25萬(wàn)t/a燒堿一期項(xiàng)目試運(yùn)行總結(jié)

王經(jīng)川，劉海蓉

（萬(wàn)華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電有限公司，山東 煙臺(tái)264002）

萬(wàn)華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電有限公司一期25 萬(wàn)t/a 燒堿項(xiàng)目建在煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)萬(wàn)華工業(yè)園內(nèi)西側(cè)，主要產(chǎn)品有：液氯、燒堿、鹽酸、氫氣、次氯酸鈉等，是萬(wàn)華工業(yè)園產(chǎn)品鏈的一個(gè)有機(jī)組成部分，主要為園區(qū)輸送符合后續(xù)裝置生產(chǎn)要求的氯氣、燒堿、氫氣。25 萬(wàn)t/a 燒堿項(xiàng)目主要裝置離子膜電解槽，采用了藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司制造的NBZ-2.7型膜極距離子膜電解槽（每臺(tái)電解槽由150 個(gè)單元槽組成）。

1 項(xiàng)目建設(shè)情況

該公司一期25 萬(wàn)t/a 燒堿項(xiàng)目于2013 年8 月進(jìn)入土建大面積施工階段，2014 年6 月28 日完成主體工程建設(shè)及設(shè)備安裝。

生產(chǎn)裝置包括一次鹽水、膜法脫硝、鹽水回用、二次鹽水、淡鹽水脫氯、整流變電、離子膜電解、氯氣處理（含尾氣吸收）、蒸發(fā)、片堿、氫氣處理、氯氣液化（含尾氣吸收）、氣化、液氯包裝、鹽酸、罐區(qū)（燒堿、鹽酸、硫酸、次氯酸鈉）及中控中化樓等。

公用工程裝置單體有：循環(huán)水站、空壓站、冷凍水站、1#變電所、2#變電所、3#變電所、4#變電所。

輔助配套裝置包括綜合倉(cāng)庫(kù)、檢修區(qū)域、初期雨水池、片堿倉(cāng)庫(kù)、門衛(wèi)1、門衛(wèi)2、氯堿生產(chǎn)辦公樓、食堂、更衣及浴室等。裝置建設(shè)規(guī)模一覽表見(jiàn)表1。

表1 裝置建設(shè)規(guī)模一覽表

2 項(xiàng)目工藝流程

該項(xiàng)目一次鹽水精制裝置采用膜過(guò)濾工藝，粗鹽水中的鈣、鎂離子的過(guò)濾采用預(yù)處理器加膜過(guò)濾器工藝流程替代傳統(tǒng)的道爾澄清桶工藝。從化鹽桶上部流出的氯化鈉含量310 g/L 左右的粗鹽水先經(jīng)過(guò)預(yù)處理器除去絕大部分“鎂離子”和有機(jī)雜質(zhì)。除鎂后的粗鹽水中再加入適量碳酸鈉，與鹽水中鈣離子形成的碳酸鈣顆粒，含碳酸鈣顆粒、懸浮物等雜質(zhì)的粗鹽水經(jīng)膜法過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)鹽水中的固液分離一次完成，得到幾乎不含固態(tài)物質(zhì)的液體，同時(shí)使鹽水中的懸浮物含量降到1×10-6以下， 得到一次精制鹽水。精制后的鹽水中加入適量高純鹽酸調(diào)節(jié)pH 至10～11，進(jìn)入二次鹽水精制裝置。

二次鹽水精制裝置采用離子交換樹(shù)脂塔三塔流程（正常情況下兩塔串聯(lián)運(yùn)行，一塔再生），利用螯合樹(shù)脂進(jìn)一步除去一次精制鹽水中含有的鈣離子、鎂離子。精制后二次鹽水中的鈣離子、鎂離子總量小于20×10-9。二次鹽水通過(guò)鹽水高位槽加入電解槽，在直流電的作用下，在電解槽的陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，氯離子失去電子變成氯氣，在電解槽的陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子得到電子被還原變成氫氣，由陽(yáng)極透過(guò)離子膜的鈉離子與陰極室里的氫氧根離子形成氫氧化鈉。從電解槽陽(yáng)極室出來(lái)的氯氣及淡鹽水通過(guò)氣液分離器進(jìn)行分離，氯氣通過(guò)氯氣總管進(jìn)入到氯氣處理工序，淡鹽水的一部分被返回電解槽進(jìn)行循環(huán)，其余部分進(jìn)入淡鹽水脫氯系統(tǒng)。淡鹽水脫氯采用真空脫氯和化學(xué)脫氯相結(jié)合的方法，脫氯塔的內(nèi)部壓力由真空泵控制在250 mmHg 左右，從而使脫氯塔出口的鹽水中的游離氯濃度降到50 mg/L 左右，脫出來(lái)的氯氣進(jìn)入氯氣總管，真空脫氯后的淡鹽水加10%的亞硫酸鈉溶液除去殘余的游離氯，使返回一次鹽水裝置的淡鹽水不含游離氯。

