機械蒸汽再壓縮（MVR）技術在全鹵制堿工藝中的應用

閆成林，胡洪銘

（1.重慶江北化肥有限公司，重慶 401120；2.重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221）

機械蒸汽再壓縮（MVR）技術在全鹵制堿工藝中的應用

閆成林1，胡洪銘2

（1.重慶江北化肥有限公司，重慶 401120；2.重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221）

探討了離子膜法制堿工藝實行全鹵制堿的一些方法，并結合重慶市映天輝氯堿化工有限公司資源能源情況，對MVR技術在全鹵制堿工藝中的應用作了全方位分析。

全鹵制堿；MVR機械蒸汽再壓縮；降膜蒸發(fā)器

1 全鹵制堿工藝分析

1.1 離子膜法燒堿淡鹽水的特征

要實現(xiàn)離子膜法全鹵制堿，其核心技術在于淡鹽水的濃縮處理和回收利用，淡鹽水的特征如下。

（1）純凈，Ca2+、Mg2+等雜質含量＜40 ×10-9；

（2）NaCl質量濃度只有 180~200 g/L，常壓下沸點約為103.5℃；

（3）有一定的溫度，脫氯淡鹽水為75℃左右，部分淡鹽水經(jīng)膜法除硝處理與未處理的淡鹽水混合后為60℃左右；

（4）腐蝕性強。

1.2 工藝簡介

離子膜法燒堿要實現(xiàn)全鹵制堿，就是要處理淡鹽水到接近飽和。使淡鹽水接近飽和有2種方式，即去掉水分或者加鹽[1]。去掉水分的方式有膜過濾、多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)及淡鹽水返井。

（1）膜過濾的原理是此膜只允許水分子通過，過濾掉部分水，得到飽和的氯化鈉溶液。此種方法能耗低，但在氯堿行業(yè)的應用上有許多技術難題還未突破，需關注進展。

（2）多效蒸發(fā)是制鹽行業(yè)普遍采用的一種方法。此法需要蒸汽作為能源，消耗蒸汽來達到濃縮的目的。最后一效的二次汽需要用循環(huán)水進行冷卻。

（3）機械蒸汽再壓縮（MVR）技術在食品、海水淡化及廢水處理等行業(yè)應用較多，但國內(nèi)氯堿行業(yè)還未用過。其原理是將單效蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)出來的二次汽用壓縮機再次壓縮，重新返回系統(tǒng)中供熱[2]。壓縮的目的是在一定程度上提高二次汽的焓值和溫度，使之得以循環(huán)利用，將機械能轉化為熱能，減少能量損失。

（4）淡鹽水返井是將地下鹽井當作一個大的化鹽池，使淡鹽水飽和，然后送往一次鹽水處理。

1.3 各種全鹵制堿工藝的比較

膜過濾因技術還處于開發(fā)階段，這里暫不考慮。多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)、淡鹽水返井全鹵制堿工藝比較見表1（按配套15萬t/a離子膜燒堿裝置）。

通過以上比較可以看出，選擇何種工藝要視企業(yè)的資源能源情況而定。關鍵因素有鹽井深度、輸送距離和高差、鹵水雜質含量、蒸汽與電的價格、采鹵和制堿是否在同一企業(yè)等。

表1 各種全鹵制堿工藝的比較

2 全鹵制堿工藝的選擇

2.1 資源能源背景

（1）資源背景。重慶市映天輝氯堿化工有限公司位于重慶長壽經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)重化工園區(qū)，距長壽雙龍鎮(zhèn)約40 km，高差約100 m，該鎮(zhèn)有豐富的鹽鹵資源，探明儲量達14億t，鹽井深度約2 800 m，鹵水為鈣型鹵水，鈣鎂平均含量為1.5 g/L，硫酸根平均含量為1.8 g/L，現(xiàn)已有2家采鹵企業(yè)在生產(chǎn)，并且鹵水管道已經(jīng)鋪設到了廠區(qū)。

（2）能源背景?；@區(qū)實行一體化供熱，公司沒有自備熱電廠，并且廠區(qū)內(nèi)沒有多余的副產(chǎn)蒸汽，外購蒸汽，價格為200元/t，平均電價為0.6元/kW·h。

