冬季自然冷卻法除硝方案

陳 飛

（內(nèi)蒙古君正能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 背景綜述

內(nèi)蒙古君正化工有限責(zé)任公司二部年產(chǎn)4.2萬t燒堿，5.7萬t PVC 樹脂，其中，30%燒堿外售，45%燒堿制片。1 t 折百30%液堿可帶出9.46 kg 硫酸根；1 t折百45%燒堿可帶出3.5 kg 硫酸根，這樣，原鹽帶入系統(tǒng)的基本可由外售的30%燒堿帶走，基本可實(shí)現(xiàn)平衡，富集度很小，所以，生產(chǎn)30%燒堿時(shí)，一般不必脫除。

隨著國(guó)內(nèi)燒堿產(chǎn)能的逐步增加，隔膜液堿的銷售日益困難，不得不增加片堿的產(chǎn)量。而且隨著原鹽資源的緊缺，原鹽供貨質(zhì)量明顯下降，尤其是含量平均達(dá)到了0.6%～0.8%，造成系統(tǒng)中持續(xù)富集，其在精鹽水中的含量最高達(dá)到30 g/L，NaCl 含量只能達(dá)到300～305 g/L，致使堿液斷電桶里析出透明結(jié)晶物，經(jīng)分析，為Na2SO4、NaOH、NaCl 的三聚鹽混合物，電槽平均電效降至92%以下，電解液的蒸發(fā)和濃堿的沉降效果也受到了影響，嚴(yán)重制約了正常生產(chǎn)。

通過調(diào)整化驗(yàn)方法和帶樣外協(xié)化驗(yàn)，確定精鹽水中硫酸根的最高濃度達(dá)到了30 g/L 左右，NaCl 降至300 g/L 以下，如此高的硫酸根含量對(duì)電槽電效、槽電壓及電槽的其他指標(biāo)均有很大影響，影響正常生產(chǎn)也存在較大的安全隱患。在這種情況下，該公司采取對(duì)蒸發(fā)離心機(jī)回收鹽進(jìn)行緊急處理，直接將此回收鹽推出廠房處理和大量外售30%堿后，系統(tǒng)硫酸根大幅下降。

離心機(jī)排鹽法雖然可以快速降低硫酸根，沒有污染，投入少，但該法的缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，最主要是浪費(fèi)大量的精鹽，而且還需騰出專門空間來堆放。

隨著硫酸根降到合理范圍內(nèi)，已停止排鹽，但受30%燒堿市場(chǎng)和原鹽質(zhì)量的制約，如不采取其他措施，硫酸根還是會(huì)逐步富集。

該公司采用了常規(guī)的鋇法除硝，但運(yùn)行效果很不理想，存在澄清桶返渾、砂濾器透明度下降等問題。為此，通過調(diào)研考察，結(jié)合自身的實(shí)際情況，通過詳細(xì)的工藝計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，制定了另一個(gè)高芒鹽除硝法—冬季自然冷卻除硝法。

2 冬季自然冷卻除硝法工藝

該法的原理是隨著高芒鹽水溫度的降低，NaCl的溶解度變化不大，但硫酸根的溶解度卻急劇下降，并以芒硝的形式析出。在春、夏、秋三季不對(duì)系統(tǒng)硫酸根處理，待到冬季時(shí)，集中處理回收鹽水，將其配制成含NaCl 250 g/L 左右的不飽和鹽水，將此鹽水排入凍硝池進(jìn)行循環(huán)冷卻，將其溫度降至5 ℃以下，就有芒硝析出，靜置待其沉降分離，上層清液返回生產(chǎn)系統(tǒng)再利用，待系統(tǒng)硫酸根含量降至10 g/L 以下時(shí)停止脫硝，此時(shí)，雖然系統(tǒng)硫酸根會(huì)繼續(xù)富集，但根據(jù)該公司一年的運(yùn)行情況看，精鹽水中硫酸根含量小于25 g/L，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響不大，所以，硫酸根的富集時(shí)間是充裕的。2010年1月6日和1月28日分別以冷凍鹽水強(qiáng)制試驗(yàn)結(jié)果見表，在不同室外溫度下自然冷卻的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分別見表1、表2、表3。

表1 冷凍鹽水強(qiáng)制冷卻試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)高芒鹽水的溫度降至5 ℃時(shí)，除硝后鹽水的硫酸根含量可控制在13 g/L 左右，出鹽水溫度越低，析出量越大。該工藝要求室外溫度不高于0 ℃，經(jīng)查近三年的記錄，烏海地區(qū)冬季有約六十天室外溫度完全在這個(gè)范圍內(nèi)，冬季除硝的時(shí)間是充裕的。采用自然循環(huán)冷卻法，完全可將鹽水溫度降至5 ℃左右，可以達(dá)到除硝的目的，所以，該工藝在原理上是可行的。冬季自然冷卻除硝法工藝流程見圖1。

表2 室外溫度0 ℃下的自然冷卻試驗(yàn)結(jié)果

表3 室外溫度-2 ℃以下的自然冷卻試驗(yàn)結(jié)果

3 工藝計(jì)算

如按每月31天計(jì)，堿產(chǎn)量3 660 t 計(jì)，則每月用鹽量為6 365 t（含NaCl 95%的原鹽），的平均含量按0.7%計(jì)，則每月帶入的量為：

