Hygien Wash 工藝在氯堿鹽水裝置擴(kuò)能改造中的應(yīng)用

張?zhí)靽?guó)，馬林，陳勇江，熊鵬

新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838000)

【鹽水】

HygienWash工藝在氯堿鹽水裝置擴(kuò)能改造中的應(yīng)用

張?zhí)靽?guó)*，馬林，陳勇江，熊鵬

新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838000)

鹽水精制；Hygien Wash工藝；擴(kuò)能；改造

介紹了Hygien Wash 工藝的特點(diǎn)和運(yùn)行原理，總結(jié)了新疆圣雄氯堿有限公司一次鹽水系統(tǒng)擴(kuò)能改造的過程和經(jīng)驗(yàn)，評(píng)估了該次改造產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡(jiǎn)稱“圣雄氯堿”)離子膜法燒堿裝置中的電解槽設(shè)計(jì)產(chǎn)能為22萬(wàn)t/a離子膜法燒堿，但一次鹽水裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為配套19萬(wàn)t/a離子膜法燒堿，因此，一次鹽水裝置與后續(xù)工序不匹配，導(dǎo)致整套裝置不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。一次鹽水采用傳統(tǒng)的預(yù)處理器、凱膜過濾器工藝，裝置負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到最大值。若在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行提產(chǎn)，極易導(dǎo)致預(yù)處理器反渾，鹽水質(zhì)量惡化，嚴(yán)重制約著圣雄氯堿的產(chǎn)能提升。

1 一次鹽水工藝簡(jiǎn)介

一次鹽水工藝如圖1所示。

圖1 一次鹽水工藝流程圖

配水槽水經(jīng)過換熱器加熱到55～60 ℃后送到溶鹽桶，原鹽經(jīng)過鏟車送入溶鹽桶，制得飽和鹽水。飽和鹽水從溶鹽桶溢流進(jìn)入粗鹽水槽，輸送到前反應(yīng)槽并加入NaOH 溶液，再由加壓泵進(jìn)氣水混合器后，進(jìn)入加壓溶氣罐。

出加壓溶氣罐的鹽水加入FeCl3后，進(jìn)入預(yù)處理器。

出預(yù)處理器的清液自流進(jìn)入后反應(yīng)槽，加入Na2CO3，流入進(jìn)液高位槽后，進(jìn)入凱膜過濾器。

過濾的不合格鹽水從回流口流回前反應(yīng)槽，過濾合格鹽水從清液出口進(jìn)入過濾鹽水貯槽，經(jīng)過過濾鹽水泵送至離子膜電解工序[1]。

出電解槽的淡鹽水經(jīng)脫氯回到一次鹽水膜法脫硝裝置脫硝后，回到一次鹽水配制槽。

由于傳統(tǒng)的凱膜過濾器膜組件只能在預(yù)處理器不反渾的條件下才能保證鹽水質(zhì)量，所以利用原工藝直接進(jìn)行提產(chǎn)已不可能。

2 利用Hygien Wash 工藝擴(kuò)能改造

2.1 Hygien Wash 精制原理

HW(Hygien Wash)一次鹽水精制工藝[2]是美國(guó)戈?duì)柟九c山東布萊恩化工技術(shù)有限公司聯(lián)合推出的新一代無預(yù)處理器一次鹽水精制工藝。其優(yōu)點(diǎn)是取消了重力分離精制過程， 實(shí)現(xiàn)了有機(jī)膜一次精密過濾精制的夙愿，形成全新的工藝方法。

該工藝采用分步加入純堿和燒堿并在反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)一起完成精制沉淀反應(yīng)，之后利用高抗污染型全四氟過濾膜(SST膜)進(jìn)行一步過濾，獲得精制鹽水，改變了原有的采用預(yù)處理器先除Mg2+后除Ca2+的復(fù)雜工藝路線。