由電解槽陰極室流出的氫氣和燒堿通過(guò)氣液分離器分離，氫氣進(jìn)入氫氣總管被輸送到氫氣處理系統(tǒng)，部分燒堿加入適量純水后又被送回電解槽進(jìn)行循環(huán)，部分作為產(chǎn)品被送到燒堿中間槽分別去蒸發(fā)、罐區(qū)或自用。

氫氣處理采用填料塔將來(lái)自電解的高溫濕氫氣進(jìn)行洗滌，洗滌后的氫氣經(jīng)孟莫克除霧器過(guò)濾后通過(guò)冷卻器進(jìn)一步冷卻、干燥，減少氫氣含水量。處理合格的氫氣部分經(jīng)氫氣壓縮機(jī)加壓、冷卻、脫氧后送往園區(qū)用氫單位，部分由羅茨風(fēng)機(jī)加壓后輸送到片堿工序和鹽酸工序。

氯氣處理采用氯水洗滌塔、填料塔加泡罩塔工藝，用氯水噴淋洗滌和冷卻除去氯氣中夾帶的鹽霧，再經(jīng)冷凍水間接冷卻和除霧器過(guò)濾除去進(jìn)干燥塔的氯氣含水量，以減少酸耗。洗滌、冷卻后進(jìn)入填料塔、泡罩塔。由進(jìn)入填料塔、泡罩塔的硫酸進(jìn)一步干燥后再經(jīng)除霧器除去酸霧，確保干燥后的氯氣含水量小于50×10-6。處理后的合格的氯氣由透平壓縮機(jī)加壓后送入氯氣液化工序。

氯氫處理來(lái)的干燥氯氣在進(jìn)入氯氣液化器前，先與來(lái)自液氯分配臺(tái)的液氯進(jìn)行熱交換，液氯被升溫后去液氯汽化器，汽化后送往園區(qū)用氯單位。被降溫后的氣氯進(jìn)氯氣液化器，由7 ℃的冷凍水進(jìn)一步降溫，大部分被液化成液氯。液氯與未被液化的氣體一起進(jìn)入氣液分離器，進(jìn)行氣液分離，液氯進(jìn)入液氯儲(chǔ)槽，未被液化的氣體（尾氯），大部分去高純鹽酸工序合成鹽酸，一部分尾氯去次氯酸鈉工序生產(chǎn)次氯酸鈉。

鹽酸裝置將來(lái)自氯氣液化的尾氯與來(lái)自氫氣處理的氫氣按一定的比例進(jìn)入鹽酸合成爐合成生產(chǎn)31%的高純鹽酸產(chǎn)品，同時(shí)副產(chǎn)壓力為0.3～0.8 MPa的蒸汽。

廢氣處理裝置采用雙塔堿液吸收工藝，一塔在線，一塔保護(hù)，將來(lái)自電解、氯氣處理、氯氣液化等裝置產(chǎn)生的事故氯氣以及相關(guān)裝置產(chǎn)生的廢氯氣，利用燒堿溶液進(jìn)行吸收處理，生成次氯酸鈉溶液。各種事故氯氣、廢氯氣被NaOH 溶液吸收，均達(dá)到允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 裝置運(yùn)行狀況

2014 年9 月26 日，1#、2#電解槽送電開(kāi)車并打通工藝流程，實(shí)現(xiàn)裝置一次開(kāi)車成功；2014 年12月4日，1-10#電解槽全部送電開(kāi)車；2014 年10月2 日為供園區(qū)用氯單位提供氯氣；2015 年1 月20 日，10 臺(tái)電解槽滿負(fù)荷148.5 kA 運(yùn)行，進(jìn)入約定考核期，開(kāi)始進(jìn)行72 h 性能考核；2015 年1 月26 日考核結(jié)束。

3.1 考核指標(biāo)

（1）燒堿日產(chǎn)量（在電解槽出口）：750 t（按100%NaOH 計(jì)）；電解直流電耗保證值：電流密度為5.5kA/m2；燒堿溫度：90 ℃，濃度為32%。

