60萬t/a離子膜燒堿項(xiàng)目一次鹽水系統(tǒng)方案選擇

王家忠，司馬飛

（山東金嶺集團(tuán)有限公司，山東 東營 257300）

江蘇富強(qiáng)新材料有限公司（以下簡(jiǎn)稱江蘇富強(qiáng)）為山東金嶺集團(tuán)下屬全資公司，位于江蘇省淮安鹽化新材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)，集團(tuán)公司為了進(jìn)一步拓寬經(jīng)營領(lǐng)域，壯大企業(yè)規(guī)模，推動(dòng)跨越發(fā)展，立足當(dāng)前，著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，制定了新一輪發(fā)展規(guī)劃，決定利用淮安豐富的鹽礦資源和優(yōu)越的發(fā)展環(huán)境，在淮安鹽化新區(qū)投資建設(shè)離子膜燒堿項(xiàng)目、甲烷氯化物項(xiàng)目、雙氧水項(xiàng)目、雙氧水法環(huán)氧丙烷項(xiàng)目、苯胺項(xiàng)目、環(huán)氧氯丙烷項(xiàng)目、專業(yè)碼頭航運(yùn)項(xiàng)目、鹽礦開采管道項(xiàng)目。項(xiàng)目分兩期建設(shè)，一期達(dá)產(chǎn)后，將實(shí)現(xiàn)銷售收入200億元。其中一期燒堿配套鹽水系統(tǒng)規(guī)模60萬t/a。

項(xiàng)目建設(shè)初衷就是為了充分利用地下鹵水礦資源，大力發(fā)展鹽化工循環(huán)產(chǎn)業(yè)，為了最大程度的利用鹵水礦資源，一次鹽水系統(tǒng)方案顯得尤為重要。

1 鹵水指標(biāo)

根據(jù)實(shí)地鹽礦的情況，分時(shí)間及地點(diǎn)多次采集匯總，確保鹽礦數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，具體參數(shù)見表1。

表1 鹵水礦主要性能參數(shù) g/L

通過表1可以看出，整體鹽礦參數(shù)穩(wěn)定，鹽含量符合項(xiàng)目預(yù)測(cè)，針對(duì)以上參數(shù)，項(xiàng)目組制定了多個(gè)方案來選擇，進(jìn)行討論，包括從配置上、運(yùn)行成本等多方面進(jìn)行考察，最終確定最佳方案。

2 一次鹽水系統(tǒng)方案的選擇

（1）方案一：離子膜淡鹽水全部返井工藝。根據(jù)裝置規(guī)模需要的一次鹽水量約為750 m3/h，考慮到鹵水礦為鈉型礦，富含大量的硫酸根離子，首先考慮鹵水直接冷凍去除大部分硫酸根離子或添加一定量的鈣離子沉淀分離，經(jīng)核算，均不經(jīng)濟(jì)。若采用冷凍方法，需要將鹵水降溫至0度附近，這需要耗費(fèi)大量冷量，后期還需要蒸汽升溫；對(duì)于鈣離子法去掉鹵水中硫酸根離子，需要添加大量的CaCl2（目前市場(chǎng)均價(jià)為1000元/t）。該工藝方案流程簡(jiǎn)單，但運(yùn)行費(fèi)極高，且鹵水礦距離裝置還有較遠(yuǎn)距離，經(jīng)過討論放棄該方案。

（2）方案二：鹵水全部真空制鹽。鹵水經(jīng)過凈化之后，進(jìn)行真空制鹽，淡鹽水化鹽，經(jīng)過反應(yīng)進(jìn)入一次鹽水過濾器，主要流程框架圖見圖1。

圖1 鹵水全部真空制鹽流程圖

本工藝方案流程簡(jiǎn)單，但鹵水精制需要消耗大量蒸汽，能耗高。

（3）方案三：淡鹽水經(jīng)MVR濃縮回到一次鹽水系統(tǒng)方案。結(jié)合目前氯堿行業(yè)最新的技術(shù)，采用淡鹽水MVR濃縮技術(shù)來實(shí)現(xiàn)整體工藝的運(yùn)行，不僅可以節(jié)省蒸汽消耗，而且對(duì)整體系統(tǒng)平衡起到重要作用，該方案中為了平衡系統(tǒng)中過量的硫酸根，采取部分鹵水和淡鹽水混合的方式進(jìn)行膜法除硝，這樣既保證了進(jìn)膜法除硝的鹽水濃度控制在230～250 g/L，還可以保證硫酸根濃度大于14 g/L，達(dá)到最佳的膜法除硝的條件。隨后經(jīng)過膜法除硝的滲透液進(jìn)入MVR濃縮至305 g/L，然后進(jìn)入一次鹽水反應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)入膜過濾器，3種方案對(duì)比見表2。

