膜法冷凍脫硝裝置運(yùn)行總結(jié)

李春江，朱建強(qiáng)

（新疆天業(yè)天能化工有限公司，新疆石河子832012）

膜法冷凍脫硝裝置運(yùn)行總結(jié)

李春江，朱建強(qiáng)

（新疆天業(yè)天能化工有限公司，新疆石河子832012）

介紹了新疆天業(yè)天能化工有限公司膜法冷凍脫硝裝置的工藝設(shè)計(jì)思路及工藝流程。總結(jié)了該工藝在設(shè)計(jì)及操作過(guò)程中應(yīng)注意的問題。

膜法；冷凍；脫硝；鹽水

在國(guó)內(nèi)氯堿生產(chǎn)中，通常采用化學(xué)鋇法處理硫酸根，該方法存在以下問題：氯化鋇具有麻痹神經(jīng)的作用，會(huì)對(duì)操作工人的身體帶來(lái)傷害，為了完全去除SO2-4通常加入過(guò)量的氯化鋇，這樣，在鹽水中引進(jìn)了新的陽(yáng)離子，加大了二次鹽水螯合樹脂的負(fù)荷；過(guò)量的鋇離子與碘結(jié)合生成碘化鋇，降低離子膜的電流效率；生成的硫酸鋇沉淀是一種固體廢棄物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，不符合國(guó)家環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策；采用重力沉降法，不易控制，需要不斷監(jiān)測(cè)沉降器內(nèi)上清液鋇離子的含量，降低了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度。鑒于上述原因，2007年，新疆天業(yè)與天津威德泰科石化科技發(fā)展有限公司進(jìn)行技術(shù)合作，開發(fā)出膜法脫除硫酸根工藝技術(shù)，以滿足32萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目中鹽水精制配套項(xiàng)目的要求。

在膜法脫除硫酸根工藝中，預(yù)處理和膜裝置單元已是非常成熟的工藝，但后處理單元（冷凍脫硝工藝）由于硫酸鈉結(jié)晶的問題，經(jīng)常出現(xiàn)冷卻器堵塞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，影響整個(gè)鹽水系統(tǒng)的平衡運(yùn)行。新疆天業(yè)天能化工公司設(shè)計(jì)出了一套非常成熟的后冷凍脫硝工藝，解決了冷卻設(shè)備中硫酸鈉結(jié)晶的問題，現(xiàn)已成功運(yùn)用到生產(chǎn)上。

1 工藝設(shè)計(jì)思路

通過(guò)納濾膜裝置處理后的離子膜淡鹽水分成2股，硫酸根含量高的濃縮液和硫酸根含量低的滲透液，滲透液回鹽水化鹽系統(tǒng)繼續(xù)使用，濃縮液進(jìn)入冷凍脫硝工序，根據(jù)硫酸鈉與氯化鈉在不同溫度下的溶解度，采用合理的混合冷卻方法實(shí)現(xiàn)二者的分離，最終得到產(chǎn)品芒硝和實(shí)現(xiàn)氯化鈉溶液的回用。

2 冷凍脫硝工藝流程

工藝流程圖見圖1。

來(lái)自膜裝置的濃縮液進(jìn)入折流槽并調(diào)節(jié)pH值至偏堿性后，經(jīng)濃硝鹽水換熱器循環(huán)降溫至10～15℃；來(lái)自外界的載冷介質(zhì)溶液則首先進(jìn)入低硝鹽水罐和沉降器，通過(guò)低硝鹽水換熱器循環(huán)降溫，使沉降器內(nèi)溫度保持－10～－15℃。然后向沉降器中加入濃縮液，通過(guò)混和冷卻實(shí)現(xiàn)濃縮液中的硫酸鈉結(jié)晶析出，并在沉降器中自然沉降，后通過(guò)離心機(jī)達(dá)到鹽與硝的分離。

圖1 冷凍脫硝工藝流程圖

3 冷凍脫硝工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

（1）濃縮液初期換熱可考慮充分利用離心母液所帶的冷量，使兌鹵槽中濃縮液溫度降12~15℃。

（2）濃縮液循環(huán)換熱器要考慮材質(zhì)的選擇，一般殼程采用16MnR、管程采用鈦材，或者全部采用1Cr18Ni9Ti材質(zhì)。在制作上要考慮加膨脹節(jié)，避免在操作過(guò)程中冷熱介質(zhì)溫差長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)5℃時(shí)，對(duì)列管造成損傷，縮短設(shè)備使用壽命。

（3）根據(jù)列管式換熱器設(shè)計(jì)要求，對(duì)于易結(jié)垢或結(jié)晶的物料，管程流速必須＞1.5 m/s，才能保證濃縮液循環(huán)換熱器的運(yùn)行時(shí)間。

