五塔一组式外冷碳化塔系统的制作方法

本实用新型涉及外冷碳化塔，具体涉及一种五塔一组式外冷碳化塔。

背景技术：

在联碱企业，以氨、工业盐、二氧化碳、水为原料，在碳化塔内生成碳酸氢钠和氯化铵，碳酸氢钠再经过煅烧后便生成碳酸钠，即为纯碱。基本化学反应如下：

主反应NaCl+NH3+CO2+H2O＝NaHCO3+NH4Cl+Q……(1)

副反应NH3+CO2+H2O＝NH4HCO3+Q……(2)

从化学反应速度与化学反应平衡的角度来说，通过控制合适的工艺指标选择最佳操作点以保证反应(1)适宜的进行程度。显然，碳化工序的操作与控制是联合制碱法的关键因素。通俗地讲，要达到如下三个目的：

①需要一定的反应速度，保证产量；

②要有一定的平衡转化率，提高母液当量降低能耗；

③生成NaHCO3颗粒要大且均匀，保证产品质量。

纵观国内外纯碱企业，作为纯碱生产的核心设备-碳化塔，无非是索尔维塔与外冷塔二种型式，二种塔均能生产出符合要求的NaHCO3结晶，结构上，索尔维塔塔内件采用菌帽，外冷塔塔内件采用筛板；冷却方式上，索尔维塔采用下部内置列管换热器的冷却方式，外冷塔采用外置列管换热器的冷却方式，在纯碱行业，不管是外冷塔还是索尔维塔，传统的组塔编排方式是四塔一组，即三个制碱一个清洗，制碱作业72小时后转入24小时清洗，如此往复进行。而对于每塔组更大纯碱量的生产需求，传统四塔一组的编组方式则无法满足。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种五塔一组式外冷碳化塔，通过对N2量的适当调整，就能够保证清洗塔的清洗效果，且提高了纯碱的出碱量。

本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种五塔一组式外冷碳化塔系统，包括五个并联的碳化塔，在运行过程中，其中一个碳化塔为清洗塔，其余四个为制碱塔，每个碳化塔的塔体外设有三个或四个与塔体内连通的外冷器，反应液在塔体和外冷器之间的循环方式为自然循环，所述碳化塔的顶部连接尾气管用于将尾气排出至尾气处理器，AII母液、碳AII液分别通过位于碳化塔上部的AII母液管、碳AII液进液管进入碳化塔内部，二氧化碳、氮气分别通过位于碳化塔下部的二氧化碳气管和氮气管进入碳化塔内部，所述碳化塔的下部连接碳AII液出液管、排碱液管分别用于碳AII液、碱液的排出。

优选地，还设有碱液储槽，碱液通过排碱液管进入碱液储槽，再通过连接于碱液储槽的出碱液管进入下一道工序。

优选地，所述碳化塔包括碳化塔主体和位于碳化塔主体下方的储液塔，所述储液塔与碳化塔主体之间相互隔断。

优选地，所述碳化塔主体的下部通过碳AII液出液管与储液塔连通，以用于将碳化塔主体内的碳AII液排至储液塔内部，所述储液塔通过碳AII液排液管将碳AII液由离心泵平均分配至其他四个制碱塔内。

优选地，所述碳化塔主体的下部通过管路连接联络管。

优选地，所述碳化塔主体内自上而下依次分为第一反应区、第二反应区和第三反应区，在各反应区均设有若干低开孔率筛板。

优选地，所述外冷器用于冷却第三反应区内的反应液，且该外冷器为水冷式外冷器。

本实用新型的有益效果是：

1)本系统采用五塔一组作业，即四个制碱塔一个清洗塔，每塔制碱作业96小时后转入24小时清洗，如此往复进行，也即由“四塔一组”串入一个塔后成为“五塔一组”，在制碱塔内的工艺指标无变化的情况下，增加了日产300吨的纯碱产量；否则按照传统组塔配置的话，需增加“两塔一组”，因此本系统减少了一个千万元人民币的碳化塔投资，节约了投资成本，Φ3500Φ50000Φ3000外冷碳化塔五塔一组的技术开发及成功应用，是国内外的首创，对推进制碱行业的技术进步有重要意义；

