液的碱含量,为蒸馏系统的操作及节约蒸汽创造了有利条件。2.2蒸馏塔顶控制(1)重碱过滤采用结构先进的真空转鼓滤碱机,滤碱机低速运转,可在不增加滤碱机洗水的条件下,达到更好的洗涤效果。(2)控制适宜的淡液蒸馏塔顶温度及压力,合理分配蒸馏蒸汽用量及塔顶蒸馏尾气冷凝器冷却水用量,使能量在总体上达到最省。(3)优化工艺流程及设备布置,控制适宜的液氨蒸发外冷器的蒸发压力,使冰机负荷显著降低。2.3汽封式灰灰煅烧炉蒸汽冷凝水蒸发回用冷却系统(1)淡液蒸馏系统中,利用高温废淡液预热进塔淡液,既节省淡液蒸馏塔的蒸汽耗量,又减少废淡液冷却时所需的冷却水用量,具有双重节能的功效。(2)轻灰煅烧炉蒸汽冷凝水经一级闪发,其闪发汽首先供盐硝蒸发或干铵使用,然后干铵用蒸汽的冷凝水经二级闪发的闪发汽供淡液蒸馏,闪发后的冷凝水返回锅炉房,使能量多次利用。(3)热氨母液I冷却采用两级冷却:一级冷却采用循环冷却水;二级冷却采用与冷的母液II换热冷却,可减少冷却水和冷冻水的消耗。(4)开发出全密封式结构出碱槽,减少氨曝空损失,改善操作环境,提高氨利用率。2.4波纹管换热器(1)采用自身返碱蒸汽煅烧炉,煅烧汽耗低,且因无外返碱系统,省去了返碱运输设备的运行能耗。(2)采用具有高传热效率的波纹管换热器,有利于减少冷却水用量。(3)CO2气压缩采用大型无油螺杆式压缩机组,设备运行平稳,维护成本低。(4)排出的氨Ⅱ泥采用板框压滤机过滤,可回收部分母液,减少消耗,泥量小,便于处理。(5)采用成熟可靠的双级推料式离心滤铵机。(6)纯碱产品采用全自动包装。(7)氨冷凝器采用蒸发式,节能显著。(8)选用高效率的板式换热器和波纹管换热器。2.5蒸汽用量的规划分析全厂的蒸汽用户及用汽等级,对全厂(包括配套建设的合成氨装置和真空制盐装置)总蒸汽用能进行综合研究,实现蒸汽的产、用多级利用,达到合理用能目的。2.6增设电除尘器(1)淡液蒸馏塔采用筛板塔结构,可提高蒸馏效率,降低废液含氨浓度。(2)采用母液I洗涤淡液蒸馏尾气,在回收尾气含氨的同时,节省洗水用量。(3)轻灰炉气除尘系统增设电除尘器,不仅可直接回收产品纯碱,提高有效生产率,还可降低炉气冷凝液的含碱浓度,减轻淡液蒸馏塔结垢,从而改善蒸馏塔的操作条件。(4)采用成达公司开发设计的具有单系列、能力大、设备少、整体技术先进和系统能耗低的大型氯化铵冷析结晶器和盐析结晶器。(5)设计了贮槽等设备曝空氨回收系统,减少了氨损失,降低工厂氨耗,同时净化了操作环境。(6)设计了淡含氨淡液蒸馏塔,系统收集的含氨冲洗水和回收尾气洗水经蒸馏回收氨,蒸馏淡液送至全厂综合再利用,减少了污水外排量。2.7节水技术措施2.7.1增加洗水整理的节能潜力(1)新型外冷碳化操作工艺流程使外冷碳化塔轮换清洗,克服周期性的清水洗塔带来的环保问题,同时节约大量洗水。(2)重碱过滤采用结构先进的真空转鼓滤碱机,滤碱机低转速运行,以便在不增加滤碱机洗水的条件下,达到更好的洗涤效果。(3)淡液蒸馏系统中,利用高温废淡液预热进塔淡液,既节省淡液蒸馏塔的蒸汽耗量,又减少废淡液冷却时所需的冷却水用量,具有双重节能的功效。(4)采用母液I洗涤淡液蒸馏尾气的方式,在回收尾气含氨的同时,节省洗水用量。(5)干铵炉尾气采用干法除尘,既可避免湿法除尘造成的设备腐蚀,又免去用水,并排除了洗水对联碱装置母液平衡造成的难题。(6)氨冷凝器采用蒸发式,节约冷却水用量。(7)选用高效率的板式换热器和波纹管换热器,有利于减少冷却水用量。(8)采用DCS,提高自动化水平,严控操作指标,避免用水浪费。2.7.2回收废水液(1)为贯彻一水多用和重复利用的原则,减少废水排放量,该项目尽可能回收多种废水(液)。(2)蒸馏淡液经预热冷淡液和冷却后送至滤碱机作为洗水使用。(3)装置回收的含氨淡液和曝空氨回收洗水经环保淡液蒸馏塔后的洗水,根据需要送至石灰窑洗涤塔作为洗水使用和其它设备的洗水。2.7.3水消耗该项目严格按照国家有关节能减排标准进行设计,选用国内先进节能设备,水的回用率达到99%,水消耗指标达到国内同类工厂的先进水平。3应用效果3.1蒸汽消耗经装置72h生产性能考核,其主要技术指标如下。产品质量:纯碱和氯化铵均达到优等品。生产用原盐消耗(以100%NaCl计):1100～1150kg/双吨产品。生产用氨消耗(以100%NH3计):330～340kg/双吨产品。蒸汽消耗:轻灰煅烧在压力为3.2MPa(G)、温度为239℃时,蒸汽消耗为1330kg/t。综合能耗:双吨产品综合能耗≤200kg标煤,远低于《纯碱行业清洁生产标准》HGJ474-2009规定的联碱法清洁生产技术指标一级要求。3.2纯碱生产经营评价指标体系国家环境保护部颁布的《纯碱行业清洁生产标准》HGJ474-2009。国家发展与改革委员会颁布的《纯碱行业清洁生产评价指标体系》。纯行业(联碱法)清洁生产技术指标及其评价要求。3.3经济效益该装置的经济效益见表1。3.4整体装置与学生装置技术水平比较联碱法生产纯碱技术的应用主要集中在中国,本技术亦主要与国内先进水平进行比较,侧重在应用本技术后达到的整体装置技术水平情况