（2）電解直流電耗小于2 040 kWh／t 燒堿（按100%NaOH 計(jì)）。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量燒堿（在電解槽出口）。NaOH 濃度：≥32%；NaCl：≤30×10-6；NaClO3：≤8×10-6；Fe2O3：≤2×10-6。

氯氣在界區(qū)點(diǎn)（加酸工藝、干基，不含CO2和空氣）。純度：≥98.5%；O2含量：≤0.75%；H2：≤0.05%。

氫氣在界區(qū)點(diǎn)（干基體積含量）。純度：≥99.9%；惰性氣體：≤0.02%。

3.2 核期數(shù)據(jù)及考核計(jì)算

（1）考核期數(shù)據(jù)

考核期電解槽數(shù)據(jù)每2 h 記錄一次，采集部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。

（2）考核計(jì)算

c燒堿=M陰極液×E燒堿×ρ陰極液×24/t考核=5 544×32.15%×1.305×24/72=775.3（t）

式中：c燒堿—燒堿日產(chǎn)量（100%NaOH），t／d；

M陰極液—性能保證考核期間電解槽所產(chǎn)生的陰極液總量，78 082-72 538=5 544（m3）；

E燒堿—性能保證考核期間電解槽所產(chǎn)生的陰極液平均NaOH 濃度，%；

ρ陰極液—性能保證考核期間電解槽所產(chǎn)生的陰極液平均密度，kg／m3；

t考核—性能保證考核時(shí)間，72 h。

日理論產(chǎn)量c理為：

c理=1.492×I×n×b×H/1 000=1.492×14.85×10×150×24/1 000=797.6（t/d）

式中：H—一天的小時(shí)數(shù)（24 h）；

b—10 電解槽臺(tái)數(shù)；

n—150 單槽單元槽數(shù)；

I—14.85 電解槽實(shí)際運(yùn)行電流平均值。

堿電流效率計(jì)算為：

η=（c燒堿÷c理）×100%=（775.3÷797.6）×100%=97.2%

噸堿直流電耗A 為：

A=I×U×24×b÷C-（90-T）×13-（E-32）×17=14.85×456.6×24×10÷775.3-（90-84.2）×13-（32.16-32）×17=2 021（kW·h/t）

式中：b—10 電解槽臺(tái)數(shù)；

I—14.85 電解槽考核期實(shí)際運(yùn)行電流平均值，kA；

U—電解槽考核期電壓實(shí)測(cè)平均值，V；

T—電解槽考核期出口平均槽溫，℃；

E—電解槽考核期出口平均堿濃度，%。

考核期間，電解槽運(yùn)行穩(wěn)定，離子膜堿產(chǎn)量日均775.3 t、噸堿直流電耗2 012 kW、膜電流效率97.2%、堿濃度32.16%（質(zhì)量）、氯氣純度99%、氫氣純度99.83%，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合合同及技術(shù)協(xié)議要求。

4 生產(chǎn)運(yùn)行出現(xiàn)的停車問(wèn)題

項(xiàng)目投產(chǎn)以來(lái)整體運(yùn)行平穩(wěn)，但因大量采用新工藝、新設(shè)備，也出現(xiàn)不少問(wèn)題

（1）2014 年11 月8 日，1#槽EDT 顯示超高，聯(lián)鎖停1#2#槽，經(jīng)檢查確認(rèn)1#槽機(jī)組柜EDT 電阻故障，更換電阻后，系統(tǒng)正常開(kāi)車運(yùn)行；

（2）2014 年11 月17 日，園區(qū)用氯單位突然停用氯氣，崗位操作人員急停氯氣液下泵，氯氣液化裝置的氣液氯換熱器因液氯中斷供給，氣氯溫度急劇升高，壓力亦急劇升高，造成透平機(jī)出口壓力過(guò)高，引起透平機(jī)喘振，致使系統(tǒng)聯(lián)鎖停車。故障原因查清后，找出相應(yīng)對(duì)策：加強(qiáng)與園區(qū)用氯單位交流、溝通，發(fā)現(xiàn)氯氣壓力、流量異常等及時(shí)相互通知；接到園區(qū)用氯單位停用氯氣通知后必須立即停氯氣液下泵，并關(guān)閉出口閥門（防止氣液氯換熱器液氯倒流），同時(shí)系統(tǒng)迅速降負(fù)荷，并打開(kāi)氯氣泄壓閥門，將透平機(jī)出口壓力控制在正常操作范圍。

