Hygien Wash 工藝在氯堿鹽水裝置擴能改造中的應用

張天國，馬林，陳勇江，熊鵬

新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838000)

【鹽水】

HygienWash工藝在氯堿鹽水裝置擴能改造中的應用

張天國*，馬林，陳勇江，熊鵬

新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838000)

鹽水精制；Hygien Wash工藝；擴能；改造

介紹了Hygien Wash 工藝的特點和運行原理，總結了新疆圣雄氯堿有限公司一次鹽水系統擴能改造的過程和經驗，評估了該次改造產生的經濟效益。

新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱“圣雄氯堿”)離子膜法燒堿裝置中的電解槽設計產能為22萬t/a離子膜法燒堿，但一次鹽水裝置設計產能為配套19萬t/a離子膜法燒堿，因此，一次鹽水裝置與后續工序不匹配，導致整套裝置不能達產達標。一次鹽水采用傳統的預處理器、凱膜過濾器工藝，裝置負荷已經達到最大值。若在現有基礎上進行提產，極易導致預處理器反渾，鹽水質量惡化，嚴重制約著圣雄氯堿的產能提升。

1 一次鹽水工藝簡介

一次鹽水工藝如圖1所示。

圖1 一次鹽水工藝流程圖

配水槽水經過換熱器加熱到55～60 ℃后送到溶鹽桶，原鹽經過鏟車送入溶鹽桶，制得飽和鹽水。飽和鹽水從溶鹽桶溢流進入粗鹽水槽，輸送到前反應槽并加入NaOH 溶液，再由加壓泵進氣水混合器后，進入加壓溶氣罐。

出加壓溶氣罐的鹽水加入FeCl3后，進入預處理器。

出預處理器的清液自流進入后反應槽，加入Na2CO3，流入進液高位槽后，進入凱膜過濾器。

過濾的不合格鹽水從回流口流回前反應槽，過濾合格鹽水從清液出口進入過濾鹽水貯槽，經過過濾鹽水泵送至離子膜電解工序[1]。

出電解槽的淡鹽水經脫氯回到一次鹽水膜法脫硝裝置脫硝后，回到一次鹽水配制槽。

由于傳統的凱膜過濾器膜組件只能在預處理器不反渾的條件下才能保證鹽水質量，所以利用原工藝直接進行提產已不可能。

2 利用Hygien Wash 工藝擴能改造

2.1 Hygien Wash 精制原理

HW(Hygien Wash)一次鹽水精制工藝[2]是美國戈爾公司與山東布萊恩化工技術有限公司聯合推出的新一代無預處理器一次鹽水精制工藝。其優點是取消了重力分離精制過程， 實現了有機膜一次精密過濾精制的夙愿，形成全新的工藝方法。

該工藝采用分步加入純堿和燒堿并在反應器中實現一起完成精制沉淀反應，之后利用高抗污染型全四氟過濾膜(SST膜)進行一步過濾，獲得精制鹽水，改變了原有的采用預處理器先除Mg2+后除Ca2+的復雜工藝路線。

HW工藝采用了戈爾公司最先進的SST系列膜產品，99.99%的膜孔徑均為0.2 μm，具有非常高的過濾精度，實測精鹽水中的w(SS)能夠被穩定控制在(1～2)×10-7；同時，該工藝采用低壓過濾，過濾壓力最高不超過45 kPa。因為SST膜為純四氟材料無骨架， 對于任何因素引起的泄漏均不會引起鹽水質量的極度瞬間惡化。

2.2 鹽水系統改造過程

圣雄氯堿保留原始預處理器功能，只在凱膜過濾器(改造前工藝流程如圖2所示)進行升級改造，將凱膜全部更換為SST膜，并在凱膜過濾器上增加全自動清洗系統[3]，將凱膜過濾器原始的數字顯示屏升級改造為PLC自動控制系統，不僅保留了原凱膜過濾器的自動反沖、排渣功能，還實現了一鍵自動清洗功能。

