離子膜粒堿裝置工藝水及廢堿的回收工藝改造

張 玉，吉建紅

（新疆天業(yè)（集團）天辰化工有限公司，新疆 石河子832000）

天辰化工有限公司隸屬于新疆天業(yè)集團，主要生產(chǎn)聚氯乙烯和燒堿。在天辰化工廠區(qū)內(nèi)建有集中污水處理系統(tǒng)，各工段分別進行各類工藝水的內(nèi)部消化，不能消化的部分再進入集中污水處理系統(tǒng)。固堿工段引進瑞士Bertram 公司整套粒堿生產(chǎn)裝置，對于固堿生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物工藝水及廢堿等均采取向其他工段輸送及回收處理的方式。

堿分廠回收裝置分散穿插于固堿生產(chǎn)裝置之中，屬于固堿生產(chǎn)的配套工藝水及廢堿回收處理系統(tǒng)，日均回收生蒸汽冷凝水1 200 t，回收蒸發(fā)冷凝水1 800 t，回收廢堿3 t（折百），回收含堿水500 t；根據(jù)工藝水及廢堿含堿量分為熔融堿稀釋單元、冷凝水處理單元、含堿廢水及沖洗水處理單元和廢堿處理單元。主要建設(shè)內(nèi)容包括生蒸汽冷凝水罐、蒸發(fā)冷凝水罐、冷凝水泵、冷凝水換熱器、稀釋堿罐、稀釋堿泵、稀釋堿換熱器、沖洗堿罐、沖洗堿泵、旋轉(zhuǎn)噴射器、沖洗堿換熱器、溶解堿罐、除塵罐、除塵風(fēng)機、化堿池、沉降池、清液池、發(fā)堿泵、攪拌器、質(zhì)量在線監(jiān)測儀等設(shè)備以及稀釋DCS 自動控制系統(tǒng)及相應(yīng)儀表、電氣等。

1 工藝概況

根據(jù)燒堿生產(chǎn)工藝流程可知，在堿液蒸發(fā)、濃縮過程中會產(chǎn)生大量的工藝水以及廢堿，工藝水及廢堿分類見表1。

燒堿生產(chǎn)裝置的水處理系統(tǒng)采用的是分類收集，集中處理的方式?；厥昭b置工藝流程示意圖見圖1。

（1）生蒸汽冷凝水。由二效降膜蒸發(fā)器及升膜濃縮器的熱源和堿液間接換熱后冷凝而成，利用自身壓力通過管廊自流入公用工程工段原水池作為補水使用。

圖1 回收裝置工藝流程示意圖

表1 工藝水及廢堿分類

（2）蒸發(fā)冷凝水。來自一效降膜蒸發(fā)器及升膜蒸發(fā)器的含堿蒸汽通過表面冷凝器冷凝，集中進入蒸發(fā)冷凝水罐，部分通過冷凝水泵送至化鹽工序，剩下的一部分作為設(shè)備、管線的沖洗水水源，一部分經(jīng)過板式換熱器冷卻后作為堿泵的機封水，一部分作為配糖用水、增濕用水及現(xiàn)場清洗地面用水等。

（3）含堿水。含堿水由于來源較多，回收也有所不同。a.蒸發(fā)、濃縮設(shè)備、管線的吹掃水、堿系統(tǒng)停車時設(shè)備、管線積堿、片堿系統(tǒng)開停車時設(shè)備、管線的沖洗水進入系統(tǒng)原有的稀釋單元，此單元由稀釋堿罐、堿泵、冷卻器、質(zhì)量在線檢測儀、供水自控閥、出堿調(diào)節(jié)閥共同組成，由DCS 遠程控制，根據(jù)進入單元的堿液濃度，進行自動補水，溶解后的堿液通過堿泵首先自循環(huán)至濃度為30%，溫度為50 ℃左右，再由堿泵打至溶解堿罐供廠區(qū)內(nèi)部使用；b.堿系統(tǒng)開停車時設(shè)備、管線的沖洗水、片、粒堿除塵系統(tǒng)的清洗水、片、粒堿包裝現(xiàn)場的沖洗水直接進入現(xiàn)場地溝，通過地溝進入廢水池，在廢水池通過廢水泵循環(huán)后送至碳酸鈉工段作為生產(chǎn)碳酸鈉的原料堿水；c.粒堿系統(tǒng)開停車時設(shè)備、管線的沖洗水主要為粒堿設(shè)備：造粒塔的沖洗水，粒堿在生產(chǎn)過程中，造粒塔內(nèi)表面會聚集較厚的堿殼， 在清洗粒堿造粒塔時，將造粒塔出口管旋轉(zhuǎn)至粒堿沖洗水罐，將旋轉(zhuǎn)噴射器由造粒塔進口放入，再由沖洗堿泵將沖洗水罐的沖洗水送至造粒塔再通過旋轉(zhuǎn)噴射器進行造粒塔內(nèi)壁的沖洗，再通過板式換熱器冷卻，如此循環(huán)，待造粒塔清洗完畢后，由沖洗水泵將沖洗水打至事先安排好的堿車后送入其他工段使用。

