25萬t/a燒堿一期項目試運行總結(jié)

王經(jīng)川，劉海蓉

（萬華化學(xué)（煙臺）氯堿熱電有限公司，山東 煙臺264002）

萬華化學(xué)（煙臺）氯堿熱電有限公司一期25 萬t/a 燒堿項目建在煙臺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)萬華工業(yè)園內(nèi)西側(cè)，主要產(chǎn)品有：液氯、燒堿、鹽酸、氫氣、次氯酸鈉等，是萬華工業(yè)園產(chǎn)品鏈的一個有機組成部分，主要為園區(qū)輸送符合后續(xù)裝置生產(chǎn)要求的氯氣、燒堿、氫氣。25 萬t/a 燒堿項目主要裝置離子膜電解槽，采用了藍星（北京）化工機械有限公司制造的NBZ-2.7型膜極距離子膜電解槽（每臺電解槽由150 個單元槽組成）。

1 項目建設(shè)情況

該公司一期25 萬t/a 燒堿項目于2013 年8 月進入土建大面積施工階段，2014 年6 月28 日完成主體工程建設(shè)及設(shè)備安裝。

生產(chǎn)裝置包括一次鹽水、膜法脫硝、鹽水回用、二次鹽水、淡鹽水脫氯、整流變電、離子膜電解、氯氣處理（含尾氣吸收）、蒸發(fā)、片堿、氫氣處理、氯氣液化（含尾氣吸收）、氣化、液氯包裝、鹽酸、罐區(qū)（燒堿、鹽酸、硫酸、次氯酸鈉）及中控中化樓等。

公用工程裝置單體有：循環(huán)水站、空壓站、冷凍水站、1#變電所、2#變電所、3#變電所、4#變電所。

輔助配套裝置包括綜合倉庫、檢修區(qū)域、初期雨水池、片堿倉庫、門衛(wèi)1、門衛(wèi)2、氯堿生產(chǎn)辦公樓、食堂、更衣及浴室等。裝置建設(shè)規(guī)模一覽表見表1。

表1 裝置建設(shè)規(guī)模一覽表

2 項目工藝流程

該項目一次鹽水精制裝置采用膜過濾工藝，粗鹽水中的鈣、鎂離子的過濾采用預(yù)處理器加膜過濾器工藝流程替代傳統(tǒng)的道爾澄清桶工藝。從化鹽桶上部流出的氯化鈉含量310 g/L 左右的粗鹽水先經(jīng)過預(yù)處理器除去絕大部分“鎂離子”和有機雜質(zhì)。除鎂后的粗鹽水中再加入適量碳酸鈉，與鹽水中鈣離子形成的碳酸鈣顆粒，含碳酸鈣顆粒、懸浮物等雜質(zhì)的粗鹽水經(jīng)膜法過濾器實現(xiàn)鹽水中的固液分離一次完成，得到幾乎不含固態(tài)物質(zhì)的液體，同時使鹽水中的懸浮物含量降到1×10-6以下， 得到一次精制鹽水。精制后的鹽水中加入適量高純鹽酸調(diào)節(jié)pH 至10～11，進入二次鹽水精制裝置。

二次鹽水精制裝置采用離子交換樹脂塔三塔流程（正常情況下兩塔串聯(lián)運行，一塔再生），利用螯合樹脂進一步除去一次精制鹽水中含有的鈣離子、鎂離子。精制后二次鹽水中的鈣離子、鎂離子總量小于20×10-9。二次鹽水通過鹽水高位槽加入電解槽，在直流電的作用下，在電解槽的陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，氯離子失去電子變成氯氣，在電解槽的陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子得到電子被還原變成氫氣，由陽極透過離子膜的鈉離子與陰極室里的氫氧根離子形成氫氧化鈉。從電解槽陽極室出來的氯氣及淡鹽水通過氣液分離器進行分離，氯氣通過氯氣總管進入到氯氣處理工序，淡鹽水的一部分被返回電解槽進行循環(huán)，其余部分進入淡鹽水脫氯系統(tǒng)。淡鹽水脫氯采用真空脫氯和化學(xué)脫氯相結(jié)合的方法，脫氯塔的內(nèi)部壓力由真空泵控制在250 mmHg 左右，從而使脫氯塔出口的鹽水中的游離氯濃度降到50 mg/L 左右，脫出來的氯氣進入氯氣總管，真空脫氯后的淡鹽水加10%的亞硫酸鈉溶液除去殘余的游離氯，使返回一次鹽水裝置的淡鹽水不含游離氯。