HW工藝采用了戈?duì)柟咀钕冗M(jìn)的SST系列膜產(chǎn)品，99.99%的膜孔徑均為0.2 μm，具有非常高的過濾精度，實(shí)測(cè)精鹽水中的w(SS)能夠被穩(wěn)定控制在(1～2)×10-7；同時(shí)，該工藝采用低壓過濾，過濾壓力最高不超過45 kPa。因?yàn)镾ST膜為純四氟材料無骨架， 對(duì)于任何因素引起的泄漏均不會(huì)引起鹽水質(zhì)量的極度瞬間惡化。

2.2 鹽水系統(tǒng)改造過程

圣雄氯堿保留原始預(yù)處理器功能，只在凱膜過濾器(改造前工藝流程如圖2所示)進(jìn)行升級(jí)改造，將凱膜全部更換為SST膜，并在凱膜過濾器上增加全自動(dòng)清洗系統(tǒng)[3]，將凱膜過濾器原始的數(shù)字顯示屏升級(jí)改造為PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，不僅保留了原凱膜過濾器的自動(dòng)反沖、排渣功能，還實(shí)現(xiàn)了一鍵自動(dòng)清洗功能。

圣雄氯堿一次鹽水工序改造前是配套19萬(wàn)t/a離子膜法燒堿產(chǎn)能，配套1臺(tái)預(yù)處理器及3臺(tái)凱膜過濾器。

凱膜過濾器改造前用的是傳統(tǒng)的凱膜，每臺(tái)凱膜過濾器為240組凱膜，每組9根膜管，單臺(tái)凱膜過濾器最大通量為100 m3/h。

由于圣雄氯堿采用的全部是鹽礦原鹽，預(yù)處理器的最大鹽水處理量為270 m3/h，若預(yù)處理器鹽水量超過270 m3/h，則預(yù)處理器出現(xiàn)反渾。由于凱膜只有在預(yù)處理器不反渾的條件下才能保證鹽水質(zhì)量，所以通過凱膜過濾器的鹽水質(zhì)量會(huì)已大幅度惡化，Ca2+、Mg2+含量超標(biāo)，懸浮物超標(biāo)。

傳統(tǒng)的凱膜采用鹽酸酸洗，但酸洗過程中稀鹽酸與過濾器中殘留鹽水中的氯酸鹽發(fā)生反應(yīng)，生成氯氣，不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管線造成腐蝕，還會(huì)嚴(yán)重影響操作人員的健康[4]。凱膜過濾器改造后的工藝流程如圖3所示。

將凱膜更換為SST膜，每組51根膜管，每組SST膜過濾面積1.6 m2，在保留預(yù)處理器的運(yùn)行模式下，膜設(shè)計(jì)通量為0.3 m3/(m2·h)，則每組SST膜的設(shè)計(jì)流量為：

Q=1.6×0.3=0.48(m3/h)。

按照每臺(tái)過濾器安裝240組考慮，裝置最大生產(chǎn)能力過濾精制鹽水可達(dá)到：

240×0.48=115(m3/h)。

盡管流量已經(jīng)超出預(yù)處理器的處理能力，預(yù)處理器也產(chǎn)生了局部反渾，但鹽水質(zhì)量依然能夠保持穩(wěn)定，完全能夠滿足22萬(wàn)t/a燒堿一次鹽水需求。

改造后的SST膜過濾器已不用鹽酸進(jìn)行清洗，而采用酸性精鹽水清洗和堿性精鹽水置換，通過增加清洗氣動(dòng)閥及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過增加XV101清洗液進(jìn)液閥、XV102清洗液排液閥及XV103不合格鹽水排液閥，不僅大幅度改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，而且自動(dòng)化程度大幅提高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的一鍵清洗。

SST膜自動(dòng)清洗工藝流程(如圖4所示)：通過在精鹽水罐周圍增加清洗液泵、XV01201自動(dòng)加酸閥及XV01202自動(dòng)加堿閥，實(shí)現(xiàn)了清洗裝置的自動(dòng)化操作。

