膜法脫硝工藝在離子膜法燒堿生產中的應用

趙 博，董 雷

（黑龍江昊華化工有限公司氯堿廠，黑龍江 齊齊哈爾161033）

黑龍江昊華化工有限公司建設的“25萬t/a離子膜法燒堿”工程，采用了最新的膜法脫硝工藝，取代了氯化鋇法，將離子膜淡鹽水中的硫酸根含量控制在技術指標內，解決了以往燒堿生產中鋇法脫硝存在的運行成本高，環境污染等問題。

1 膜法脫硝工藝的技術特點

膜法脫硝工藝技術屬于膜分離技術領域。其工藝技術特點為，利用膜的選擇性分離功能，將鹽水循環系統中多余的硫酸根以硫酸鈉的形式分離出來。具有自動化程度高、操作簡單方便、運行成本低、安全環保等優點。

膜法脫硝工藝技術指標如下：

（1）預處理

pH值5～8；

溫度≤40℃；

余氯≤0.1 mg/L。

2 膜法脫硝工藝的應用情況

膜法脫硝工藝技術的工作原理是根據納濾膜對離子截留率不同，即對S等兩價或多價離子具有較高的截留率，而對Na+、Cl-等一價離子具有較低的截留率，從而達到將硫酸根離子與系統分離的目的。

膜法脫硝工藝過程主要包括預處理部分（膜法前處理）、膜法脫硝部分（硫酸鈉分離濃縮）、冷凍脫硝部分（硫酸鈉結晶分離）。即將離子膜燒堿生產中產生的脫氯淡鹽水，經預處理過程，使淡鹽水各項指標合格（含余氯≤0.1 mg/L、pH值為5～8、溫度≤40℃），通過高壓泵使淡鹽水進入膜分離系統進行分離，分離后的脫硝水直接回到化鹽工序利用，分離后的濃硝水（硫酸鈉含量為80～100 g/L），通過冷凍使硫酸根以硫酸鈉的形式過飽和結晶析出，經過離心機分離，得到成品芒硝（十水硫酸鈉）。

膜法脫硝工藝的應用是該公司對離子膜燒堿鹽水系統的技改創新，體現在以下方面。

2.1 節能

（1）膜法脫硝采用兩級膜分離工藝設計，可以充分利用膜分離的技術優勢，將硫酸鈉含量從一級分離的60 g/L提升至二級分離的100 g/L，使硫酸根盡可能地濃縮，減少冷凍脫硝工序需要冷凍的濃硫酸根溶液總量，降低能耗。

（2）合理的冷凍結晶溫度選擇。采用的新工藝是，2級膜法濃縮，1次芒硝沉降，沉降后，清液回流到前工序再次用膜法濃縮，沉降溫度只需5℃左右，與一般工藝采用的-5℃冷凍結晶溫度相比，大大降低了冷凍機組能耗，同樣規模的系統每年節省運行費用約20%以上。

2.2 自動化程度高

（1）膜脫硝系統為可編程控制器（PLC）自動控制。中央控制柜面板上還附有整套系統設備運行模擬板，可直觀顯示各設備的運行情況。

（2）膜脫硝系統裝置設置1臺就地儀表和操作盤，在就地盤上可讀出有關工藝參數，如流量、壓力等。能在就地操作盤上現場啟停系統的進水高壓泵和相關的進水閥門。膜脫硝系統裝置還設有產水側壓力過高自動泄壓保護和低壓沖洗等功能。

（3）高壓泵采用變頻控制且出口設有高壓保護開關，保護高壓泵的運行安全。

（4）pH調節及亞硫酸鈉加藥泵的啟停與高壓泵連鎖。此套裝置自動化程度高，使得操作更簡單方便，硫酸根離子的濃度更好控制，鹽水質量得到明顯的提高。

2.3 運行成本低

以2011年為例，該公司年產芒硝為2 990.5 t，純度為92%左右，脫除硫酸鈉為1 213.3 t。

如果采用氯化鋇法，除去1 213.3 t硫酸鈉則需消耗1 777.5 t氯化鋇，折成98%的氯化鋇為1 813.77 t，每噸氯化鋇價格為2 800元，則1年采購氯化鋇需花費507.86萬元。

使用膜法脫硝工藝后，2011年膜法脫硝工藝全年耗電為1 561 383.2kW·h，以電費0.64元/kW·h計，合計為999 285.25元；耗水為79 087.95 t，全部回收至化鹽；更換精密濾芯約130支，合計8 450元；活性炭更換1次3.8 t，計57 000元，每2年約需更換濾膜80支，每年平均費用為880 000元；因此，2011年膜法脫硝裝置運行1年，運行成本總計為194.47萬元，僅為氯化鋇法的38.3%。

2.4 安全環保

膜法脫硝工藝采用納濾膜法脫除硫酸根，該過程是一種物理過程，無須添加助劑。而氯化鋇法則是以添加一種新雜質的方法去除另一種雜質。用納濾膜法取代氯化鋇法脫除燒堿系統中的硫酸根，從源頭上杜絕了鋇鹽對環境的污染，安全環保。

該裝置自2010年11月運行至今，通過細心管理，精心操作，保證了離子膜燒堿工程系統穩定運行，成功地將離子膜淡鹽水中的硫酸根控制在技術指標內，從而保證進槽鹽水硫酸根濃度≤5 g/L，使鹽水質量得到明顯提高，其相關運行數據見表1。

表1 淡鹽水及一次鹽水硫酸根質量濃度（以平均數據統計）g/L

3 結論

該工藝作為一種零排放、環保節能的鹽水脫硝技術，適應目前國內離子膜制堿工藝的發展和需求。