燒堿蒸發(fā)堿性冷凝液回用電解槽運行總結(jié)

韓艷利（昊華宇航化工有限責(zé)任公司，河南焦作454002）

?

燒堿蒸發(fā)堿性冷凝液回用電解槽運行總結(jié)

韓艷利
（昊華宇航化工有限責(zé)任公司，河南焦作454002）

摘要：通過對燒堿蒸發(fā)裝置產(chǎn)生的堿性冷凝液進(jìn)行雜質(zhì)分析，提出了堿性冷凝液的合理利用方案，將堿性冷凝液回用于電解槽陰極補水并對實際運行情況進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)；堿性；冷凝液；電解槽

燒堿蒸發(fā)過程中產(chǎn)生2種冷凝液：一種是蒸汽冷凝液，pH值為中性，可回收至公用工程系統(tǒng)用作制備純水的原水；另一種是堿性冷凝液，含堿量＜0.01 mg/L，pH值為7～11，電導(dǎo)≤350 μs/cm，存在回用于電解裝置，部分替代純水的可行性。按照廢水階梯利用、減少外排水量的總體要求，昊華宇航化工有限責(zé)任公司考慮將裝置廢水按不同水質(zhì)分類劃分，采取直接回用、降級使用、低品高用、治理回用的治理原則，積極探索回收蒸發(fā)堿性冷凝液用于電解裝置的陰極補水，使堿性冷凝液得以實現(xiàn)合理綜合利用。

1　電解裝置雜質(zhì)控制的重要性

鹽水中的雜質(zhì)如積蓄在離子交換膜中會損傷膜，引起膜的電流效率下降，膜電壓升高。因此，要充分發(fā)揮離子交換膜的性能，并使其持續(xù)下去，加強精制鹽水的品質(zhì)達(dá)標(biāo)管理是很重要的?？紤]將蒸發(fā)堿性冷凝液送到電解槽作為陰極補水用，最大的擔(dān)心是堿性冷凝液中金屬離子超標(biāo)，對電解槽陰極鎳涂層造成污染，影響電解槽運行的電壓和電流效率。主要雜質(zhì)對膜影響情況見表1。

因此，必須對蒸發(fā)堿性冷凝液的水質(zhì)進(jìn)行分析檢測，確保堿性冷凝液的水質(zhì)能夠達(dá)到純水的標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠穩(wěn)定連續(xù)地供給，才可以將堿性冷凝液送至離子膜電解裝置作為陰極補水，否則將會對離子膜造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。

2　蒸發(fā)堿性冷凝液特性

2.1堿性冷凝液水質(zhì)分析

取樣分析蒸發(fā)堿性冷凝液的水質(zhì)，含堿量＜0.01 mg/L，pH值為7～11，電導(dǎo)≤350 μs/cm，重金屬離子分析結(jié)果見表2。

從表2分析數(shù)據(jù)可以看出，除Ni2+存在個別指標(biāo)超標(biāo)情況外，其余重金屬離子的指標(biāo)均優(yōu)于純水指標(biāo)。由于電解槽陰極網(wǎng)材質(zhì)本身為鎳，所以Ni2+超標(biāo)對于堿性冷凝液加入電解槽陰極側(cè)用作電解槽補水，從理論上講是完全沒有問題的。

2.2堿性冷凝液水量分析

以蒸發(fā)裝置正常生產(chǎn)為例，堿性冷凝液穩(wěn)定排放量平均為508.8 m3/d，而電解槽陰極加水量為600 m3/d，每天需向堿性冷凝液罐補充91.2 m3純水，即可達(dá)到每天電解槽加水的供需量，可實現(xiàn)堿性冷凝液的全部回收，達(dá)到了蒸發(fā)堿性冷凝液的零排放。

通過對堿性冷凝水的水質(zhì)、水量分析，認(rèn)為將堿性冷凝液送至電解裝置用作陰極補水是可行的。

表1　鹽水中雜質(zhì)對電解性能的影響

3　技術(shù)方案及內(nèi)容

3.1方案設(shè)想

為確保合格的堿性冷凝液進(jìn)入堿性冷凝液回收水罐，在進(jìn)罐之前安裝pH計和電導(dǎo)在線監(jiān)測儀，當(dāng)pH值＞11或電導(dǎo)＞350 μs/cm時，堿性冷凝液自動切換至一次鹽水工段化鹽使用，停止向堿性冷凝液儲罐進(jìn)水，電解槽陰極液加水改為純水；為穩(wěn)定連續(xù)輸送堿性冷凝液，考慮新增蒸發(fā)堿性冷凝液回收儲罐，配置堿性冷凝液泵，泵出口管線連接至電解槽陰極液加水管線上，罐內(nèi)加入部分純水，儲罐液位與純水進(jìn)口的自控閥聯(lián)鎖控制。在線監(jiān)測及自控裝置均引入現(xiàn)有DCS操作系統(tǒng)，并由儀表組態(tài)實現(xiàn)自動操作。

