離子膜電解裝置的節(jié)水措施

馬斌，申文強(qiáng)，歐曉梅

(新疆華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

新疆華泰重化工有限責(zé)任公司目前燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)有3套電解裝置(4條生產(chǎn)線)，燒堿裝置總生產(chǎn)能力為50萬t/a，其中1#電解裝置采用日本氯工程電解槽，其生產(chǎn)能力為10萬t/a；2#電解裝置和3#電解裝置的A線、B線均采用北化機(jī)電解槽，其生產(chǎn)能力分別為10萬t/a、15萬t/a、15萬t/a。

1 離子膜電解裝置純水用量分析與測(cè)算

在正常運(yùn)行過程中，離子膜電解裝置純水使用點(diǎn)如表1所示。純水用量計(jì)算如下。

(1)每天三氯化鐵溶液配制用水量X1。正常生產(chǎn)情況下，一次鹽水工序氯化鐵溶液配制使用純水的用量很小，可忽略不計(jì)，X1=0。

(2)每天亞硫酸鈉溶液配制用水量X2。正常生產(chǎn)情況下，一次鹽水工序每天配制亞硫酸鈉溶液10次，平均每次使用純水10 m3，則X2=10×10=100(m3/d)。

(3)每天凱膜過濾裝置用水量X3。正常生產(chǎn)情況下，一次鹽水工序每天酸洗4臺(tái)凱膜過濾器，每次酸洗用水量0.4 m3/h,每臺(tái)酸洗時(shí)間為10 min，4臺(tái)為40 min(2/3 h)，則X3=0.4×2/3≈0.3(m3/d)。

(4)每天膜法除硝配酸用水量X4。正常生產(chǎn)情況下，膜法除硝配酸使用純水量為3 m3/h，則X4=3×24=72(m3/d)。

(5)每天機(jī)泵機(jī)封水X5。正常生產(chǎn)情況下，一次鹽水工序3套裝置機(jī)封水使用純水量為14.4 m3/h，則X5=14.4×24=345.6(m3/d)。

(6)每天樹脂塔再生用純水量X6。正常生產(chǎn)情況下，5臺(tái)樹脂塔再生用純水分別如表2～表5所示。

表2 1#電解裝置樹脂塔再生純水使用情況

表3 2#電解裝置樹脂塔再生純水使用情況

表4 3#電解裝置A線、B線樹脂塔再生純水使用情況

表5 3#電解裝置新增樹脂塔再生純水使用情況

離子膜電解裝置5臺(tái)樹脂塔再生用純水按每24 h再生1次進(jìn)行核算，則5套樹脂塔再生用純水量X6=87.1+107.6+145.02+145.02+107.6=592.34(m3/d)。

(7)每天電解槽陰極加水量X7。根據(jù)流量計(jì)顯示，4條生產(chǎn)線的電解槽陰極加水量分別為12.3、13.8、16.2、16.2 m3/h，則X7=(12.3+13.8+16.2+16.2)×24=1 692(m3/d)。

(8)每年電解槽洗槽用水量X8。電解裝置在停槽時(shí)按照電解槽陰陽極容積計(jì)算，每套裝置電解槽所需的陰陽極洗槽用純水量如下。

1#電解裝置6臺(tái)電解槽洗槽純水用量為：

(6.1+6.4)×6=75(m3)。

2#電解裝置6臺(tái)電解槽洗槽純水用量為：

(13.97+9.83)×6=142.8(m3)。

3#電解裝置A線和B線共16臺(tái)電解槽洗槽純水用量為：

(14.724+10.344)×16=401.088(m3)。

4套裝置電解槽開停車洗槽純水總用量X8=75+142.8+401.088=618.888(m3/a)(按照每年4套裝置全部開停車1次計(jì)算)。

(9)氫氣泵補(bǔ)水用量X9。電解裝置氫氣泵補(bǔ)水僅在裝置原始開車時(shí)進(jìn)行，正常運(yùn)行情況下，氫氣泵補(bǔ)水可忽略不計(jì)，故X9=0。

(10)每天離子膜電解裝置機(jī)泵機(jī)封水用量X10。正常生產(chǎn)情況下，3套離子膜電解裝置機(jī)封水使用純水量分別為2.4 m3/h、2.8 m3/h和17.5 m3/h，則X10=(2.4+2.8+17.5)×24=544.8(m3/d)。

(11)每天電解槽加酸配水量X11。正常生產(chǎn)情況下，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，3套電解裝置每天加酸配水用量分別為24、35、97 m3，則X11=24+35+97=156(m3/d)。

(12)每天鹽酸工序純水總用量X12。根據(jù)進(jìn)戶流量計(jì)顯示統(tǒng)計(jì)，除機(jī)泵機(jī)封水，鹽酸工序純水用量總計(jì)X12=55×24=1 320(m3/d)。

