趙 博,董 雷
(黑龍江昊華化工有限公司氯堿廠,黑龍江 齊齊哈爾161033)
黑龍江昊華化工有限公司建設(shè)的“25萬(wàn)t/a離子膜法燒堿”工程,采用了最新的膜法脫硝工藝,取代了氯化鋇法,將離子膜淡鹽水中的硫酸根含量控制在技術(shù)指標(biāo)內(nèi),解決了以往燒堿生產(chǎn)中鋇法脫硝存在的運(yùn)行成本高,環(huán)境污染等問(wèn)題。
膜法脫硝工藝技術(shù)屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。其工藝技術(shù)特點(diǎn)為,利用膜的選擇性分離功能,將鹽水循環(huán)系統(tǒng)中多余的硫酸根以硫酸鈉的形式分離出來(lái)。具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單方便、運(yùn)行成本低、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
膜法脫硝工藝技術(shù)指標(biāo)如下:
(1)預(yù)處理
pH值5~8;
溫度≤40℃;
余氯≤0.1 mg/L。
膜法脫硝工藝技術(shù)的工作原理是根據(jù)納濾膜對(duì)離子截留率不同,即對(duì)S等兩價(jià)或多價(jià)離子具有較高的截留率,而對(duì)Na+、Cl-等一價(jià)離子具有較低的截留率,從而達(dá)到將硫酸根離子與系統(tǒng)分離的目的。
膜法脫硝工藝過(guò)程主要包括預(yù)處理部分(膜法前處理)、膜法脫硝部分(硫酸鈉分離濃縮)、冷凍脫硝部分(硫酸鈉結(jié)晶分離)。即將離子膜燒堿生產(chǎn)中產(chǎn)生的脫氯淡鹽水,經(jīng)預(yù)處理過(guò)程,使淡鹽水各項(xiàng)指標(biāo)合格(含余氯≤0.1 mg/L、pH值為5~8、溫度≤40℃),通過(guò)高壓泵使淡鹽水進(jìn)入膜分離系統(tǒng)進(jìn)行分離,分離后的脫硝水直接回到化鹽工序利用,分離后的濃硝水(硫酸鈉含量為80~100 g/L),通過(guò)冷凍使硫酸根以硫酸鈉的形式過(guò)飽和結(jié)晶析出,經(jīng)過(guò)離心機(jī)分離,得到成品芒硝(十水硫酸鈉)。
膜法脫硝工藝的應(yīng)用是該公司對(duì)離子膜燒堿鹽水系統(tǒng)的技改創(chuàng)新,體現(xiàn)在以下方面。
(1)膜法脫硝采用兩級(jí)膜分離工藝設(shè)計(jì),可以充分利用膜分離的技術(shù)優(yōu)勢(shì),將硫酸鈉含量從一級(jí)分離的60 g/L提升至二級(jí)分離的100 g/L,使硫酸根盡可能地濃縮,減少冷凍脫硝工序需要冷凍的濃硫酸根溶液總量,降低能耗。
(2)合理的冷凍結(jié)晶溫度選擇。采用的新工藝是,2級(jí)膜法濃縮,1次芒硝沉降,沉降后,清液回流到前工序再次用膜法濃縮,沉降溫度只需5℃左右,與一般工藝采用的-5℃冷凍結(jié)晶溫度相比,大大降低了冷凍機(jī)組能耗,同樣規(guī)模的系統(tǒng)每年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約20%以上。
(1)膜脫硝系統(tǒng)為可編程控制器(PLC)自動(dòng)控制。中央控制柜面板上還附有整套系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行模擬板,可直觀顯示各設(shè)備的運(yùn)行情況。
(2)膜脫硝系統(tǒng)裝置設(shè)置1臺(tái)就地儀表和操作盤,在就地盤上可讀出有關(guān)工藝參數(shù),如流量、壓力等。能在就地操作盤上現(xiàn)場(chǎng)啟停系統(tǒng)的進(jìn)水高壓泵和相關(guān)的進(jìn)水閥門。膜脫硝系統(tǒng)裝置還設(shè)有產(chǎn)水側(cè)壓力過(guò)高自動(dòng)泄壓保護(hù)和低壓沖洗等功能。
(3)高壓泵采用變頻控制且出口設(shè)有高壓保護(hù)開(kāi)關(guān),保護(hù)高壓泵的運(yùn)行安全。
(4)pH調(diào)節(jié)及亞硫酸鈉加藥泵的啟停與高壓泵連鎖。此套裝置自動(dòng)化程度高,使得操作更簡(jiǎn)單方便,硫酸根離子的濃度更好控制,鹽水質(zhì)量得到明顯的提高。
以2011年為例,該公司年產(chǎn)芒硝為2 990.5 t,純度為92%左右,脫除硫酸鈉為1 213.3 t。
如果采用氯化鋇法,除去1 213.3 t硫酸鈉則需消耗1 777.5 t氯化鋇,折成98%的氯化鋇為1 813.77 t,每噸氯化鋇價(jià)格為2 800元,則1年采購(gòu)氯化鋇需花費(fèi)507.86萬(wàn)元。
使用膜法脫硝工藝后,2011年膜法脫硝工藝全年耗電為1 561 383.2kW·h,以電費(fèi)0.64元/kW·h計(jì),合計(jì)為999 285.25元;耗水為79 087.95 t,全部回收至化鹽;更換精密濾芯約130支,合計(jì)8 450元;活性炭更換1次3.8 t,計(jì)57 000元,每2年約需更換濾膜80支,每年平均費(fèi)用為880 000元;因此,2011年膜法脫硝裝置運(yùn)行1年,運(yùn)行成本總計(jì)為194.47萬(wàn)元,僅為氯化鋇法的38.3%。
膜法脫硝工藝采用納濾膜法脫除硫酸根,該過(guò)程是一種物理過(guò)程,無(wú)須添加助劑。而氯化鋇法則是以添加一種新雜質(zhì)的方法去除另一種雜質(zhì)。用納濾膜法取代氯化鋇法脫除燒堿系統(tǒng)中的硫酸根,從源頭上杜絕了鋇鹽對(duì)環(huán)境的污染,安全環(huán)保。
該裝置自2010年11月運(yùn)行至今,通過(guò)細(xì)心管理,精心操作,保證了離子膜燒堿工程系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,成功地將離子膜淡鹽水中的硫酸根控制在技術(shù)指標(biāo)內(nèi),從而保證進(jìn)槽鹽水硫酸根濃度≤5 g/L,使鹽水質(zhì)量得到明顯提高,其相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 淡鹽水及一次鹽水硫酸根質(zhì)量濃度(以平均數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì))g/L
該工藝作為一種零排放、環(huán)保節(jié)能的鹽水脫硝技術(shù),適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)離子膜制堿工藝的發(fā)展和需求。