表2　蒸發(fā)堿性冷凝液檢測樣mg/L

3.2工藝流程簡述

在蒸發(fā)堿性冷凝液泵出口原設(shè)計調(diào)節(jié)閥后的一次鹽水管道上增加1臺程控閥，在泵出口閥與新增程控閥之間增加至堿性冷凝液回收管道，管道上加裝pH計及電導(dǎo)在線監(jiān)測儀。新增堿性冷凝液儲罐出口安裝2臺堿性冷凝液泵，出口連接至陰極液系統(tǒng)加純水管線上。正常情況堿性冷凝液經(jīng)pH計及電導(dǎo)檢測合格后進(jìn)入堿性冷凝液罐，再由堿性冷凝液泵輸送至電解槽陰極加純水管線上，代替純水進(jìn)入電槽。一旦堿性冷凝液經(jīng)pH計及電導(dǎo)檢測不合格，則送至一次鹽水。

為保證電解槽的用水量，避免蒸發(fā)低負(fù)荷下堿性冷凝液量不足，難以維持電解槽的補水量，在新增堿性冷凝液罐管道上增加純水管線，同時加裝遠(yuǎn)傳液位計，純水管線上安裝自控閥，堿性冷凝液罐液位由純水管線上自控閥自動控制，并在2臺堿性冷凝液泵出口各增加1臺程控閥，當(dāng)1臺泵跳停則聯(lián)鎖關(guān)閉泵出口程控閥，并啟動備用泵，打開相應(yīng)泵出口程控閥。工藝流程圖見圖1。

蒸發(fā)堿性冷凝液回收至堿性冷凝液罐，通過堿性冷凝液泵輸送至電解槽陰極，當(dāng)作純水給電解槽補水。當(dāng)堿性冷凝液罐液位低于80%，補水閥門自動打開進(jìn)行補水，使堿性冷凝液罐液位始終控制在80%左右穩(wěn)定運行。

4　工藝操作法

系統(tǒng)原始開車，蒸發(fā)未運行，保持原設(shè)計工藝，陰極系統(tǒng)補水通過純水泵P344供水操作，蒸發(fā)運行后，按以下步驟操作。

4.1開車操作

（1）現(xiàn)場打開純水進(jìn)新增堿性冷凝液罐D(zhuǎn)-350自控閥的前后手閥，慢慢打開純水自控閥，向堿性冷凝液罐中進(jìn)純水，分析D-350內(nèi)純水符合離子膜電解槽用水要求。

（2）當(dāng)堿性冷凝液罐D(zhuǎn)-350液位達(dá)到50%時，現(xiàn)場人員打開P-354泵進(jìn)口閥，主控人員打開P-354泵出口程控閥，啟動堿性冷凝液泵，打開泵出口閥，同時現(xiàn)場人員打開堿性冷凝液泵出口去流量計FIT-221前手動閥，使用P-354向FCV-221供水。

圖1　蒸發(fā)堿性冷凝液回收流程圖

（3）現(xiàn)場人員調(diào)整好P-354泵出口壓力，主控人員注意調(diào)整FIT-221流量在合適值，主控人員將堿性冷凝液罐D(zhuǎn)-350液位控制在80%，當(dāng)液位穩(wěn)定后，將自控閥切換為自動狀態(tài)。

（4）蒸發(fā)裝置運行正常后，分析堿性冷凝液達(dá)到要求（Ca2++Mg2+≤10×10-9、Ni≤10×10-9，pH值≤11，電導(dǎo)≤300μs/cm）后方可引入堿性冷凝液罐D(zhuǎn)-350內(nèi)。

（5）現(xiàn)場打開程控閥前后手動閥，主控打開程控閥，堿性冷凝液進(jìn)入堿性冷凝液罐D(zhuǎn)-350中，主控關(guān)閉程控閥停止向一次鹽水或地溝排水。

（6）主控人員將自控閥切換為手動狀態(tài)，調(diào)整堿性冷凝液罐液位在80%，液位穩(wěn)定后，重新將自控閥切換為自動狀態(tài)。

4.2停車操作

（1）蒸發(fā)裝置臨時停車時，主控人員先將堿性冷凝水的2個程控閥進(jìn)行切換，將堿性冷凝液回收至一次鹽水，F(xiàn)CV-221仍然由P-354供水。

（2）蒸發(fā)裝置長時間（超過15天）停車時，主控人員通知現(xiàn)場人員將FCV-221供水切換至由P-344泵供水。

（3）主控人員將自控閥FCV-221切換為手動狀態(tài)，保持流量不變。

（4）現(xiàn)場人員慢慢打開脫氯塔二樓P-344泵出口去流量計FIT-221前手動閥，慢慢關(guān)閉脫氯塔二樓P-354泵出口去流量計FIT-221前手動閥。