2.2 工藝選擇

根據(jù)資源背景和表1的全鹵制堿工藝對比可以看出，實施淡鹽水返井難度大，并且采鹵和制堿不屬于同一企業(yè)，此方案不可選。實施多效蒸發(fā)，蒸發(fā)1 t水的成本為82.8元，而采用MVR蒸發(fā)1 t水的成本為21.6元，故選擇MVR更適合實際情況。

3 MVR工藝介紹

3.1 生產(chǎn)技術

機械蒸汽再壓縮技術（簡稱MVR），俗稱熱泵技術，是重新利用蒸發(fā)濃縮過程產(chǎn)生的二次蒸汽的冷凝潛熱，從而減少蒸發(fā)濃縮過程對外界能源需求的一項先進節(jié)能技術[2]。MVR的工作原理是將低溫位的二次蒸汽經(jīng)蒸汽再壓縮機壓縮，以提高溫度、壓力和熱焓，然后，再進入蒸發(fā)器冷凝供熱，以充分利用蒸汽的潛熱。原來要排放的廢蒸汽就得到了充分利用，既回收了其潛熱，提高了熱效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR系統(tǒng)除開車啟動外，正常運行后整個蒸發(fā)過程無需生蒸汽，其能源利用效率相當于多效蒸發(fā)的20效。

該公司通過對國際上此項技術的考察和論證，最后選擇了有成功經(jīng)驗，并在鹽水處理方面處于世界領先地位的某公司技術。

（1）淡鹽水濃縮系統(tǒng)。自脫氯工序來的淡鹽水一部分經(jīng)膜法除硝后進入淡鹽水中間槽，另一部分直接進入淡鹽水中間槽，二次鹽水再生的回收鹽水也直接進入淡鹽水中間槽，3部分淡鹽水在中間槽混合后，通過泵送往預熱器進行預熱，并在泵出口加入少量Na2SO3，保證不含游離氯，與蒸汽冷凝水和濃鹽水并聯(lián)換熱后，進入降膜蒸發(fā)器進行蒸發(fā)。為保證鹽水蒸發(fā)后的濃度到310 g/L，再送往強制循環(huán)蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，蒸發(fā)后的濃縮液與鹵水換熱后，進入過濾精鹽水貯槽，然后進入二次鹽水進行處理。

（2）生蒸汽系統(tǒng)。生產(chǎn)裝置系統(tǒng)開車時，使用生蒸汽將蒸發(fā)器內(nèi)的淡鹽水通過加熱室升高溫度，產(chǎn)生二次蒸汽，通過二次蒸汽的循環(huán)利用，系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽達到平衡后，關閉生蒸汽閥門，停止生蒸汽的使用。當進料鹽水溫度過低時，需要補充少量生蒸汽。進料負荷由低負荷向高負荷調整時，根據(jù)溫度變化情況，補充生蒸汽。

（3）二次蒸汽系統(tǒng)。在淡鹽水濃縮過程中，降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)同時產(chǎn)生二次蒸汽，通過降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)的除膜器進行第一次除掉二次蒸汽中夾帶的氯離子和其他雜質，然后，二次蒸汽進入二次蒸汽洗滌器，通過洗滌泵用洗滌器內(nèi)的循環(huán)洗滌水第二次洗滌二次蒸汽，產(chǎn)生的冷凝液通過調節(jié)閥控制液位，排出冷凝液系統(tǒng)。洗滌后的二次蒸汽再次用加熱室冷凝液進行第三次洗滌，確保進入壓縮機的二次蒸汽中含鹽量低于10×10-6保證蒸汽壓縮機長周期安全穩(wěn)定運行，合格的二次蒸汽進入第一級和第二級蒸汽壓縮機進行加壓升溫。為了避免二次汽過熱，使用加熱室產(chǎn)生的冷凝液對壓縮機和二次蒸汽管道進行噴霧降溫，獲得需要的飽和蒸汽。加壓升溫后的二次汽進入降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器加熱室，通過熱量交換，將熱量傳遞給蒸發(fā)器的淡鹽水，進行蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，實現(xiàn)二次蒸汽的循環(huán)利用。