由電解槽陰極室流出的氫氣和燒堿通過氣液分離器分離，氫氣進入氫氣總管被輸送到氫氣處理系統(tǒng)，部分燒堿加入適量純水后又被送回電解槽進行循環(huán)，部分作為產(chǎn)品被送到燒堿中間槽分別去蒸發(fā)、罐區(qū)或自用。

氫氣處理采用填料塔將來自電解的高溫濕氫氣進行洗滌，洗滌后的氫氣經(jīng)孟莫克除霧器過濾后通過冷卻器進一步冷卻、干燥，減少氫氣含水量。處理合格的氫氣部分經(jīng)氫氣壓縮機加壓、冷卻、脫氧后送往園區(qū)用氫單位，部分由羅茨風(fēng)機加壓后輸送到片堿工序和鹽酸工序。

氯氣處理采用氯水洗滌塔、填料塔加泡罩塔工藝，用氯水噴淋洗滌和冷卻除去氯氣中夾帶的鹽霧，再經(jīng)冷凍水間接冷卻和除霧器過濾除去進干燥塔的氯氣含水量，以減少酸耗。洗滌、冷卻后進入填料塔、泡罩塔。由進入填料塔、泡罩塔的硫酸進一步干燥后再經(jīng)除霧器除去酸霧，確保干燥后的氯氣含水量小于50×10-6。處理后的合格的氯氣由透平壓縮機加壓后送入氯氣液化工序。

氯氫處理來的干燥氯氣在進入氯氣液化器前，先與來自液氯分配臺的液氯進行熱交換，液氯被升溫后去液氯汽化器，汽化后送往園區(qū)用氯單位。被降溫后的氣氯進氯氣液化器，由7 ℃的冷凍水進一步降溫，大部分被液化成液氯。液氯與未被液化的氣體一起進入氣液分離器，進行氣液分離，液氯進入液氯儲槽，未被液化的氣體（尾氯），大部分去高純鹽酸工序合成鹽酸，一部分尾氯去次氯酸鈉工序生產(chǎn)次氯酸鈉。

鹽酸裝置將來自氯氣液化的尾氯與來自氫氣處理的氫氣按一定的比例進入鹽酸合成爐合成生產(chǎn)31%的高純鹽酸產(chǎn)品，同時副產(chǎn)壓力為0.3～0.8 MPa的蒸汽。

廢氣處理裝置采用雙塔堿液吸收工藝，一塔在線，一塔保護，將來自電解、氯氣處理、氯氣液化等裝置產(chǎn)生的事故氯氣以及相關(guān)裝置產(chǎn)生的廢氯氣，利用燒堿溶液進行吸收處理，生成次氯酸鈉溶液。各種事故氯氣、廢氯氣被NaOH 溶液吸收，均達到允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 裝置運行狀況

2014 年9 月26 日，1#、2#電解槽送電開車并打通工藝流程，實現(xiàn)裝置一次開車成功；2014 年12月4日，1-10#電解槽全部送電開車；2014 年10月2 日為供園區(qū)用氯單位提供氯氣；2015 年1 月20 日，10 臺電解槽滿負(fù)荷148.5 kA 運行，進入約定考核期，開始進行72 h 性能考核；2015 年1 月26 日考核結(jié)束。

3.1 考核指標(biāo)

（1）燒堿日產(chǎn)量（在電解槽出口）：750 t（按100%NaOH 計）；電解直流電耗保證值：電流密度為5.5kA/m2；燒堿溫度：90 ℃，濃度為32%。

（2）電解直流電耗小于2 040 kWh／t 燒堿（按100%NaOH 計）。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量燒堿（在電解槽出口）。NaOH 濃度：≥32%；NaCl：≤30×10-6；NaClO3：≤8×10-6；Fe2O3：≤2×10-6。