(13)每天鹽酸工序機(jī)泵機(jī)封水X13。正常生產(chǎn)情況下，3套鹽酸裝置機(jī)封水使用純水量為18.6 m3/h，則X13=18.6×24=446.4(m3/d)。

2 電解裝置純水管網(wǎng)工藝優(yōu)化

2.1 燒堿蒸發(fā)二次蒸汽冷凝水的回用

燒堿車間在對(duì)離子膜電解裝置輸送的31.50%～33.00%的堿液進(jìn)行濃縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量二次蒸汽冷凝水，二次蒸汽冷凝水含雜質(zhì)量較少，可以替代高純水使用。燒堿蒸發(fā)每年約產(chǎn)生二次蒸汽冷凝水890 000 m3，每天2 439 m3。通過對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)二次蒸汽冷凝水的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，將合格的冷凝水與純水混合后，供給離子膜電解工序，大大降低了高純水的消耗。工藝改造流程如圖1所示。

圖1 燒堿蒸發(fā)二次蒸汽冷凝液回用流程圖

2.2 熱電系統(tǒng)純水并網(wǎng)工藝優(yōu)化

電解界區(qū)使用的純水是燒堿蒸發(fā)系統(tǒng)二次蒸汽冷凝水和氯乙烯純水站純水，由于氯乙烯純水站負(fù)荷較高，樹脂床失效頻繁。為降低氯乙烯純水站的負(fù)荷，減少純水站樹脂床再生產(chǎn)生的廢水，并充分利用熱電系統(tǒng)多余純水，將熱電系統(tǒng)多余純水并入界區(qū)純水管網(wǎng)，將氯乙烯純水站純水作為系統(tǒng)備用水，從而實(shí)現(xiàn)純水系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。工藝改造流程如圖2所示。

圖2 熱電系統(tǒng)純水供給流程圖

2.3 機(jī)封水工藝改造

對(duì)工藝進(jìn)行改造，將使用后的機(jī)封水進(jìn)行有效回收，再將回收的機(jī)封水用板式換熱器進(jìn)行降溫處理，通過機(jī)封水循環(huán)泵將機(jī)封水送至各個(gè)機(jī)泵，實(shí)現(xiàn)機(jī)封水零排放，降低純水消耗。工藝改造流程如圖3所示。

圖3 機(jī)封水循環(huán)利用流程圖

2.4 亞硫酸鈉配制工藝改造

原一次鹽水工序采用純水將亞硫酸鈉配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的助劑溶液供離子膜界區(qū)使用。為了節(jié)約純水，現(xiàn)改進(jìn)工藝是：將膜法除硝后的貧硝淡鹽水進(jìn)行收集，用于配制亞硫酸鈉助劑溶液。工藝改造流程如圖4所示。

圖4 亞硫酸鈉溶液配制工藝流程圖

3 改造效果分析

1年按330天計(jì)，節(jié)約用純水量計(jì)算如下。

(1)一次鹽水工序凱膜過濾器用水、膜法除硝配酸用水均使用熱電系統(tǒng)的純水，節(jié)約氯乙烯純水站自產(chǎn)純水量為：

(0.3+72)×330=23 859(m3/a)。

(2)一次鹽水工序亞硫酸鈉集中配制改用貧硝淡鹽水后，節(jié)約純水量：

100×330=33 000(m3/a)。

(3)離子膜電解工序5臺(tái)樹脂塔再生用水、電解槽陰極加水、電解槽加酸配水、電解槽洗槽用水(全年按照裝置開停車1次統(tǒng)計(jì))均使用燒堿蒸發(fā)工序二次蒸汽冷凝水，則節(jié)約氯乙烯純水站自產(chǎn)純水量：

(592.44+1 692+156)×330+618.888≈

805 964(m3/a)。

(4)鹽酸工序用水均使用熱電系統(tǒng)的純水，可節(jié)約氯乙烯純水站自產(chǎn)純水量：

1 320×330=435 600(m3/a)。

(6)電解裝置機(jī)封水全部循環(huán)使用，節(jié)約純水量：

(446.4+544.8+345.6)×330=

441 144(m3/a)。

計(jì)算可得，以上節(jié)約純水合計(jì)1 739 567 m3/a。水價(jià)按7.18元/m3計(jì)，全年節(jié)水費(fèi)用1 249萬元。從以上數(shù)據(jù)可以看出，水資源的回收利用和合理利用能很大程度節(jié)約運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能、降耗、減排的效果。

4 結(jié)語

純水工藝的優(yōu)化與改造，不僅合理利用了水資源，還減少了廢水的產(chǎn)生，在清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)方面起到積極作用。