6 365×0.7%=44.5（t）；

以30%燒堿的月產(chǎn)量為660 t，45%燒堿的月產(chǎn)量為3 000 t 計(jì)。1 t 折百30%燒堿可帶出9.46 kg 硫酸根；1 t 折百45%燒堿可帶出3.5 kg 硫酸根，則每月帶出硫酸根的量為：

660×9.46÷1 000=6.24（t）；

3 000×3.5÷1 000=10.5（t）；

則每月需處理硫酸根的量為44.5-6.24-10.5=27.76（t）。

以回收鹽水中NaCl 含量為250g/L 計(jì)，則，每天需處理回收鹽水405 m3，而化鹽工段每天生產(chǎn)1 200 m3精鹽水，蒸發(fā)工段每天送來的回收水量為750 m3，750+405＜1 200，所以，在脫硝時(shí)，化鹽工段可以消化掉此部分回收水的。

4 工藝設(shè)備

（1）溶鹽池采用露天的、地勢(shì)較低的、鹽車容易接近池子即可，化鹽工段現(xiàn)有的自來水池符合這樣的條件，而且，此池使用率較低，有充裕的時(shí)間用于溶鹽。

（2）溶鹽溢流桶也是工藝中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于化鹽池打來的鹽水中有部分NaCl 和Na2SO4固相存在，回收鹽水在進(jìn)入凍硝池之前先進(jìn)入溶鹽溢流桶，用攪拌裝置進(jìn)行攪拌溶解。此桶可利用化鹽工段閑置的200 m3道爾澄清桶替代，只需重新配置1套電機(jī)和減速裝置即可。

（3）凍硝池是工藝中最重要的設(shè)施，由于地下比地表溫度高，根據(jù)工藝的需要，該池的位置須在地表以上。池子堰高0.8 m，為芒硝設(shè)置0.3 m 的積存空間。如果芒硝的積累量過大，在脫硝過程中可用裝載機(jī)清除1次。原鍋爐房南側(cè)有1個(gè)儲(chǔ)煤的空地，面積約一千平方米，可做凍硝池。

（4）集鹵池用原成品工段換下的1口18 t 熬堿鍋（10 m3）即可。

（5）當(dāng)噴淋冷卻至5 ℃時(shí)，硫酸根含量為13 g/L左右，待靜置后，將上層清液放至集鹵池，用抽鹵泵將集鹵池的清液抽走?？捎谜舭l(fā)工段的原加料泵（IJ100-65-250額定流量100 m3/h，額定揚(yáng)程80 m，現(xiàn)閑置）作為抽鹵泵，此泵同時(shí)作為循環(huán)噴淋冷卻的循環(huán)泵。

（6）回收清液可直接用泵將上層清液直接打入現(xiàn)在的配水罐或打入1#、2#、3#回收鹽水池進(jìn)行配水。

5 費(fèi)用投入和效益分析

該法的優(yōu)點(diǎn)是，（1）一次性投入小，各種土建費(fèi)用約為二萬元，管道閥門、電纜配電柜費(fèi)用約三萬元，共計(jì)約五萬元。如新上膜法除硝，整套裝置約需五百萬元；（2）運(yùn)行費(fèi)用低，每年的實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用約為一萬元。如采用氯化鋇法除硝，每月的費(fèi)用為十二萬元左右，1年生產(chǎn)日按11.5個(gè)月計(jì)，則每年的運(yùn)行費(fèi)用為138萬元；（3）產(chǎn)生的芒硝無毒性，不存在安全隱患；（4）易于操作控制。

同時(shí)還回收利用了年初推出的鹽，按2 000 t計(jì)，含鹽量平均為85%，芒硝中硫酸根與氯化鈉的含量比值為10∶1，則實(shí)際回收原鹽1 670 t，每噸鹽按280元計(jì)，回收費(fèi)用為46.76萬元。

6 運(yùn)行情況

運(yùn)行情況見圖2、圖3。

圖2 從凍硝池析出的芒硝

圖3 鏟車正在清理芒硝

經(jīng)過1個(gè)月的緊張施工和后期試驗(yàn)，該套系統(tǒng)從2010年11月4日投入使用。在使用過程中，對(duì)暴露出的問題，逐一進(jìn)行了解決，后又根據(jù)實(shí)際使用情況制定了詳細(xì)的《凍硝系統(tǒng)操作規(guī)程》，并對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行了培訓(xùn)，將此系統(tǒng)交予濃縮工段操作和維護(hù)，目前，除硝效果比較理想，底部已析出大量沉積物，經(jīng)化驗(yàn)，這些沉積物中工藝硝含量為70%～80%，含鹽2%～5%，精鹽水NaCl 含量已符合工藝指標(biāo)。

該法的缺點(diǎn)是受室外氣溫的制約。該系統(tǒng)的投入替代了排回收鹽法，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了硫酸根的富集給生產(chǎn)帶來極大的安全隱患以及停車的危險(xiǎn)，為安全穩(wěn)定生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

該法的成功應(yīng)用為同類型氯堿企業(yè)尤其是冬季氣溫較低的地區(qū)解決硫酸根問題，提供了新的思路。