氯氣在界區(qū)點（加酸工藝、干基，不含CO2和空氣）。純度：≥98.5%；O2含量：≤0.75%；H2：≤0.05%。

氫氣在界區(qū)點（干基體積含量）。純度：≥99.9%；惰性氣體：≤0.02%。

3.2 核期數(shù)據(jù)及考核計算

（1）考核期數(shù)據(jù)

考核期電解槽數(shù)據(jù)每2 h 記錄一次，采集部分?jǐn)?shù)據(jù)見表2。

（2）考核計算

c燒堿=M陰極液×E燒堿×ρ陰極液×24/t考核=5 544×32.15%×1.305×24/72=775.3（t）

式中：c燒堿—燒堿日產(chǎn)量（100%NaOH），t／d；

M陰極液—性能保證考核期間電解槽所產(chǎn)生的陰極液總量，78 082-72 538=5 544（m3）；

E燒堿—性能保證考核期間電解槽所產(chǎn)生的陰極液平均NaOH 濃度，%；

ρ陰極液—性能保證考核期間電解槽所產(chǎn)生的陰極液平均密度，kg／m3；

t考核—性能保證考核時間，72 h。

日理論產(chǎn)量c理為：

c理=1.492×I×n×b×H/1 000=1.492×14.85×10×150×24/1 000=797.6（t/d）

式中：H—一天的小時數(shù)（24 h）；

b—10 電解槽臺數(shù)；

n—150 單槽單元槽數(shù)；

I—14.85 電解槽實際運行電流平均值。

堿電流效率計算為：

η=（c燒堿÷c理）×100%=（775.3÷797.6）×100%=97.2%

噸堿直流電耗A 為：

A=I×U×24×b÷C-（90-T）×13-（E-32）×17=14.85×456.6×24×10÷775.3-（90-84.2）×13-（32.16-32）×17=2 021（kW·h/t）

式中：b—10 電解槽臺數(shù)；

I—14.85 電解槽考核期實際運行電流平均值，kA；

U—電解槽考核期電壓實測平均值，V；

T—電解槽考核期出口平均槽溫，℃；

E—電解槽考核期出口平均堿濃度，%。

考核期間，電解槽運行穩(wěn)定，離子膜堿產(chǎn)量日均775.3 t、噸堿直流電耗2 012 kW、膜電流效率97.2%、堿濃度32.16%（質(zhì)量）、氯氣純度99%、氫氣純度99.83%，各項數(shù)據(jù)符合合同及技術(shù)協(xié)議要求。

4 生產(chǎn)運行出現(xiàn)的停車問題

項目投產(chǎn)以來整體運行平穩(wěn)，但因大量采用新工藝、新設(shè)備，也出現(xiàn)不少問題

（1）2014 年11 月8 日，1#槽EDT 顯示超高，聯(lián)鎖停1#2#槽，經(jīng)檢查確認(rèn)1#槽機組柜EDT 電阻故障，更換電阻后，系統(tǒng)正常開車運行；

（2）2014 年11 月17 日，園區(qū)用氯單位突然停用氯氣，崗位操作人員急停氯氣液下泵，氯氣液化裝置的氣液氯換熱器因液氯中斷供給，氣氯溫度急劇升高，壓力亦急劇升高，造成透平機出口壓力過高，引起透平機喘振，致使系統(tǒng)聯(lián)鎖停車。故障原因查清后，找出相應(yīng)對策：加強與園區(qū)用氯單位交流、溝通，發(fā)現(xiàn)氯氣壓力、流量異常等及時相互通知；接到園區(qū)用氯單位停用氯氣通知后必須立即停氯氣液下泵，并關(guān)閉出口閥門（防止氣液氯換熱器液氯倒流），同時系統(tǒng)迅速降負(fù)荷，并打開氯氣泄壓閥門，將透平機出口壓力控制在正常操作范圍。

