冬季自然冷卻法除硝方案

陳 飛

（內蒙古君正能源化工有限公司，內蒙古 烏海 016000）

1 背景綜述

內蒙古君正化工有限責任公司二部年產4.2萬t燒堿，5.7萬t PVC 樹脂，其中，30%燒堿外售，45%燒堿制片。1 t 折百30%液堿可帶出9.46 kg 硫酸根；1 t折百45%燒堿可帶出3.5 kg 硫酸根，這樣，原鹽帶入系統的基本可由外售的30%燒堿帶走，基本可實現平衡，富集度很小，所以，生產30%燒堿時，一般不必脫除。

隨著國內燒堿產能的逐步增加，隔膜液堿的銷售日益困難，不得不增加片堿的產量。而且隨著原鹽資源的緊缺，原鹽供貨質量明顯下降，尤其是含量平均達到了0.6%～0.8%，造成系統中持續富集，其在精鹽水中的含量最高達到30 g/L，NaCl 含量只能達到300～305 g/L，致使堿液斷電桶里析出透明結晶物，經分析，為Na2SO4、NaOH、NaCl 的三聚鹽混合物，電槽平均電效降至92%以下，電解液的蒸發和濃堿的沉降效果也受到了影響，嚴重制約了正常生產。

通過調整化驗方法和帶樣外協化驗，確定精鹽水中硫酸根的最高濃度達到了30 g/L 左右，NaCl 降至300 g/L 以下，如此高的硫酸根含量對電槽電效、槽電壓及電槽的其他指標均有很大影響，影響正常生產也存在較大的安全隱患。在這種情況下，該公司采取對蒸發離心機回收鹽進行緊急處理，直接將此回收鹽推出廠房處理和大量外售30%堿后，系統硫酸根大幅下降。

離心機排鹽法雖然可以快速降低硫酸根，沒有污染，投入少，但該法的缺點是費時、費工，最主要是浪費大量的精鹽，而且還需騰出專門空間來堆放。

隨著硫酸根降到合理范圍內，已停止排鹽，但受30%燒堿市場和原鹽質量的制約，如不采取其他措施，硫酸根還是會逐步富集。

該公司采用了常規的鋇法除硝，但運行效果很不理想，存在澄清桶返渾、砂濾器透明度下降等問題。為此，通過調研考察，結合自身的實際情況，通過詳細的工藝計算和反復試驗驗證，制定了另一個高芒鹽除硝法—冬季自然冷卻除硝法。

2 冬季自然冷卻除硝法工藝

該法的原理是隨著高芒鹽水溫度的降低，NaCl的溶解度變化不大，但硫酸根的溶解度卻急劇下降，并以芒硝的形式析出。在春、夏、秋三季不對系統硫酸根處理，待到冬季時，集中處理回收鹽水，將其配制成含NaCl 250 g/L 左右的不飽和鹽水，將此鹽水排入凍硝池進行循環冷卻，將其溫度降至5 ℃以下，就有芒硝析出，靜置待其沉降分離，上層清液返回生產系統再利用，待系統硫酸根含量降至10 g/L 以下時停止脫硝，此時，雖然系統硫酸根會繼續富集，但根據該公司一年的運行情況看，精鹽水中硫酸根含量小于25 g/L，對系統運行影響不大，所以，硫酸根的富集時間是充裕的。2010年1月6日和1月28日分別以冷凍鹽水強制試驗結果見表，在不同室外溫度下自然冷卻的對比試驗結果分別見表1、表2、表3。

表1 冷凍鹽水強制冷卻試驗結果

試驗結果表明，當高芒鹽水的溫度降至5 ℃時，除硝后鹽水的硫酸根含量可控制在13 g/L 左右，出鹽水溫度越低，析出量越大。該工藝要求室外溫度不高于0 ℃，經查近三年的記錄，烏海地區冬季有約六十天室外溫度完全在這個范圍內，冬季除硝的時間是充裕的。采用自然循環冷卻法，完全可將鹽水溫度降至5 ℃左右，可以達到除硝的目的，所以，該工藝在原理上是可行的。冬季自然冷卻除硝法工藝流程見圖1。