5 新工藝、節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用

25 萬(wàn)t/a 燒堿一期項(xiàng)目大量采用新工藝、新型節(jié)能設(shè)備，主要目的就是降能減耗，提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的三廢物質(zhì)進(jìn)行綜合治理，達(dá)標(biāo)排放。

（1）主體設(shè)備離子膜電解槽采用的國(guó)產(chǎn)NBZ-2.7型膜極距法離子膜電解槽，其陽(yáng)極采用改進(jìn)的涂層新配方及燒結(jié)工藝，較以往國(guó)產(chǎn)電解槽陽(yáng)極電位降低30～40 mV，電解槽自2014 年9 月26 日運(yùn)行至今，經(jīng)測(cè)算平均槽電壓3.04 V，節(jié)電效果明顯；

（2）一次鹽水精制裝置采用膜過(guò)濾工藝，膜過(guò)濾器的過(guò)濾能力是一般過(guò)濾器的5～10 倍，過(guò)濾膜為多孔聚四氟乙烯，過(guò)濾和反清洗壓力低，具有能耗低、使用成本低、使用周期長(zhǎng)、維修費(fèi)用少等特點(diǎn)。脫硝裝置采用了行業(yè)先進(jìn)的MDD 膜過(guò)濾工藝，該工藝操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低，避免了使用氯化鋇脫硝對(duì)環(huán)境和職業(yè)健康造成的危害；

（3）鹽水回用裝置采用先進(jìn)的氧化吸附工藝，對(duì)園區(qū)單位產(chǎn)生的含鹽、堿等廢水進(jìn)行氧化吸附處理，除掉大部分碳、氮氧化物，達(dá)到一次鹽水配水要求。該工藝既能減少?gòu)U液的排放，又能回收大量工業(yè)鹽，降低生產(chǎn)物料消耗；

（4）氯氣干燥工藝采用填料塔后接泡罩塔，進(jìn)泡罩塔的硫酸經(jīng)過(guò)冷凍水冷卻，降低硫酸本身的水蒸氣分壓，采用先進(jìn)的除霧器除去酸霧，確保干燥后的氯氣含水量小于50×10-6；

（5）氯氣液化裝置采用高溫高壓法液化原氯，透平機(jī)氯氣出口壓力設(shè)計(jì)值為0.8～1.1 MPa （因新設(shè)備、新工藝，目前運(yùn)行壓力低于0.8 MPa），利用7 ℃左右的冷凍水使原料氯氣在25～27 ℃就能液化，液化效率達(dá)到94%～96%，而且省去低溫低壓、中溫中壓法所需要的大量制冷設(shè)備，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中高溫高壓法液化原氯節(jié)能效果非常明顯；

（6）高純鹽酸合成裝置采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的副產(chǎn)蒸汽鹽酸三合一合成爐，純水自蒸汽發(fā)生閃蒸罐，進(jìn)入三合一爐副產(chǎn)蒸汽段夾套與氯化氫氣體熱交換，回收氯化氫燃燒反應(yīng)熱量，在降低氯化氫氣體溫度的同時(shí)又產(chǎn)生壓力0.3 MPa 以上蒸汽，該部分蒸汽主要用來(lái)汽化液氯，供園區(qū)單位使用；

（7）生產(chǎn)系統(tǒng)所需要的7 ℃冷凍水全部由溴化鋰機(jī)組生產(chǎn)，溴化鋰機(jī)組是一種環(huán)保、耗電少的節(jié)能產(chǎn)品，是以蒸汽為驅(qū)動(dòng)能源、以純水為制冷劑、以溴化鋰溶液為吸收劑的制冷裝置。溴化鋰無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)爆炸危險(xiǎn)，安全可靠，與氟利昂制冷機(jī)組比，更有利于環(huán)境保護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

萬(wàn)華化學(xué) （煙臺(tái)） 氯堿熱電有限公司一期25 萬(wàn)t/a 燒堿項(xiàng)目成功開(kāi)車并平穩(wěn)運(yùn)行至今，所產(chǎn)氯氣全部供萬(wàn)華工業(yè)園使用，為萬(wàn)華工業(yè)園單位開(kāi)車生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，成為山東經(jīng)濟(jì)騰飛發(fā)展又一亮點(diǎn)，同時(shí)也為萬(wàn)華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電有限公司二期25 萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目打下堅(jiān)實(shí)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。氯堿生產(chǎn)是高能耗行業(yè)，萬(wàn)華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電有限公司將在生產(chǎn)過(guò)程不斷采用行業(yè)中的新技術(shù)、新型節(jié)能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。