5 新工藝、節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用

25 萬t/a 燒堿一期項目大量采用新工藝、新型節(jié)能設(shè)備，主要目的就是降能減耗，提高勞動效率，減輕勞動強度，并對生產(chǎn)過程產(chǎn)生的三廢物質(zhì)進行綜合治理，達標(biāo)排放。

（1）主體設(shè)備離子膜電解槽采用的國產(chǎn)NBZ-2.7型膜極距法離子膜電解槽，其陽極采用改進的涂層新配方及燒結(jié)工藝，較以往國產(chǎn)電解槽陽極電位降低30～40 mV，電解槽自2014 年9 月26 日運行至今，經(jīng)測算平均槽電壓3.04 V，節(jié)電效果明顯；

（2）一次鹽水精制裝置采用膜過濾工藝，膜過濾器的過濾能力是一般過濾器的5～10 倍，過濾膜為多孔聚四氟乙烯，過濾和反清洗壓力低，具有能耗低、使用成本低、使用周期長、維修費用少等特點。脫硝裝置采用了行業(yè)先進的MDD 膜過濾工藝，該工藝操作簡單，勞動強度低，避免了使用氯化鋇脫硝對環(huán)境和職業(yè)健康造成的危害；

（3）鹽水回用裝置采用先進的氧化吸附工藝，對園區(qū)單位產(chǎn)生的含鹽、堿等廢水進行氧化吸附處理，除掉大部分碳、氮氧化物，達到一次鹽水配水要求。該工藝既能減少廢液的排放，又能回收大量工業(yè)鹽，降低生產(chǎn)物料消耗；

（4）氯氣干燥工藝采用填料塔后接泡罩塔，進泡罩塔的硫酸經(jīng)過冷凍水冷卻，降低硫酸本身的水蒸氣分壓，采用先進的除霧器除去酸霧，確保干燥后的氯氣含水量小于50×10-6；

（5）氯氣液化裝置采用高溫高壓法液化原氯，透平機氯氣出口壓力設(shè)計值為0.8～1.1 MPa （因新設(shè)備、新工藝，目前運行壓力低于0.8 MPa），利用7 ℃左右的冷凍水使原料氯氣在25～27 ℃就能液化，液化效率達到94%～96%，而且省去低溫低壓、中溫中壓法所需要的大量制冷設(shè)備，因此，在生產(chǎn)過程中高溫高壓法液化原氯節(jié)能效果非常明顯；

（6）高純鹽酸合成裝置采用國內(nèi)先進的副產(chǎn)蒸汽鹽酸三合一合成爐，純水自蒸汽發(fā)生閃蒸罐，進入三合一爐副產(chǎn)蒸汽段夾套與氯化氫氣體熱交換，回收氯化氫燃燒反應(yīng)熱量，在降低氯化氫氣體溫度的同時又產(chǎn)生壓力0.3 MPa 以上蒸汽，該部分蒸汽主要用來汽化液氯，供園區(qū)單位使用；

（7）生產(chǎn)系統(tǒng)所需要的7 ℃冷凍水全部由溴化鋰機組生產(chǎn)，溴化鋰機組是一種環(huán)保、耗電少的節(jié)能產(chǎn)品，是以蒸汽為驅(qū)動能源、以純水為制冷劑、以溴化鋰溶液為吸收劑的制冷裝置。溴化鋰無臭、無毒、無爆炸危險，安全可靠，與氟利昂制冷機組比，更有利于環(huán)境保護。

6 結(jié)語

萬華化學(xué) （煙臺） 氯堿熱電有限公司一期25 萬t/a 燒堿項目成功開車并平穩(wěn)運行至今，所產(chǎn)氯氣全部供萬華工業(yè)園使用，為萬華工業(yè)園單位開車生產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)，成為山東經(jīng)濟騰飛發(fā)展又一亮點，同時也為萬華化學(xué)（煙臺）氯堿熱電有限公司二期25 萬t/a燒堿項目打下堅實經(jīng)濟基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。氯堿生產(chǎn)是高能耗行業(yè)，萬華化學(xué)（煙臺）氯堿熱電有限公司將在生產(chǎn)過程不斷采用行業(yè)中的新技術(shù)、新型節(jié)能設(shè)備，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。