浅谈联合制碱法碳化塔清洗方法

浅谈联合制碱法碳化塔清洗方法

苗文军

实联化工（江苏）有限公司  江苏省淮安市 223102

摘要：联合制碱法是现代纯碱生产的重要方法之一，而碳化塔在长期运行过程中会出现结垢等问题，影响生产效率和产品质量。本文详细探讨了联合制碱法碳化塔的清洗方法，探求结疤行程的原因，阐述了清洗方法的选择和效果评估。旨在为提高碳化塔的运行稳定性和生产效益提供有益的参考。

关键词：联合制碱法；碳化塔；清洗方法

一、引言

联合制碱法作为现代纯碱生产的重要工艺之一，在化工领域发挥着举足轻重的作用。在联合制碱法的生产流程中，碳化塔是关键的设备之一，其运行状况直接影响着纯碱的产量和质量。然而，随着碳化塔的长期运行，塔内不可避免地会积累污垢，这不仅会降低设备的传热效率和传质性能，还可能导致生产过程的不稳定，增加能耗，甚至影响产品的纯度和质量。

因此，找到有效的碳化塔清洗方法，确保其能够保持良好的运行状态，成为了联合制碱法生产中一个亟待解决的重要问题。对碳化塔清洗方法的深入研究，不仅有助于提高生产效率、降低生产成本，还能推动联合制碱工艺的进一步发展和优化。

过往的研究和实践在碳化塔清洗方面已经取得了一定的成果，但随着生产工艺的不断改进和环保要求的日益严格，现有的清洗方法仍有进一步改进和创新的空间。本论文旨在系统地探讨联合制碱法碳化塔的清洗方法，通过对各种清洗技术的分析和比较，为实际生产提供更具针对性和有效性的解决方案。

二、联合制碱法碳化塔的工作原理与结垢成因

（一）工作原理

联合制碱法碳化塔是一个复杂的化学反应容器。在碳化塔内，氨气（NH3）、二氧化碳（CO2）与氯化钠（NaCl）溶液相互作用，发生一系列化学反应。首先，氨气和二氧化碳在水溶液中溶解并形成碳酸铵。然后，碳酸铵与氯化钠反应，生成碳酸氢钠（NaHCO3）和氯化铵（NH4Cl）。

整个反应过程涉及气液固三相的传质和传热，需要在特定的温度、压力和浓度条件下进行，以保证反应的高效进行和产物的质量。

（二）结垢成因

化学反应产物的沉积

在碳化反应中，生成的碳酸氢钠等产物可能由于溶液过饱和或局部浓度过高而在塔壁、塔板和内部构件表面沉积。这些沉积的物质逐渐积累，形成结垢。如碳化塔内的溶液搅拌不均匀，局部区域的碳酸氢钠浓度过高，就容易在此处形成沉淀并逐渐发展为结垢。

温度和浓度变化

温度和溶液浓度的不均匀分布会影响物质的溶解度。在温度较低或浓度较大的区域，某些物质的溶解度降低，从而析出并附着在塔内表面。

比如，碳化塔的某些部位可能由于冷却不均匀，导致温度局部降低，使碳酸氢钠的溶解度下降，进而析出并形成结垢。

杂质的混入

原料中可能存在的杂质，如钙、镁离子等，会与反应体系中的物质发生反应，生成难溶性的化合物。如，钙离子可能与碳酸根离子结合生成碳酸钙沉淀，这种沉淀容易在碳化塔内积累形成结垢。

气体分布不均

二氧化碳气体在塔内分布不均匀，导致局部反应过度或不足，从而影响产物的分布和沉积，进而促进结垢的产生。

（三）对后续工的影响。

 ① 过滤工段的重碱水份、盐份、洗水用量的影响。此方面的影响主要影响产品质量及联碱母液平衡控制。

 ② 煅烧工段蒸汽消耗的影响。根据煅烧的原理，重碱所含的游离水越多，在煅烧工段所需要用于蒸发这些水份的蒸汽用量就越大。所以重碱水份越低，煅烧汽耗就越低。

 ③ 对结晶工段的影响。过滤工段过滤后产生的母液中的固定氨的含量高低，是反应碳化塔内碳酸化反应转化率的最直观的指标。较高的固定氨，有利于结晶工序生产氯化铵产品，降低母液的生产当量，有利于联碱系统中节能及母液收缩。

(2)在碳化塔内进行碳酸化反应中，由于反应涉及固、液、气三种相态，反应中的主要生成物碳酸氢钠、碳酸氢氨结晶易在塔壁、塔内菌帽、列管、筛板等部位形成结疤。而结疤的形成一方面减少碳化塔的有效反应容积，另一方面减少气液反应有效接触面积，从而影响碳酸化反应的转化率和结晶颗粒的成长。为了能够恢复碳化塔的制碱能力，生产中定期对碳化塔进行24小时的清洗作业。清洗作业关键在于能够将塔内结疤进行有效清除，从而保证碳化塔的正常生产能力。在制碱生产过程中减缓碳化塔结疤的速率，清洗作业中提高碳化塔内结疤的溶解或者清除速率，是保证碳化塔内碳酸化反应的关键，是能够生产出较大颗粒重碱的关键基础之一。