圣雄氯堿一次鹽水工序改造前是配套19萬t/a離子膜法燒堿產能，配套1臺預處理器及3臺凱膜過濾器。

凱膜過濾器改造前用的是傳統的凱膜，每臺凱膜過濾器為240組凱膜，每組9根膜管，單臺凱膜過濾器最大通量為100 m3/h。

由于圣雄氯堿采用的全部是鹽礦原鹽，預處理器的最大鹽水處理量為270 m3/h，若預處理器鹽水量超過270 m3/h，則預處理器出現反渾。由于凱膜只有在預處理器不反渾的條件下才能保證鹽水質量，所以通過凱膜過濾器的鹽水質量會已大幅度惡化，Ca2+、Mg2+含量超標，懸浮物超標。

傳統的凱膜采用鹽酸酸洗，但酸洗過程中稀鹽酸與過濾器中殘留鹽水中的氯酸鹽發生反應，生成氯氣，不僅對現場設備管線造成腐蝕，還會嚴重影響操作人員的健康[4]。凱膜過濾器改造后的工藝流程如圖3所示。

將凱膜更換為SST膜，每組51根膜管，每組SST膜過濾面積1.6 m2，在保留預處理器的運行模式下，膜設計通量為0.3 m3/(m2·h)，則每組SST膜的設計流量為：

Q=1.6×0.3=0.48(m3/h)。

按照每臺過濾器安裝240組考慮，裝置最大生產能力過濾精制鹽水可達到：

240×0.48=115(m3/h)。

盡管流量已經超出預處理器的處理能力，預處理器也產生了局部反渾，但鹽水質量依然能夠保持穩定，完全能夠滿足22萬t/a燒堿一次鹽水需求。

改造后的SST膜過濾器已不用鹽酸進行清洗，而采用酸性精鹽水清洗和堿性精鹽水置換，通過增加清洗氣動閥及PLC自動控制系統，通過增加XV101清洗液進液閥、XV102清洗液排液閥及XV103不合格鹽水排液閥，不僅大幅度改善了現場環境，而且自動化程度大幅提高，實現了自動化的一鍵清洗。

SST膜自動清洗工藝流程(如圖4所示)：通過在精鹽水罐周圍增加清洗液泵、XV01201自動加酸閥及XV01202自動加堿閥，實現了清洗裝置的自動化操作。

3 Hygien Wash 鹽水工藝的優點

(1) HW工藝采用了最先進可靠的SST膜，是戈爾公司在原先微濾膜的基礎上優化改性而來，此膜具有很好的抗污染性，能夠更好地耐受鹽水中有機物和Mg2+等不適合過濾雜質的污染。

圖2 凱膜過濾器改造前工藝流程

(2) 在保留預處理器的運行模式下，圣雄氯堿3臺過濾器達到正常運行能力為300 m3/h，最大運行能力為345 m3/h，大幅度提高一次鹽水現有裝置的生產能力，完全能夠滿足22萬t/a燒堿一次鹽水需求。

(3) 該工藝取消預處理器、加壓容器設備、助沉劑等輔助工藝。

該工藝特點是分兩步分別加入純堿和燒堿精制反應。在精制反應之后，再進入SST膜過濾器進一步過濾，大大縮短了工藝流程，減少了操作難度。取消預處理器或預處理器檢修的條件下，精制鹽水流量達到250 m3/h，也能夠滿足19萬t/a燒堿生產系統對一次鹽水的需求。

4 擴能改造效果總結及經濟效益分析

本次一次鹽水擴能改造自2016年7月9日開始實施。

圖3 凱膜過濾器改造后工藝流程

圖4 SST膜自動清洗工藝流程

7月22—24日完成3臺過濾器SST膜改造，并于8月2日10：00—8月5日10：00完成1#、2#、3#過濾器72 h性能測試。SST膜過濾器出口Ca2+、Mg2+含量變化情況如圖5所示。

橫坐標意義說明：

1—8月2日14：00；2—8月2日18：00；3—8月3日2：00；
4—8月3日10：00；5—8月3日20：00；6—8月4日2：00；
7—8月4日10：00；8—8月4日18：00；9—8月5日2：00