3 Hygien Wash 鹽水工藝的優(yōu)點(diǎn)

(1) HW工藝采用了最先進(jìn)可靠的SST膜，是戈?duì)柟驹谠任V膜的基礎(chǔ)上優(yōu)化改性而來，此膜具有很好的抗污染性，能夠更好地耐受鹽水中有機(jī)物和Mg2+等不適合過濾雜質(zhì)的污染。

圖2 凱膜過濾器改造前工藝流程

(2) 在保留預(yù)處理器的運(yùn)行模式下，圣雄氯堿3臺(tái)過濾器達(dá)到正常運(yùn)行能力為300 m3/h，最大運(yùn)行能力為345 m3/h，大幅度提高一次鹽水現(xiàn)有裝置的生產(chǎn)能力，完全能夠滿足22萬(wàn)t/a燒堿一次鹽水需求。

(3) 該工藝取消預(yù)處理器、加壓容器設(shè)備、助沉劑等輔助工藝。

該工藝特點(diǎn)是分兩步分別加入純堿和燒堿精制反應(yīng)。在精制反應(yīng)之后，再進(jìn)入SST膜過濾器進(jìn)一步過濾，大大縮短了工藝流程，減少了操作難度。取消預(yù)處理器或預(yù)處理器檢修的條件下，精制鹽水流量達(dá)到250 m3/h，也能夠滿足19萬(wàn)t/a燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)一次鹽水的需求。

4 擴(kuò)能改造效果總結(jié)及經(jīng)濟(jì)效益分析

本次一次鹽水?dāng)U能改造自2016年7月9日開始實(shí)施。

圖3 凱膜過濾器改造后工藝流程

圖4 SST膜自動(dòng)清洗工藝流程

7月22—24日完成3臺(tái)過濾器SST膜改造，并于8月2日10：00—8月5日10：00完成1#、2#、3#過濾器72 h性能測(cè)試。SST膜過濾器出口Ca2+、Mg2+含量變化情況如圖5所示。

橫坐標(biāo)意義說明：

1—8月2日14：00；2—8月2日18：00；3—8月3日2：00；
4—8月3日10：00；5—8月3日20：00；6—8月4日2：00；
7—8月4日10：00；8—8月4日18：00；9—8月5日2：00

圖5SST膜過濾器出口Ca2+、Mg2+含量變化曲線圖

Fig.5CurvesofchangeinCa2+andMg2+contentatoutletofSSTmembranefilter

SST膜過濾器出口懸浮物SS含量變化情況如圖6所示，SST膜過濾器出口鐵離子含量變化情況如圖7所示。

在測(cè)試期間，3臺(tái)過濾器總流量為340 m3/h，測(cè)試時(shí)預(yù)處理器已經(jīng)出現(xiàn)輕微反渾，但對(duì)于3臺(tái)戈?duì)柲み^濾器，其出口Ca2++Mg2+總質(zhì)量濃度最高為0.8 mg/L，最低為0.52 mg/L，平均值0.64 mg/L[指標(biāo)為ρ(Ca2++Mg2+)≤3 mg/L]，懸浮物平均值0.59 mg/L[指標(biāo)：ρ(SS)≤1 mg/L]，ρ(鐵離子)平均值0.02 mg/L[指標(biāo)：ρ(鐵離子)≤0.1 mg/L]。

注：橫坐標(biāo)意義與圖5相同圖6 SST膜過濾器出口懸浮物SS含量變化曲線圖

注：橫坐標(biāo)意義與圖5相同圖7 SST膜過濾器出口鐵離子含量變化曲線圖

經(jīng)過戈?duì)柲?2 h大流量的運(yùn)行測(cè)試，盡管預(yù)處理器已經(jīng)出現(xiàn)反渾，但各項(xiàng)指標(biāo)均在合格范圍之內(nèi)，說明SST膜改造達(dá)到了預(yù)期的擴(kuò)能效果。

如果采用原工藝進(jìn)行擴(kuò)能改造，更換現(xiàn)有3臺(tái)一次鹽水過濾器過濾膜需108萬(wàn)元；要達(dá)到22萬(wàn)t/a燒堿，還要增加1臺(tái)凱膜及配套管線(約90萬(wàn)元)。