(3)除了碳化塔的清洗作业中清除塔内结疤，恢复碳化塔制碱能力外，在碳化塔制碱过程中，中、下段气的压力、进气量以及循环水的使用对于碳化塔内制碱过程中结疤的生成速度有着相当重要的影响。在碳化塔水箱上部由于碳化塔内温度的变化，过饱和度的提升，造成局部大量结晶产生，因此在上部水箱处易形成结疤。另外，中、段气进气比例的变化，特别是下段气进气量过大，导致下部气速过高，使已成长起来的结晶发生结晶破损形成细晶。

三、碳化塔常见的清洗方法

（一）常规清洗法

结晶送来的氨二经氨二加热器进入清洗塔的第28圈，进行清洗塔内的结疤。清洗塔第1圈进入清洗气用于塔内的鼓动，更新表面加强清洗。清洗后的清洗氨二由清洗氨二泵送入制碱塔用于制碱。该清洗流程保证5台清洗塔同时作业。非常规清洗流程概述：利用洗塔水泵将经过真空吸收塔吸过氨且温度得到提升的洗涤母液送入清洗塔内，底部同样进清洗气进行鼓动更新结疤表面。清洗后的清洗液自压至MI泵进口总管与MI一起送至结晶吸氨工段。两种清洗方式产生的清洗尾气共同汇入碳化尾气总管后进入综合回收塔进行尾气回收处理。（二）非常规清洗法

当碳化塔常规轮换清洗作业已经不能很好的清洗原制碱塔内结疤，已经严重影响了制碱作业，就需要对碳化塔内部严重的结疤进行热水溶解方法进行清洗，水煮方法主要是利用高温水的溶解性和渗透性，对碳化塔内的结疤进行溶解和清除。在高温条件下，水的溶解能力增强，能够更有效地将结疤中的碳酸氢钠等难溶物质溶解掉。同时，高温水的冲刷作用也有助于将附着在塔壁上的结疤冲刷下来。洗水的方法主要分为准备阶段：切换需要清洗的碳化塔为备用塔，确保生产过程的连续性。关闭碳化塔的进出口阀门，切断与系统的连接。排空塔内的残留物料，并检查塔内是否有泄漏或损坏现象。加热阶段：向碳化塔内注入水，从塔底部通入蒸汽进行加热，具体温度可根据结疤的严重程度和清洗效果进行调整。加热过程中，需保持水温稳定，避免温度波动过大影响清洗效果。浸泡冲刷阶段：让高温水在碳化塔内充分浸泡一段时间，具体时间根据结疤的严重程度和清洗效果而定。浸泡过程中同步采用循环泵进行塔内循环，高温水会逐渐溶解和软化结疤。排水与检查：清洗完毕后，将碳化塔内的水排出，并检查塔内是否清洗干净，无残留物。如有必要，可重复上述步骤进行多次清洗，以确保清洗效果。

四、未来发展趋势和展望

（一）智能化和自动化清洗：

开发智能监测系统，实时监控碳化塔内结垢的程度、位置和类型等信息，为清洗时机的选择和清洗方法的针对性实施提供精准数据。

结合人工智能算法对清洗过程进行优化，根据历史清洗数据和当前工况动态调整清洗参数如清洗液浓度、温度、清洗时间等。

（二）物理清洗技术优化：

高压清洗技术会朝着更高压力、更精准的方向发展，例如采用多喷头多角度的高压组合清洗模式，以应对不同形状和位置的结垢。超声波清洗技术在频率选择、功率控制等方面更加精细化，提高清洗的效率和质量，并且可以和其他清洗技术结合使用，如在化学清洗液中同步进行超声波清洗。

（三）多技术融合清洗：

物理-化学-生物等多种清洗技术的联合应用模式将更加普遍，根据碳化塔的不同部位和不同结垢类型，选择最优化的组合清洗方案。

（四）预防性维护清洗体系：

通过大数据分析和设备运行模型，提前预测结垢的形成趋势，提前进行小范围的清洗或采取抑制结垢的措施，避免结垢严重化。

建立定期的基于设备运行时长、生产负荷等因素的预防性清洗计划和标准操作流程，而不是单纯的等到结垢严重影响生产才清洗。

（五）知识共享和交流：

行业内关于碳化塔清洗技术和经验的交流将更加频繁，通过线上线下的研讨会、技术论坛等形式促进新技术的传播和发展。建立全球性的碳化塔清洗技术数据库和知识库，便于不同地区的企业和研究机构分享和借鉴清洗案例和解决方案。

（六）标准和法规方面：

随着行业发展和技术进步，将制定和完善更加严格和科学的碳化塔清洗技术标准和操作规范，确保清洗过程的安全、环保和高效。

环保法规对清洗过程中的排放物控制和资源利用要求会进一步提高，推动清洗技术和管理向更绿色可持续的方向发展。

五、结论

联合制碱法碳化塔的清洗是保障生产正常运行的重要环节。选择合适的清洗方法，并严格按照操作步骤进行实施，同时做好清洗效果的评估，对于提高碳化塔的性能和生产效益具有重要意义。随着技术的不断进步，未来的清洗方法将更加高效、环保和智能化，为联合制碱法的发展提供有力支持。

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