6萬t/a離子膜燒堿裝置竣工總結

劉 原，丁紫芹，邱滿意，李 斌

（江蘇揚農化工集團有限公司，江蘇 揚州 225009）

江蘇揚農化工集團公司下屬瑞祥公司6萬t/a離子膜燒堿項目2007年立項，離子膜工程土建部分由長沙設計院沈陽分院設計，工藝部分由藍星北化機設計院設計。受2008年世界金融危機的影響，2009年9月方進入設計論證階段，2010年3月，項目進入施工階段，2011年1月22日投入運行，一次開車成功。2011年3月達到滿負荷生產，安全穩定運行289天，直至年度大修，才進行了一次計劃停車，運行產、質、耗指標均達到設計值。

1 運行情況小結

工程分為一次鹽水、二次鹽水、離子膜電解、氯氫處理、50%堿蒸發、膜法脫硝、液氯擴建、高純酸制備、鹽堿輸送倉儲共計9個單元。尚有液氯擴建、高純酸制備、鹽堿輸送倉儲公用工程部分。

1.1 一次鹽水

一次鹽水部分由該公司自行組織設計、組織施工。采用瑞士Drm膜過濾器工藝，并采用兩級Drm膜串聯，一級鹽水過濾后達到離子膜所需的質量指標，二級主要起把關作用。再配套大流量過濾器，在Drm過濾器發生故障時，也能保證了一次鹽水質量的穩定、合格。

一次鹽水原料采用金壇鹽業集團精制鹵水，補充精制鹽平衡生產。利用精鹵水鈣鎂含量低、不易結垢的特性，采用蒸汽、熱水預熱，效果良好，充分回收廢熱資源，年節約加熱用生蒸汽近一萬噸。采用精制鹵水，鹽泥量大幅度減少，全年鹽泥量不超過50 t，達到了清潔生產的目標。

1.2 二次鹽水

二次鹽水精制采用三塔工藝。3臺樹脂塔2臺串聯，1臺靜止等待。該工藝優于兩塔工藝，為二次鹽水的質量和系統穩定運行提供了保證。樹脂塔再生廢水分為酸性廢水、堿性廢水和鹽水3種，解決了廢水混合，一次鹽水系統pH值不穩定的現象。

1.3 整流、電氣部分

離子膜工程整流部分采用1臺變壓器帶2臺整流器工藝，與該公司現有35 kV高壓供電和380 V低壓供電配套，采用進口ABB雙電源控制裝置和不間斷電源裝置，保證離子膜供電的可靠。節能型整流變壓器移相與原隔膜整流變系統配合，使整流的相數達到48相，有效降低了諧波對電網的污染，提高了供電質量。

電解槽增加了故障接地保護裝置，保證了電槽的安全穩定運行。

整流控制系統將PLC和控制屏集中到每臺控制柜內，減少了電纜的連接，使故障點大大減少，并將所有控制柜和配電柜全部集中在控制室內，減少了外部有害氣體和高溫的影響，保證安全運行。

整流采用先進的橋式大刀開關，便于安裝，同時，當發生觸頭發熱等故障時，可以在運行中帶電拆下故障觸頭進行處理。全數字觸發系統使可控硅整流器控制更加精準，可確保功率因數在0.9以上、整流效率為0.98、電流波動小于0.3%。

工藝設計對過濾鹽水泵、陽極液循環泵、陰極液循環泵、高純酸泵等重要的機泵采用了變頻控制，取代調節閥，效果良好，不僅節能，而且保證了泵的穩定運行。過濾鹽水泵配用45 kW電機，變頻正常控制87%，全年約節電8萬kW·h。

1.4 電解部分

電解槽采用北化機NBZ-2.7膜極距自然循環電解槽，交流電耗下降明顯，運行3個月來，交流電耗為2 135 kW·h/t左右，遠低于普通高電密電解槽，該公司一期6萬t/a采用的伍迪電解槽運行3個月，同等電流密度下，交流電耗為2 320 kW·h/t左右。

電解槽2臺采用杜邦NX-2030離子膜、2臺采用旭化成F-6801膜。由于嚴格把關一次鹽水質量，運行前3個月，4臺電槽的槽電壓基本沒有增長。

1.5 氯氫部分

氯氣干燥采用2臺填料塔、1臺填料和泡罩組合塔三塔串聯工藝，氯氣含水達到設計要求。氯氣輸送采用佶締納士氯氣壓縮機，單臺滿足10萬t/a燒堿裝置的氯氣輸送，不僅起到了節能效果，而且單臺運行投資小、運行穩定、維護保養方便。

離子膜氫氣系統與隔膜電解裝置共用1個氫氣柜，要求氫氣輸出壓力與隔膜系統一致。為實現這一目的，增加了自動排空裝置，與出口壓力連鎖。當壓力高于氫氣柜壓力時，由自動排空調節；壓力低時，則充氮保壓。裝置運行至今，離子膜、隔膜負荷調節均能保證系統壓力安全、平穩。

事故氯處理裝置多采用兩塔串聯吸收工藝。該公司因場地限制，采用一塔吸收工藝。為杜絕氯氣外溢，堿循環泵、事故氯風機均處于熱備用狀態，并增加了堿高位槽，采用連鎖控制，2臺堿液循環泵同時停車，堿高位槽出口兩位閥打開，堿液進入吸收塔，堿量保證可以吸收滿負荷生產10 min產生的氯氣量，隨時應付突發事件。單塔設計保證氯氣塔內停留時間大于12 s，保證氯氣完全吸收。