圖5SST膜過濾器出口Ca2+、Mg2+含量變化曲線圖

Fig.5CurvesofchangeinCa2+andMg2+contentatoutletofSSTmembranefilter

SST膜過濾器出口懸浮物SS含量變化情況如圖6所示，SST膜過濾器出口鐵離子含量變化情況如圖7所示。

在測試期間，3臺過濾器總流量為340 m3/h，測試時預處理器已經出現輕微反渾，但對于3臺戈爾膜過濾器，其出口Ca2++Mg2+總質量濃度最高為0.8 mg/L，最低為0.52 mg/L，平均值0.64 mg/L[指標為ρ(Ca2++Mg2+)≤3 mg/L]，懸浮物平均值0.59 mg/L[指標：ρ(SS)≤1 mg/L]，ρ(鐵離子)平均值0.02 mg/L[指標：ρ(鐵離子)≤0.1 mg/L]。

注：橫坐標意義與圖5相同圖6 SST膜過濾器出口懸浮物SS含量變化曲線圖

注：橫坐標意義與圖5相同圖7 SST膜過濾器出口鐵離子含量變化曲線圖

經過戈爾膜72 h大流量的運行測試，盡管預處理器已經出現反渾，但各項指標均在合格范圍之內，說明SST膜改造達到了預期的擴能效果。

如果采用原工藝進行擴能改造，更換現有3臺一次鹽水過濾器過濾膜需108萬元；要達到22萬t/a燒堿，還要增加1臺凱膜及配套管線(約90萬元)。

現有直徑為15.5 m預處理器，如果對預處理器進行擴能改造周期太長將會影響生產，考慮新增1套(3～5)萬t/a規模的加壓溶氣罐，直徑為7 m預處理器系統，至少需要投資500萬元，共計需要：

108+90+500=698萬元。

如果將凱膜更換為戈爾SST膜及HW工藝后，整體改造花費300萬元，為公司節約成本：

698-300=398(萬元)。

項目完成之后,離子膜法燒堿裝置生產能力有原來的19萬t/a提升至22萬t/a，圣雄氯堿燒堿產量增加3萬t/a、PVC產量增加5萬t/a，燒堿按照2 800元/t、PVC按照7 000元/t計，可增加銷售額：

2 800×3+7 000×5=43 400(萬元/a)。

5 結語

新疆圣雄氯堿有限公司基于原有的預處理器、凱膜過濾工藝，將Hygien Wash 工藝用于一次鹽水擴能改造，成功地將一次鹽水產能從配套19萬t/a離子膜法燒堿擴產到配套22萬t/a離子膜法燒堿裝置，用低投入實現了高回報，為中泰集團及其他企業擴能改造提供了借鑒；同時，給預處理器增加旁路管線。若在預處理器出現問題而計劃長時間檢修時，可將預處理器切除系統，采用無預處理器工藝，給鹽水乃至氯堿生產提供了雙重保障，此在氯堿行業內為首例。

[1] 程飛,王艷超,李波.HW 工藝運行總結 [J].氯堿工業,2016,52(4):8-10.

[2] 宋作強,王超,張守蕾,王志磊. Hygien Wash 鹽水精制工藝運行小結[J].中國氯堿,2015(8):7-10.

[3] 烏仁圖雅,劉紅星,張立軍,帥小東.一次鹽水精制裝置運行小結[J].氯堿工業,2015，51(5):7-9.

[4] 江青樹.一次鹽水精制及戈爾過濾技術的應用[J].氯堿工業,2006(10):7-8.

ApplicationofHygienWashprocessinexpansionrevampingofchlor-alkalibrineplant

ZHANGTianguo,MALin,CHENYongjiang,XIONGPeng

(Xinjiang Snxon Energy Co., Ltd.， Turpan 838000, China)

brine refining; Hygien Wash process; capacity expansion; transformation

The characteristics and operation principle of Hygien Wash technology is described. The process of expansion revamping primary brine system in Xinjiang Snxon Energy Co., Ltd. and the obtained experience are summarized. The economic benefits due to the revamp are evaluated.

*

張天國(1986—)，男，工程師，現于新疆圣雄氯堿有限公司電解車間從事生產及工藝技術管理工作，曾發表專業論文多篇，參與發明專利7項。

2017-01-03

TQ114.261

B

1008-133X(2017)09-0004-06

[編輯：費紅麗]