（4）廢堿回收主要由化堿系統(tǒng)和稀釋系統(tǒng)完成?；瘔A系統(tǒng)主要由化堿池、沉降池、清液池、化堿泵、攪拌器組成，片堿開、停車時產(chǎn)生的廢堿通過片堿機傾槽進入事先放好的溢流桶內(nèi)，再由叉車送至化堿池，向溢流桶內(nèi)通入蒸汽，以蒸汽溶解廢堿，溶解之后進入化堿池通過攪拌之后溢流入沉降池，最后進入清液池通過堿泵裝車送至其他工段使用；片、粒堿開停車時的廢堿及不合格堿， 由叉車送至現(xiàn)場吊裝口，經(jīng)行車送至二樓溶解系統(tǒng)進堿口，最后由操作人員加入稀釋系統(tǒng)進行再稀釋。

2 運行存在問題

天辰化工堿分廠的工藝廢水及廢堿回收系統(tǒng)主要回收堿系統(tǒng)在生產(chǎn)片、粒堿過程中產(chǎn)出的工藝水及廢堿，使得整套燒堿裝置能夠達到節(jié)能減排、循環(huán)利用的目的，運行中存在如下問題。

（1）廢堿不能及時消化。自2008 年9 月粒堿系統(tǒng)開車開始，堿系統(tǒng)配套的回收系統(tǒng)也開始投入運行，由于粒堿生產(chǎn)裝置為當(dāng)時世界單套產(chǎn)能最大的燒堿裝置，其中粒堿系統(tǒng)造粒塔、粒堿全自動包裝機都是初次設(shè)計、使用，因此存在粒堿系統(tǒng)頻繁開、停車及系統(tǒng)切換， 在每次切換時就會有大量的廢堿、沖洗水產(chǎn)生。

（2）蒸汽冷凝水不符合相關(guān)工段的工藝參數(shù)要求。蒸汽冷凝水通過DN100 的碳鋼管進入公用工程原水池，由于冷凝水壓力、溫度過高，使得原水池內(nèi)水溫升高明顯，嚴(yán)重影響原水池后續(xù)流程的進行，只能暫停蒸汽冷凝水進入原水池，同蒸發(fā)冷凝水一起送去化鹽工序。

（3）蒸發(fā)冷凝水二次排放。蒸發(fā)冷凝水在輸送去鹽水化鹽時，鹽水由于離子膜工段返回淡鹽水、反沖洗水及機封水回收，對于回收裝置的蒸發(fā)冷凝水需求量相對不高，所以富余的冷凝水直接通過鹽水地溝送去集中污水處理工段。

（4）沖洗水回收困難。回收裝置中的片堿部分沖洗水統(tǒng)一通過地溝進入廢水池，在廢水池內(nèi)自循環(huán)后通過檢測堿含量后通過廢水泵送至碳酸鈉工段；在片堿生產(chǎn)裝置運行異常時，往往有大量的沖洗水產(chǎn)生，且出現(xiàn)沖洗水濃度不合格，廢水池已滿的情況，需要及時將廢堿水打出，造成堿含量不穩(wěn)定的情況，隨著此系統(tǒng)的運行，在2012 年出現(xiàn)管線堵塞的情況，主要為碳酸鈉堵塞，無法輸送，直接通過地溝送至污水處理工段處理。

（5）機封水進入地溝。堿分廠堿泵機封水采用蒸發(fā)冷凝水供應(yīng)，真空泵機封水由一次水供應(yīng)，之后均進入地溝直接進入廢水池，加大了廢水池的處理壓力，在廢水池去碳酸鈉管線堵塞后，此部分水也直接通過地溝送至污水處理工段進行處理。