2)塔内结疤的主要成分是NaHCO3、NH4HCO3，清洗时，从塔顶进入的AII母液中NaHCO3、NH4HCO3是远远不饱和的，在AII母液与结疤充分接触的过程中将能够溶解结疤，在本系统的清洗塔内采用上游空分工序的氮气作为清洗气，且控制氮气的用量为2000NM³/h左右，与传统的低浓度二氧化碳作为清洗气相比较，具有清洗效率高、溶解结疤块的优势；因为进塔AII母液主要组分为Na⁺、Cl^-、NH4⁺、HCO3^-、CO3^2-，及少量的Ca²⁺、Mg²⁺，如采用含15-20％CO2气体作为清洗气，显然清洗过程中会发生如背景技术中介绍的主反应(1)和副反应(2)的化学反应，对尽快消除结疤不利。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：10-碳化塔，11-外冷器，12-AII母液管，13-碳AII液进液管，14-尾气管，15-二氧化碳气管，16-氮气管，17-碳AII液出液管，18-排碱液管，20-储液塔，21-碳AII液排液管，30-碱液储槽，31-出碱液管，40-联络管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：如图1所示，一种五塔一组式外冷碳化塔系统，包括五个并联的碳化塔10，在运行过程中，其中一个碳化塔为清洗塔，其余四个为制碱塔，每个碳化塔10的塔体外设有三个或四个与塔体内连通的外冷器11，反应液在塔体和外冷器之间的循环方式为自然循环，所述碳化塔10的顶部连接尾气管14用于将尾气排出至尾气处理器，AII母液、碳AII液分别通过位于碳化塔上部的AII母液管12、碳AII液进液管13进入碳化塔内部，二氧化碳、氮气分别通过位于碳化塔下部的二氧化碳气管15和氮气管16进入碳化塔内部，所述碳化塔10的下部连接碳AII液出液管17、排碱液管18分别用于碳AII液、碱液的排出，还包括碱液储槽30，碱液通过排碱液管18进入碱液储槽30，再通过连接于碱液储槽30的出碱液管31进入下一道工序。本系统中包括五个碳化塔，分别为塔A、塔B、塔C、塔D、塔E，每个塔下部设有三个外冷器11(塔A连接的A1、A2、A3三个外冷器，塔B连接的B1、B2、B3三个外冷器。。。。。。)，碳化塔在制碱作业一段时间后，塔内壁、内件上会附上结疤，由此影响塔的有效容积及气液的充分接触，因此必须清洗后才能转入制碱作业，因此在工作时其中一个碳化塔为清洗塔，另外四个为制碱塔，例如当塔A在进行清洗工作时，则其余四个塔在进行制碱工作，每个制碱塔作业96小时后转入24小时清洗，如此往复进行。本五塔一组式外冷碳化塔系统通过对N2量的适当调整，能保证清洗塔的清洗效果，而且制碱塔内单塔的工艺指标几乎没有变化，本系统在不增加操作难度的情况下，就能够增加日产300吨纯碱的生产量，极大地节约了公司的投入费用。

其中，所述碳化塔10包括碳化塔主体和位于碳化塔主体下方的储液塔20，所述储液塔20与碳化塔主体之间相互隔断。(该碳化塔主体和储液塔为一体结构，碳化塔作为清洗塔时，碳化塔主体下部的碳AII液先排入储液塔内，再通过储液塔分配至其他四个制碱塔内。)所述碳化塔主体的下部通过碳AII液出液管17与储液塔20连通，以用于将碳化塔主体内的碳AII液排至储液塔20内部，所述储液塔20通过碳AII液排液管21将碳AII液由离心泵平均分配至其他四个制碱塔内。所述碳化塔主体的下部通过管路连接联络管40。连接联络管的管路和碳AII液出液管17都连在排碱液管18上，从而简化了管路，且管路上都设有阀门来控制管路；当清洗塔结束清洗时，碳化塔主体内的碳AII液直接通过联络管压入清洗塔。