（4）在工藝處理上，循環(huán)換熱器前后必須加裝壓力表，采用遠(yuǎn)傳加就地顯示，以方便操作人員及時(shí)了解換熱器的使用情況，當(dāng)壓差超過(guò)0.3 MPa時(shí)，立即進(jìn)行切換處理。

（5）循環(huán)換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，冷卻介質(zhì)進(jìn)口要加裝折流擋板或限流孔板，避免瞬間冷量過(guò)大造成列管內(nèi)壁硫酸鈉結(jié)晶析出，堵塞通道。

（6）在循環(huán)換熱器前后工藝處理中，要考慮設(shè)備及管線沖洗水的配套回收工藝，做到工藝運(yùn)行過(guò)程無(wú)排放。

（7）對(duì)于沉降器的設(shè)計(jì)，錐體夾角設(shè)計(jì)為60°，結(jié)晶體在液體中的沉降速度必須保證在0.5 m/s以下，才能實(shí)現(xiàn)固液的沉降與分離。

（8）根據(jù)氯化鈉和硫酸鈉在水中的互溶度，繪制的產(chǎn)生Na2SO4固體曲線推算得，當(dāng)溫度為－17.5℃時(shí)，溶液中含氯化鈉18.8%，硫酸鈉0.2%，在這個(gè)溫度段不會(huì)有大量固體產(chǎn)生。所以，必須將冷凍循環(huán)介質(zhì)中的鹽水稀釋到NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%左右后再循環(huán)降溫，否則會(huì)在列管換熱器中產(chǎn)生氯化鈉結(jié)晶體而堵塞設(shè)備。

4 冷凍脫硝工藝操作中應(yīng)注意的問題

（1）根據(jù)循環(huán)換熱器的進(jìn)口壓力顯示，調(diào)節(jié)循環(huán)泵的回流，將其管程壓力控制為0.2 MPa左右。

（2）在降溫過(guò)程中，要注意循環(huán)換熱器進(jìn)出口壓力，每0.5 h做一次記錄。

（3）當(dāng)循環(huán)換熱器進(jìn)出口壓差超過(guò)0.05 MPa時(shí)，換熱器的結(jié)晶情況開始產(chǎn)生，當(dāng)壓差超過(guò)0.08 MPa時(shí)，立即關(guān)閉冷凍液進(jìn)出口閥門，停止此臺(tái)換熱器的操作，切換到備用換熱器換冷。

（4）對(duì)切換下來(lái)的換熱器，先打開殼程排污閥，排凈殼程內(nèi)冷凍鹽水，然后對(duì)其管程進(jìn)行沖洗處理。沖洗時(shí)，沖洗水溫度不能超過(guò)20℃，否則會(huì)對(duì)列管造成損傷。

（5）在沉降器的降溫過(guò)程中，沉降器中載冷劑的最終溫度暫控在－10~－15℃，否則根據(jù)沉降情況再進(jìn)一步調(diào)節(jié)。

（6）剛開車時(shí)，當(dāng)載冷劑溫度達(dá)到－5~－10℃時(shí)，可暫停一切進(jìn)料，使十水硫酸鈉在沉降器內(nèi)結(jié)晶析出，產(chǎn)生凝聚晶核，同時(shí)，要不斷檢測(cè)上清液硫酸鈉含量，觀察沉降析出情況。

（7）如果長(zhǎng)時(shí)間停車，列管式換熱器殼程內(nèi)冷凍鹽水必須排干凈，避免造成管程內(nèi)鹽水結(jié)晶堵塞。

（8）根據(jù)濃縮液的硫酸鈉含量情況，計(jì)算芒硝析出量，確保沉降器內(nèi)沉降層穩(wěn)定，上清液不會(huì)產(chǎn)生反混現(xiàn)象。

（9）對(duì)于沉降器的溫度控制，要確保上清液中硫酸鈉的質(zhì)量濃度為＜10 g/L以下。

冷凍脫硝工藝在該公司的成功運(yùn)用，解決了膜法脫硝裝置中濃縮液的全部回收問題，為元明粉加工提供了充足的原料來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了膜法脫硝裝置零排放的目標(biāo)，此工藝在膜法脫硝裝置中很值得推廣和應(yīng)用。

Summer of sulfate removal process by membrane method

LI Chun－jiang，ZHU Jian－qiang
（Xinjiang Tianye Tianneng Chemical Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

The catalytic reduction of membrane technology design ideas of Xinjiang Tianye Chemical Co.，Ltd.was introduced.The conclusion of the process in the design and operation of the process should pay attention to the problems.

membrane；frozen；denitrification；brine

TQ114.26+1

B

1009－1785(2011)03-0023-02

2010-11-08