通過表2對(duì)比，發(fā)現(xiàn)第三種方案運(yùn)行成本最低，而且還避免離子富集等不穩(wěn)定因素。

在方案三的基礎(chǔ)上，對(duì)于膜法除硝之后的濃縮液的處理，有2個(gè)方案討論。

（1）SST+MRO+MVR+鹽硝聯(lián)產(chǎn)。鹵水經(jīng)過除氨以后，經(jīng)兩級(jí)反應(yīng)直接用泵送至一次鹽水過濾器，合格的一次鹽水經(jīng)電解后與部分鹵水混合去膜法除硝，膜法除硝后的滲透液經(jīng)MVR進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，膜法除硝后的濃縮液進(jìn)入鹽硝聯(lián)產(chǎn)，鹽硝聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)出的NaCl送回系統(tǒng)化鹽使用，元明粉外銷。

表2 3種方案對(duì)比表

（2）SST+MRO+MVR+熱蒸發(fā)元明粉，鹵水經(jīng)過除氨以后，經(jīng)兩級(jí)反應(yīng)直接用泵送至一次鹽水過濾器，合格的一次鹽水經(jīng)電解后與部分鹵水混合去膜法除硝，膜法除硝后的滲透液經(jīng)MVR進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，膜法除硝后的濃縮液進(jìn)入冷凍單元，冷凍單元產(chǎn)出的十水芒硝，利用熱法溶解蒸發(fā)，產(chǎn)元明粉外銷，見圖2。

圖2 鹵水制鹽產(chǎn)生元明粉工藝簡(jiǎn)圖

通過對(duì)比，可以看出方案二更具有綜合優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目組最終決定采取淡鹽水去MVR+冷凍+熱蒸發(fā)的方案。2種方案運(yùn)行對(duì)比見表3，最終采用的方案框架圖見圖3。

3 一次鹽水工藝的選擇

該項(xiàng)目一次鹽水過濾工藝采用是無預(yù)處理器工藝，工藝簡(jiǎn)單，無預(yù)處理、粗過濾等輔助工藝，精制反應(yīng)之后進(jìn)行一步過濾，大大減少了操作難度。同時(shí)工藝過濾過程屬于終端過濾，過濾排渣中固含量高，濃縮倍數(shù)可以達(dá)到50倍以上，鹽泥無需二次濃縮增稠，可以直接進(jìn)行鹽泥壓濾，大大提高鹽泥壓濾的效率，徹底解決錯(cuò)流過濾過程帶來的濃縮比例小（濃縮倍數(shù)增加會(huì)帶來精鹽水產(chǎn)量下降）、鹽泥固含量低需要二次增稠的弊端。不同工藝對(duì)比見表4。

表3 以上兩種方案的運(yùn)行對(duì)比

圖3 最終方案簡(jiǎn)圖

采用無預(yù)處理HW新工藝，節(jié)省了4臺(tái)預(yù)處理器系統(tǒng)的投資，整體項(xiàng)目節(jié)省兩千多萬元。

采用無預(yù)處理HW新工藝，該工藝另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為低壓終端過濾，過濾壓力僅有10～20 kPa，非常低，對(duì)應(yīng)電耗也大幅降低，見表5。

表4 一次鹽水不同工藝對(duì)比

表5 不同工藝電耗對(duì)比表

通過對(duì)比，年節(jié)省電費(fèi)六十余萬元。

一次鹽水過濾系統(tǒng)采取兩條線單獨(dú)過濾的方式，line1為800 m3/h，精制過濾后進(jìn)入離子膜電解，line2為300 m3/h精制過濾后和離子膜來的淡鹽水一起進(jìn)入膜法除硝。兩條線可以根據(jù)產(chǎn)量需求及鹵水中硫酸根量的變化適當(dāng)調(diào)整，為整體一次鹽水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 膜法除硝工藝的選擇

國內(nèi)目前主流的膜法除工藝均分為3個(gè)單元，即預(yù)處理、膜過濾及冷凍單元。考慮到膜法除硝的規(guī)模較大，為了節(jié)省冷量消耗，冷凍單元采取雙效結(jié)晶的方式來提高效率。

5 結(jié)語

一次鹽水系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行是離子膜長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，對(duì)氯堿生產(chǎn)起著舉足輕重的作用，本鹽水系統(tǒng)較以往復(fù)雜程度高、聯(lián)動(dòng)性強(qiáng)，在項(xiàng)目之初考慮的盡量詳細(xì)，對(duì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)的深入探討顯的更加有意義。經(jīng)過多方考察及多個(gè)方案的核算及討論，最終選擇出了最優(yōu)方案，為集團(tuán)公司戰(zhàn)略發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。