氯堿副產芒硝與純堿蒸氨廢液的綜合利用

2019-10-24 06:10:20

純堿工業 2019年5期

(中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司，內蒙古阿拉善盟 750336)

1 副產品芒硝與廢液的運行現狀

中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司純堿分公司現有純堿產能為33萬t/a，采用的是氨堿法純堿生產工藝。根據現有生產工況，每生產1 t純堿排出蒸氨廢液10 m3左右，年產生蒸氨廢液330萬m3。蒸氨廢液主要成分為CaCl2、NaCl、CaCO3、CaSO4。目前蒸氨廢液副產品的處理是先進行灘曬，制得的濃鈣液再用于生產氯化鈣的原料，回收其中的氯化鈣和氯化鈉，氯化鈉返回純堿化鹽，由于二水氯化鈣生產成本較高，目前氯化鈣生產處于停止狀態。

中鹽吉鹽化集團氯堿廠的燒堿產能為36萬t/a，在一次鹽水精制過程中，采用冷凍脫硝、膜分離工藝降低鹽水中的硫酸根含量，每年因此而副產芒硝(Na2SO4·10H2O)產量為2萬t/a，近幾年氯堿廠摻比使用榆林、寧夏等地的精制鹽中硫酸根含量較低，芒硝實際產生量，見表1。

表1 氯堿廠芒硝實際產量

根據氯堿廠芒硝產量統計表核算，實際每年副產芒硝( Na2SO4·10H2O)約為1.1萬t左右，因其市場規模小、附加值低，目前采取貼補運費送外處理，拉運費10元/t。

純堿分公司蒸氨廢液主要成分為氯化鈣，利用芒硝與氯化鈣反應生成氯化鈉，削減芒硝存量，理論上可行。其反應方程為：

Na2SO4+CaCl2=CaSO4↓+2NaCl

反應生成硫酸鈣沉淀及氯化鈉。

2 芒硝處理蒸氨廢液試驗

2.1 試驗思路

利用現有蒸氨廢液中的氯化鈣與芒硝反應，生成氯化鈉。

2.2 試驗目的

1)通過試驗尋找硫酸鈣在鹵水中的溶解曲線；

3)測定硫酸鈣沉降的時間。

2.3 試驗前期準備

1)檢測芒硝的含量；

3)計算理論上需要加入的芒硝量；

4)準備助沉劑(聚丙烯酰胺)；

5)抽濾設備。

2.4 試驗方案

室溫狀態下，在蒸氨原液(清液)中加入固體芒硝，通過攪拌加速溶解、反應。

1)設計6組試驗：分別稱取不同質量的芒硝，溶解于1 200 mL的蒸餾水中，與固定質量的蒸氨廢液反應;

2)記錄蒸氨原液的溫度、自然沉降時間、加入助沉劑沉降時間;

3)分別取反應后的清液進行NaCl、Ca2+、檢測；

試驗結果見表2、表3。

表2 試驗現象

表3 試驗數據

2.5 試驗結論

1)產生結晶沉淀物細，不易沉淀和分離；

2)反應進行較快，混合后立即產生大量白色結晶；

3)結晶自然沉降速度非常緩慢，不加助沉劑幾乎不分層，加入助沉劑后半小時后分層，但清液量非常少，沉淀物不壓縮；

在不同的電場E、激勵振幅A和ω的實驗條件下，測取減振前后加速度傳感器的實驗數據，在對數據處理時發現同等激勵、不同場強下其減振前的加速度和力的變化基本保持不變，而減振前后的加速度降幅在不同場強下變化明顯。用動態分析儀對同等激勵條件下減振后的加速度曲線進行峰值平均值分析，將三種不同場強下的實驗數據繪制在同一曲線圖5上。

5)反應前后清液中氯化鈉含量明顯上升。

根據試驗數據可以看出，4#試驗是設計反應的最佳配比,芒硝轉化率為89%。

3 實施方案

3.1 直接混合加入(方案一)

將氯堿廠芒硝拉運至純堿廠蒸氨廢液泵房處，通過人工(機械)方式加入到廢液泵房廢液池內，與蒸氨廢液混合后經廢液泵排至原液庫。芒硝與蒸氨廢液中的氯化鈣反應生成的硫酸鈣和氯化鈉，硫酸鈣沉淀于原液庫，氯化鈉在灘曬池中經日曬蒸發后析出回收。

優點：不需要新增設備、裝置投入，確定方案后即可實施。

缺點：

1)反應過程中生成大量硫酸鈣，會堵塞廢液池、管線、廢液泵及廢液輸送管線；

2)雖然是解決了氯堿廠芒硝的處置問題，但是所生成的氯化鈉在灘曬過程中損失較大；

3)從試驗結果來看，所生成的硫酸鈣結晶非常細小，且不易沉降分離，對蒸氨廢液的澄清會有影響。

3.2 利用現有設備改造(方案二)

將某個灘曬池作為反應池或新增反應器，氯堿副產芒硝與蒸氨廢液反應，硫酸鈣沉淀于澄清池，上清液返回純堿廠化鹽工序，添加原鹽至飽和粗鹽水，作為生產純堿的原料，既回收了反應生成的鹽分，又回收了廢液中的水；

優點：投資少，不需要考慮硫酸鈣的處理問題，同時回收鹽和水，經濟效益明顯。

缺點：

1)需增加上清液返回管線，相比方案一需增加投資；

2)相同于方案一，硫酸鈣不易沉降，上清液分離時間長、所需澄清面積大，上清液品質難以保證，方案可行性不高。

3.3 遠期規劃(方案三)

若考慮長周期運行，且以處理廢液中氯化鈣、回收氯化鈉為主，建議增加一套生產裝置，如板框壓濾機、帶式過濾機等，也可考慮離心分離，如臥螺機等。

思路如下：芒硝與氯化鈣溶液在反應器中反應，含硫酸鈣結晶的混合液進入分離裝置(帶式過濾機等),濾液送回化鹽工序，副產硫酸鈣拉運至灘曬工序存放。

處理難點主要是：

1)硫酸鈣結晶不易沉降，考慮采用生產裝置實現過濾分離；

4 經濟效益分析

根據前期試驗分析數據得知，化學反應中芒硝轉化率89%、主含量94%、全年按照11 000 t計，可生成氯化鈉(折百)為：94%×89%×0.44×117÷142×11 000=3 336 t。

灘曬工序氯化鈉回采率約為70%，每噸鹽的完全收益為218元計，全年理論上可產生收益為：3 336×70%×218=509 114元。

按方案二考慮，因不通過灘曬工序，氯化鈉回收率按80%，全年理論上可產生收益為：3 336×80%×218=581 798元。

方案中發生的運行費用主要是芒硝的運輸費及裝卸、加入系統勞務費用，因吉蘭泰地區進入貨物多，出貨少，因此多數情況下為單趟運輸，費用較高，價格為44元/t；裝卸、加入系統勞務費用按每噸10元計，芒硝合計費用54元/t，全年僅芒硝部分費用合計約為：11 000×54=59.4萬元，具體見表4。

表4 經濟效益比較

在回收氯化鈉的同時也增加了硫酸鈣的生成量：11 000×44%×94%×136÷142=4 635 t，折合二水硫酸鈣量為5 862 t。生成硫酸鈣的問題需要進行解決，消化芒硝參與反應的蒸氨廢液總量經過計算為6.72萬m3。考慮公司芒硝運營的現狀，采用方案一，解決了氯堿廠芒硝堆放存在的環保問題，同時也增加了純堿分公司的利潤。采用方案二，不但回收上清液鹽水，還可以解決廢液庫的庫存容量的問題。