1.6 脫氯鹽水

脫氯系統采用了費爾泰克的液環真空泵，填料采用PVDF短階梯環，取得了良好的脫氯效果。脫氯鹽水經過冷卻、調節pH值，滿足了一次鹽水膜法除硝的工藝要求。

氯水進脫氯系統的量不恒定，脫氯鹽水所含游離氯有波動，對膜法除硝的穩定運行有一定影響。氯氫系統增加了氯水貯槽，氯水回脫氯系統通過貯槽液位連鎖控制。調整氯水進脫氯系統恒流量，氯水增加一路管道分流，解決了脫氯鹽水游離氯波動的情況。

1.7 膜法脫硝

膜法除硝是目前處理硫酸根成本最低、且沒有三廢的先進工藝。新建離子膜工程一般均配套膜法除硝。該公司采用天津威德泰科公司的處理硫酸根專用過濾膜。

膜法除硝對脫氯鹽水質量要求高。要求游離氯含量為零，溫度為40～50℃，pH值為4～7。堿性脫氯鹽水通過加酸調節pH值。控制溫度保證循環水的量就能夠實現。游離氯超標，過濾膜會造成永久性損傷或失去過濾性能。增加1臺亞硫酸鈉中間槽，配制好的亞硫酸鈉定期補充至中間槽，保證亞硫酸鈉的濃度穩定。

膜法除硝調節pH值直接影響脫硝效果以及膜的性能。為保證游離氯的脫除效果，脫氯鹽水必須先調節至堿性，控制pH值為9.5～10.5，脫氯鹽水加堿工藝調整通過堿高位槽加堿，控制穩定的堿加入量，保證了pH值的穩定。然后，需要減小加酸量對pH值的影響，為此，增加了酸高位槽，酸濃度控制為5%左右，保證了酸加入量的恒定，pH值得到穩定控制。

1.8 儀表部分

離子膜DCS系統采用浙大中控WebField ECS-700，DCS系統承擔了從一次鹽水、二次鹽水精制、電解、脫氯、氯處理、氫處理，到燒堿蒸發的所有工序全線自動控制。DCS系統完整地承擔了樹脂塔的程序控制而不需采用專用PLC，實現了包括電槽連鎖、整流器升降負荷控制、樹脂塔自動控制、復雜回路控制在內的全部控制要求，控制完全滿足了工藝要求，使電解工序的所有生產過程得到優化控制，電解槽單元電壓的監測裝置實現了與PLC通訊，成功實現了各種離子膜工藝情況下的安全連鎖保護。

1.9 50%燒堿

50%燒堿蒸發裝置引用瑞士博特的工藝和主要設備，42%、50%堿的Ⅱ、Ⅲ效蒸發器引進博特設備，32%堿效由藍星北化機加工，42%，50%堿泵均引進費爾泰克專用堿泵。設計產能為8萬t/a，裝置運行穩定，整套裝置實現無人操作，DCS監控，達到了設計產能。

50%堿蒸發，采用博特的三效逆流工藝，電解槽出來的32%、80℃熱堿直接進入Ⅰ效蒸發器，出系統50%堿的溫度為55℃，系統帶入熱焓簡單衡算，節約蒸汽近0.1 t/t100%堿。50%裝置滿負荷生產，中壓蒸汽消耗為0.42 t/t100%堿，低于設計考核指標0.52 t/t100%堿，運行穩定，經濟效益明顯。

博特裝置最大的特點是實現全自動無人操作，因而對蒸汽系統的要求高。該公司采用中壓蒸汽減溫增濕，穩定蒸汽的壓力、溫度，保證系統運行平穩，出效堿濃度保持為49.6%～50.4%。博特工藝的另一個特點是真空系統采用表面冷凝器，水系統pH值穩定在7.0～8.0，可以回收利用，節約了用水，減少排放，達到清潔生產的目標。

2 技經指標完成情況

瑞祥離子膜共有4臺離子膜電解槽，每臺電解槽146個單元，采用北化機膜極距NBZ-2.7自然循環電解槽，設計產能為6萬t/a。膜極距電槽具有低能耗、高電密的特點，是目前世界上最先進的離子膜電解槽，因而其產能高于設計值，最大產能可達到8萬t/a。運行近8個月，主要技術經濟指標統計情況見表1。

表1 主要技術經濟指標實現情況表

2011年3月，鹽耗：1.52 t/t100%堿，電流效率：96.67%，交流電耗：2 133.2 kW·h/噸堿；

2011年4月，鹽耗：1.52 t/t100%堿，電流效率：96.88%，交流電耗：2 127 kW·h/噸堿；

2011年10月，鹽耗：1.52 t/t100%堿，電流效率：96.44%，交流電耗：2 151.7 kW·h/噸堿。

3 優化措施

（1）設計氯壓機平衡8萬t/a的生產能力，采用膜極距電槽，運行負荷略高，在負荷測試階段，氯壓機電機電流略高于額定電流。與廠家交流認為，氯壓機進口負壓偏大，工藝提供的條件是壓力為零，因氯氣總管增加了彈簧式止回閥，實際運行為-500 Pa。氯氣總管壓力工藝參數設計需要嚴格把關。

（2）該公司一期伍迪離子膜采用戈爾膜過濾器，一次鹽水的鈣鎂總量為1 000×10-9，采用Drm過濾器，一次鹽水中的鈣鎂總量為1 600～2 000×10-9之間。此次采用3臺樹脂塔過濾工藝，正常兩塔串聯，樹脂量、樹脂吸附容量需要綜合考慮，保證二次鹽水質量。

（3）單槽加酸開車初期采用手動控制，為實現自動加酸，增加了單槽pH值測量。單槽加酸與單槽pH值連鎖，杜絕了加酸過量損壞離子膜情況的發生。

（4）裝置保留了氯酸鹽分解工藝，加酸正常后，脫氯鹽水氯酸鹽含量低于0.5 g/L，不需要運行氯酸鹽分解系統。