（5）切換閥門時，要保證FIT-221流量穩(wěn)定，閥門切換完畢，將自控閥FCV-221切換為竄極狀態(tài)。

（6）現(xiàn)場人員注意調(diào)整P-344泵出口壓力，保證純水供應(yīng)。

4.3異常情況處理

堿性冷凝液回收裝置異常，立即將陰極液加水切換至P-344供水，當(dāng)堿性冷凝液裝置恢復(fù)正常后，重新切換。

當(dāng)堿性冷凝液pH值＞11或電導(dǎo)＞350 μs/cm任意條件存在時，堿性冷凝液2個程控閥能夠自動切換，堿性冷凝液將回收至一次鹽水（或排至污水處理站），主控人員要及時聯(lián)系現(xiàn)場人員，查找原因解決后，分析堿性冷凝液符合離子膜電槽用水要求后重新切換使用。

4.4操作注意事項

（1）主控注意觀察堿性冷凝液的pH值和電導(dǎo)顯示，確保堿性冷凝液pH值≤11，電導(dǎo)≤350 μs/cm。

（2）堿性冷凝液回收裝置異常不能進(jìn)行回收操作，待裝置恢復(fù)后，必須確認(rèn)堿性冷凝液符合離子膜電槽用水條件后，方可進(jìn)行回收操作。

（3）堿性冷凝液儲罐D(zhuǎn)-350內(nèi)溶液需定期分析，一旦發(fā)現(xiàn)有不符合離子膜電槽用水的情況，立即停止使用，查明原因，恢復(fù)后再回收。

5　項目實施效果

5.1項目投資情況（見表3）

5.2運行效果

蒸發(fā)堿性冷凝液回用至電解裝置陰極補水技術(shù)應(yīng)用后，對裝置運行數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理匯總，具體運行數(shù)據(jù)見表4、表5。

蒸發(fā)堿性冷凝液作為電解槽陰極液補水使用1年以來，電解槽電壓上升2.034～5.826 V，電流效率下降0.35%。電解單元槽自身因活性涂層性能降低，造成單元槽電壓上升。按照每片單元槽1年后槽電壓上升40～50mV來計算，裝置運行1年后，電解槽總槽電壓上升6.16～7.7 V，在同等電流下運行1年，槽電壓上升幅度低于理論值，數(shù)據(jù)運行良好。鹽水中的雜質(zhì)帶入對離子膜造成污染。鹽水中的金屬離子造成了電流效率不可逆轉(zhuǎn)的下降。按離子膜電流效率每年下降0.5%來看，電流效率下降0.35%這個數(shù)值是比較合理的。經(jīng)分析可以看出，電壓的上升和電流效率的下降，并不是由蒸發(fā)堿性冷凝液作為電解槽陰極液補水造成的，也即蒸發(fā)堿性冷凝液可作為電解槽陰極補充水，能保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行。

表3　主要設(shè)備及投資表

表4　改造前1-10#電解槽運行記錄

表5　改造后1-10#電解槽運行記錄

5.3經(jīng)濟效益

經(jīng)過改造后，按蒸發(fā)進(jìn)料量45 m3/h，濃度32%，密度1 310 kg/m3，高堿濃度50%，密度1 510 kg/m3計算，堿性冷凝液流量為21.2 t/h，按蒸發(fā)裝置年運行5 000 h，純水6元/t計算，每年可節(jié)約費用63.6萬元。

6　結(jié)語

通過對燒堿蒸發(fā)堿性冷凝水回用點解裝置用于陰極補水工藝的研究與改造，將蒸發(fā)堿性冷凝液當(dāng)作純水用于電解槽補水，既解決了廢水外排問題，又實現(xiàn)了合理綜合利用的目標(biāo)。項目實施以來，裝置運行比較穩(wěn)定，對電解槽的經(jīng)濟運行并無影響，達(dá)到了設(shè)計要求，具有較好的環(huán)保效益，同時，也節(jié)約純水用量，20萬t/a的裝置年可節(jié)約60萬元，有較好的經(jīng)濟效益。

Alkaline caustic soda evaporation condensate back up the electrolysis operation

HAN Yan-li
（Haohua Yuhang Chemical Co.，Ltd.，Jiaozuo 454002 China）

Abstract：Impurity analysis by alkaline condensate of caustic soda evaporation device，put forward the reasonable utilization scheme of alkaline condensation，the alkaline condensate back for cathode electrolysis water，The application is analyzed.

Key words：evaporation；alkalinity；condensate；electrolytic cell

中圖分類號：TQ114.26

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）05-0001-04

收稿日期：2016-02-25