現(xiàn)有直徑為15.5 m預(yù)處理器，如果對(duì)預(yù)處理器進(jìn)行擴(kuò)能改造周期太長(zhǎng)將會(huì)影響生產(chǎn)，考慮新增1套(3～5)萬(wàn)t/a規(guī)模的加壓溶氣罐，直徑為7 m預(yù)處理器系統(tǒng)，至少需要投資500萬(wàn)元，共計(jì)需要：

108+90+500=698萬(wàn)元。

如果將凱膜更換為戈?duì)朣ST膜及HW工藝后，整體改造花費(fèi)300萬(wàn)元，為公司節(jié)約成本：

698-300=398(萬(wàn)元)。

項(xiàng)目完成之后,離子膜法燒堿裝置生產(chǎn)能力有原來的19萬(wàn)t/a提升至22萬(wàn)t/a，圣雄氯堿燒堿產(chǎn)量增加3萬(wàn)t/a、PVC產(chǎn)量增加5萬(wàn)t/a，燒堿按照2 800元/t、PVC按照7 000元/t計(jì)，可增加銷售額：

2 800×3+7 000×5=43 400(萬(wàn)元/a)。

5 結(jié)語(yǔ)

新疆圣雄氯堿有限公司基于原有的預(yù)處理器、凱膜過濾工藝，將Hygien Wash 工藝用于一次鹽水?dāng)U能改造，成功地將一次鹽水產(chǎn)能從配套19萬(wàn)t/a離子膜法燒堿擴(kuò)產(chǎn)到配套22萬(wàn)t/a離子膜法燒堿裝置，用低投入實(shí)現(xiàn)了高回報(bào)，為中泰集團(tuán)及其他企業(yè)擴(kuò)能改造提供了借鑒；同時(shí)，給預(yù)處理器增加旁路管線。若在預(yù)處理器出現(xiàn)問題而計(jì)劃長(zhǎng)時(shí)間檢修時(shí)，可將預(yù)處理器切除系統(tǒng)，采用無預(yù)處理器工藝，給鹽水乃至氯堿生產(chǎn)提供了雙重保障，此在氯堿行業(yè)內(nèi)為首例。

[1] 程飛,王艷超,李波.HW 工藝運(yùn)行總結(jié) [J].氯堿工業(yè),2016,52(4):8-10.

[2] 宋作強(qiáng),王超,張守蕾,王志磊. Hygien Wash 鹽水精制工藝運(yùn)行小結(jié)[J].中國(guó)氯堿,2015(8):7-10.

[3] 烏仁圖雅,劉紅星,張立軍,帥小東.一次鹽水精制裝置運(yùn)行小結(jié)[J].氯堿工業(yè),2015，51(5):7-9.

[4] 江青樹.一次鹽水精制及戈?duì)栠^濾技術(shù)的應(yīng)用[J].氯堿工業(yè),2006(10):7-8.

ApplicationofHygienWashprocessinexpansionrevampingofchlor-alkalibrineplant

ZHANGTianguo,MALin,CHENYongjiang,XIONGPeng

(Xinjiang Snxon Energy Co., Ltd.， Turpan 838000, China)

brine refining; Hygien Wash process; capacity expansion; transformation

The characteristics and operation principle of Hygien Wash technology is described. The process of expansion revamping primary brine system in Xinjiang Snxon Energy Co., Ltd. and the obtained experience are summarized. The economic benefits due to the revamp are evaluated.

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張?zhí)靽?guó)(1986—)，男，工程師，現(xiàn)于新疆圣雄氯堿有限公司電解車間從事生產(chǎn)及工藝技術(shù)管理工作，曾發(fā)表專業(yè)論文多篇，參與發(fā)明專利7項(xiàng)。

2017-01-03

TQ114.261

B

1008-133X(2017)09-0004-06

[編輯：費(fèi)紅麗]