3.2 工藝流程簡述

MVR工藝流程圖見圖1。

4 實施MVR工藝的優(yōu)點

（1）經(jīng)濟效益顯著。采用MVR工藝對淡鹽水進行濃縮，實現(xiàn)全鹵制堿，與用固體精制鹽相比，在15萬t/a生產(chǎn)規(guī)模下每年可以節(jié)約成本2 150萬元，而且隨著能源價格和精制鹽價格的上漲，節(jié)約成本將會更大，經(jīng)濟效益很可觀。

（2）節(jié)約能源?，F(xiàn)有工藝是用固體鹽去飽和淡鹽水，而固體鹽是由鹵水通過真空制鹽工藝制得，制1 t固體鹽的能源和原料消耗為 （5效真空制鹽）1.08 t蒸汽、54 kW·h電、4.0～5.0 m3鹵水。 加固體鹽將108萬m3淡鹽水 （配套15萬t離子膜燒堿，摻鹵25%情況下）飽和，需要16萬t固體鹽，鹵水制鹽的能耗為17.28萬t蒸汽，864萬kW·h電，折合標煤2.33 萬t。

采用MVR工藝濃縮淡鹽水后，可以直接使用鹵水作為制堿原料，108萬m3淡鹽水濃縮至飽和的能源消耗為 1 752萬kW·h，折合標煤0.22萬t。

（3）間接擴大一次鹽水規(guī)模。使用MVR工藝后，濃縮后的淡鹽水因質量較好，可以直接送往二次鹽水，一次鹽水的處理量減小了一半，對于新建和擴建企業(yè)，可以省下一次鹽水投資幾千萬元。

（4）減少一次鹽水精制劑。一般一次鹽水NaOH過量平均為0.15g/L，Na2CO3過量平均為0.4 g/L，相當于年可以減少過NaOH量108 t，過Na2CO3量288 t。

（5）減少二次鹽水再生次數(shù)。二次鹽水再生周期與鹽水中雜質含量有關，而采用MVR工藝濃縮后的淡鹽水十分干凈，如果一次鹽水處理質量不變的話，混合后就相當于雜質含量減少了一半，再生次數(shù)也減少一半。

（6）產(chǎn)生的蒸汽冷凝水質量好，可作為脫鹽水用。

（7）系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水和濃鹽水可以和鹵水換熱，充分利用所有熱量。

（8）溫差低，對設備的腐蝕比多效蒸發(fā)小。

（9）整個系統(tǒng)占地面積小，全自動控制。

5 實施MVR工藝的注意事項

（1）淡鹽水濃縮相當于一個閉環(huán)系統(tǒng)，一些二次鹽水除不掉的雜質會富集，需要定期排往鹵水貯槽，進入一次鹽水處理。

（2）淡鹽水中的游離氯必須除盡，不然會對蒸發(fā)設備造成腐蝕和對二次鹽水樹脂造成破壞。

（3）使用蒸發(fā)濃縮技術后，系統(tǒng)中的水盡量不回收化鹽，比如二次鹽水中回收的反洗水，脫氯工序的氯水等，需想辦法作為他用。

［1］黃澤茂.離子膜燒堿裝置水平衡及鹵水利用方案的選擇.中國氯堿，2006（11）：15-18.

［2］陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋.化工原理（上冊）.北京：化學工業(yè)出版社，2008：257-259.

Application of mechanical vapor recompression in alkali with whole bittern

YAN Cheng-lin1,HU Hong-ming2
(1.Chongqing Jiangbei Fertilizer Co.,Ltd.,Chongqing 401120,China;2.Chongqing Yingtianhui Chlor-alkali Chemical Co.,Ltd.,Chongqing 401221,China)

Some methods of ionic membrane caustic soda production with whole bittern were discussed.Combing with the resource and energy of Chongqing Yingtianhui Chlor-alkali Chemical Co.,Ltd.,the application of mechanical vapor recompression in caustic soda with whole bittern were analysed.

caustic soda with whole bittern;mechanical vapor compression;falling-film evaporator

TQ114.26+1

B

1009-1785(2011)10-0009-03

2011-05-10