所述碳化塔主体内自上而下依次分为第一反应区、第二反应区和第三反应区，在各反应区均设有若干低开孔率筛板。所述第一反应区为吸收段，其内的低开孔率筛板带有溢流管，在该段液体吸收CO2并使其接近NaHCO3结晶析出点；第二反应区是吸收结晶段，塔体内由若干块低开孔率筛板组成；第三反应区是吸收、冷却、结晶段，该段外侧设有水冷式外冷器，两者采用自然循环冷却的方式：即利用塔内塔外液体的密度差产生“二侧的压强差原理自然循环冷却”(塔底因气体通入液体密度变小，塔外外冷器循环水冷却)，塔底含有NaHCO3结晶的固液混合物从碳化塔下部取出去至下一道工序。所述外冷器11用于冷却第三反应区内的反应液，且该外冷器为水冷式外冷器。

本实用新型的操作方法：步骤如下：

步骤一：采用五塔一组编组作业，运行时，其中一个碳化塔为清洗塔，其余四个碳化塔为制碱塔；

步骤二：清洗塔清洗时，AII母液通过塔上部的AII母液管12自上而下地进入塔内，氮气通过清洗塔下部的氮气管自下而上地进入塔内，在塔内AII母液和氮气充分搅拌，以溶解塔内壁、内件以及外冷管内壁上的NaHCO3、NH4HCO3等结疤；

步骤三：AII母液在溶解结疤的过程中成为碳AII液，该碳AII液通过管路排至储液塔20内部，以备后续通过碳AII液泵平均泵入其余四个制碱塔内，清洗塔经过24小时清洗后转入制碱作业；

步骤四：制碱塔进行制碱时，碳AII液通过制碱塔上部的碳AII液进液管13自上而下进入制碱塔内，二氧化碳通过制碱塔下部的二氧化碳气管15自下而上进入制碱塔内，碳AII液吸收二氧化碳生成碳酸氢钠，含碳酸氢钠结晶的固液混合物被外冷器11冷却后通过制碱塔下部的排碱液管18进入碱液储槽30；其中每塔碳AII液的流量为120M³/h；水冷式外冷器上设有循环水进出口和制碱塔内母液进出口，通过循环水来冷却母液，冷却后的母液(含碳酸氢钠结晶的固液混合物)排出至碱液储槽；

步骤五：碱液储槽30内的碳酸氢钠固液混合物通过出碱液管31进入到下一工序，产生的尾气通过制碱塔的顶部排出至尾气处理器，制碱塔连续制碱96小时后转入清洗作业，以此循环作业。

其中，在步骤二中，氮气的用量为2000NM³/h左右；在步骤四中，制碱塔中的温度为52-54℃；固液混合物排出时的温度为38-40℃；外冷器母液进出口温差2.5℃左右；外冷器循环水进出口温差4-6℃。

结疤成分验证：分别取出四塔一组、五塔一组中制碱塔内的结疤进行成分分析，结果如表1：

表1：结疤成分分析表

表中的数值表示相对应成分占结疤总重量的重量百分数，由此可见，采用五塔一组中的制碱塔作业后期，结疤成分与四塔一组并无大的变化。

清洗效果验证：

任何一个塔组，AII母液全部从清洗塔上部进入，且在塔内控制一定的液位，与自下而上的清洗气氮气逆流接触、充分搅拌，同时溶解塔内结疤，从塔底出来的碳AII液再平均分配到各制碱塔；本系统运行一个月后，一清洗塔作业结束时，打开人孔检查，塔壁、筛板、外冷器列管内无任何残留结疤，由此说明清洗效果很好。因此本编组达到了以下合理性原则：制碱时，塔作业后期不会因为塔内的少量结疤而影响技术经济指标；清洗时，能将塔内结疤清洗干净。后续吨碱产生的尾气量增大，但后面工序的尾气洗涤塔富裕量较大，因此不会引起尾气中氨排放的超标。本系统自2018年6月在本公司投入使用以来，运行非常稳定，本Φ3500Φ50000Φ3000外冷碳化塔五塔一组的技术开发及成功应用，是国内外的首创，对推进制碱行业的技术进步有重要意义。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。