表2 室外溫度0 ℃下的自然冷卻試驗結果

表3 室外溫度-2 ℃以下的自然冷卻試驗結果

3 工藝計算

如按每月31天計，堿產量3 660 t 計，則每月用鹽量為6 365 t（含NaCl 95%的原鹽），的平均含量按0.7%計，則每月帶入的量為：

6 365×0.7%=44.5（t）；

以30%燒堿的月產量為660 t，45%燒堿的月產量為3 000 t 計。1 t 折百30%燒堿可帶出9.46 kg 硫酸根；1 t 折百45%燒堿可帶出3.5 kg 硫酸根，則每月帶出硫酸根的量為：

660×9.46÷1 000=6.24（t）；

3 000×3.5÷1 000=10.5（t）；

則每月需處理硫酸根的量為44.5-6.24-10.5=27.76（t）。

以回收鹽水中NaCl 含量為250g/L 計，則，每天需處理回收鹽水405 m3，而化鹽工段每天生產1 200 m3精鹽水，蒸發工段每天送來的回收水量為750 m3，750+405＜1 200，所以，在脫硝時，化鹽工段可以消化掉此部分回收水的。

4 工藝設備

（1）溶鹽池采用露天的、地勢較低的、鹽車容易接近池子即可，化鹽工段現有的自來水池符合這樣的條件，而且，此池使用率較低，有充裕的時間用于溶鹽。

（2）溶鹽溢流桶也是工藝中重要的一個環節。由于化鹽池打來的鹽水中有部分NaCl 和Na2SO4固相存在，回收鹽水在進入凍硝池之前先進入溶鹽溢流桶，用攪拌裝置進行攪拌溶解。此桶可利用化鹽工段閑置的200 m3道爾澄清桶替代，只需重新配置1套電機和減速裝置即可。

（3）凍硝池是工藝中最重要的設施，由于地下比地表溫度高，根據工藝的需要，該池的位置須在地表以上。池子堰高0.8 m，為芒硝設置0.3 m 的積存空間。如果芒硝的積累量過大，在脫硝過程中可用裝載機清除1次。原鍋爐房南側有1個儲煤的空地，面積約一千平方米，可做凍硝池。

（4）集鹵池用原成品工段換下的1口18 t 熬堿鍋（10 m3）即可。

（5）當噴淋冷卻至5 ℃時，硫酸根含量為13 g/L左右，待靜置后，將上層清液放至集鹵池，用抽鹵泵將集鹵池的清液抽走。可用蒸發工段的原加料泵（IJ100-65-250額定流量100 m3/h，額定揚程80 m，現閑置）作為抽鹵泵，此泵同時作為循環噴淋冷卻的循環泵。

（6）回收清液可直接用泵將上層清液直接打入現在的配水罐或打入1#、2#、3#回收鹽水池進行配水。

5 費用投入和效益分析

該法的優點是，（1）一次性投入小，各種土建費用約為二萬元，管道閥門、電纜配電柜費用約三萬元，共計約五萬元。如新上膜法除硝，整套裝置約需五百萬元；（2）運行費用低，每年的實際運行費用約為一萬元。如采用氯化鋇法除硝，每月的費用為十二萬元左右，1年生產日按11.5個月計，則每年的運行費用為138萬元；（3）產生的芒硝無毒性，不存在安全隱患；（4）易于操作控制。

同時還回收利用了年初推出的鹽，按2 000 t計，含鹽量平均為85%，芒硝中硫酸根與氯化鈉的含量比值為10∶1，則實際回收原鹽1 670 t，每噸鹽按280元計，回收費用為46.76萬元。

6 運行情況

運行情況見圖2、圖3。

圖2 從凍硝池析出的芒硝

圖3 鏟車正在清理芒硝

經過1個月的緊張施工和后期試驗，該套系統從2010年11月4日投入使用。在使用過程中，對暴露出的問題，逐一進行了解決，后又根據實際使用情況制定了詳細的《凍硝系統操作規程》，并對相關人員進行了培訓，將此系統交予濃縮工段操作和維護，目前，除硝效果比較理想，底部已析出大量沉積物，經化驗，這些沉積物中工藝硝含量為70%～80%，含鹽2%～5%，精鹽水NaCl 含量已符合工藝指標。

該法的缺點是受室外氣溫的制約。該系統的投入替代了排回收鹽法，大大降低了勞動強度，避免了硫酸根的富集給生產帶來極大的安全隱患以及停車的危險，為安全穩定生產打下堅實的基礎。

該法的成功應用為同類型氯堿企業尤其是冬季氣溫較低的地區解決硫酸根問題，提供了新的思路。