膜法脫硝工藝在離子膜法燒堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

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)境污染等問題。

1 膜法脫硝工藝的技術(shù)特點(diǎn)

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。具有自動化程度高、操作簡單方便、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。

2 膜法脫硝工藝的應(yīng)用情況

膜法脫硝工藝技術(shù)的工作原理是根據(jù)納濾膜對離子截留率不同，即對S等兩價(jià)或多價(jià)離子具有較高的截留率，而對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），通過冷凍使硫酸根以硫酸鈉的形式過飽和結(jié)晶析出，經(jīng)過離心機(jī)分離，得到成品芒硝（十水硫酸鈉）。

膜法脫硝工藝的應(yīng)用是該公司對離子膜燒堿鹽水系統(tǒng)的技改創(chuàng)新，體現(xiàn)在以下方面。

2.1 節(jié)能

（1）膜法脫硝采用兩級膜分離工藝設(shè)計(jì)，可以充分利用膜分離的技術(shù)優(yōu)勢，將硫酸鈉含量從一級分離的60 g/L提升至二級分離的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。

2.2 自動化程度高

（1）膜脫硝系統(tǒng)為可編程控制器（PLC）自動控制。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)壓力過高自動泄壓保護(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。此套裝置自動化程度高，使得操作更簡單方便，硫酸根離子的濃度更好控制，鹽水質(zhì)量得到明顯的提高。

2.3 運(yùn)行成本低

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年采購氯化鋇需花費(fèi)507.86萬元。

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194.47萬元，僅為氯化鋇法的38.3%。

2.4 安全環(huán)保

膜法脫硝工藝采用納濾膜法脫除硫酸根，該過程是一種物理過程，無須添加助劑。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

3 結(jié)論

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)目前國內(nèi)離子膜制堿工藝的發(fā)展和需求。