回收裝置在運行期間，由于各個單元之間相互獨立，各單元工藝流程存在缺陷、對于相關(guān)工段的消化能力估計不足，使得回收裝置運行效果不佳。

3 回收系統(tǒng)的工藝改造思路分析

（1）通過對蒸汽冷凝水進行降溫、降壓處理使之達到原水池的溫度及壓力要求，進入原水池作為補水。蒸汽冷凝水由來自天辰電廠的蒸汽通過換熱冷凝而成，全程沒有直接接觸物料，冷凝水的工藝指標(biāo)接近純水指標(biāo)，但是由于冷凝水高溫高壓（140 ℃，0.8 MPa），對公用工程原水池在溫度和壓力上造成了影響，因此，根據(jù)原水池補水水質(zhì)要求，考慮到蒸汽冷凝水屬于高壓、過熱水，需要對蒸汽冷凝水進行泄壓及降溫處理后再進入原水池，即考慮新增閃蒸塔、緩沖罐、換熱器、動力泵；新疆冬季寒冷，廠房內(nèi)均供有暖氣，在冬季可增加冷凝水與暖氣機組換熱流程，使蒸汽冷凝水先同堿分廠自備采暖機組進行換熱后再進入閃蒸塔進行后續(xù)處理，以充分利用余熱。

（2）改變片堿開停車廢堿回收方式，取消溢流桶及化堿池， 同時增加粒堿包裝機沖洗水回收裝置，借助稀釋系統(tǒng)，使開停車廢堿及沖洗水直接進入稀釋單元，進行封閉稀釋溶解；其次，改變粒堿造粒塔沖洗廢堿及廢堿水的去向， 使之進入稀釋系統(tǒng)， 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格廢堿進入稀釋系統(tǒng)進行稀釋；對于含堿廢水，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，增加粒堿包裝機、片堿包裝機沖洗水回收槽、緩沖池、攪拌器、動力泵，廢水池罐等，借助稀釋系統(tǒng)，使開停車廢堿及沖洗水直接進入稀釋單元， 進行封閉稀釋溶解；取消化堿池，新增堿棧臺溶解堿罐通過堿泵去碳酸鈉的管線。 充分利用現(xiàn)有稀釋單元的先進控制系統(tǒng)實現(xiàn)全封閉回收廢堿及含堿水，杜絕安全隱患。

（3）改進收集系統(tǒng)，取消廢水池去碳酸鈉管線，變更碳酸鈉再生堿液輸送途徑，整合現(xiàn)場含堿水及化堿單元，提高自動控制程度，實行全封閉運行。

（4）根據(jù)蒸發(fā)冷凝水各項指標(biāo)，考慮作為循環(huán)水池的補水。循環(huán)水工段的補水量較大，是化工廠的一次水用水大戶，以全年平均值計算，循環(huán)水工段補水量為296 m3/h。循環(huán)水池與蒸發(fā)冷凝水指標(biāo)對比見表2。

表2 循環(huán)水池與蒸發(fā)冷凝水指標(biāo)對比

從表2 分析得知，蒸發(fā)冷凝水中各項指標(biāo)除總鐵含量有微小的超標(biāo)外，其他各指標(biāo)均在范圍內(nèi)，考慮到循環(huán)水工段補水量為蒸發(fā)冷凝水送水量四倍之多，這個超標(biāo)可以完全補償，故蒸發(fā)冷凝水作為循環(huán)水的補水是合格的，通過公用工程管廊在輸送至鹽水工段時取分支輸送至循環(huán)水池，鹽水工段加裝調(diào)節(jié)閥，根據(jù)實際用量調(diào)節(jié)，剩余的蒸發(fā)冷凝水再進入循環(huán)水池，循環(huán)水池的補水也由調(diào)節(jié)閥控制，可自動根據(jù)液位調(diào)節(jié)補水量。

4 改造后的效果

回收裝置改造后工藝流程框圖見圖2。

（1）蒸汽冷凝水單元。對蒸汽冷凝水進行處理后，改變蒸汽冷凝水的去向，不再變相的成為鹽水工段的廢水，實現(xiàn)了蒸汽冷凝水的回收，減輕了污水處理工段的壓力；同時，此部分水各項指標(biāo)都接近純水指標(biāo)，實現(xiàn)了降低成本、循環(huán)利用的目的。

（2）蒸發(fā)冷凝水單元。在堿分廠內(nèi)部，在利用蒸發(fā)冷凝水作為堿泵機封水后，對流進地溝的機封水新建機封水回收小單元，確保機封水不會因長時間循環(huán)導(dǎo)致含堿量升高而腐蝕機封；在對外輸送上，根據(jù)蒸發(fā)冷凝水的工藝指標(biāo)，尋求相關(guān)工段（循環(huán)水池）的有效利用。

（3）廢堿及含堿水回收。利用現(xiàn)有回收裝置中集中控制度較高的稀釋系統(tǒng)，以此進行各個部分的廢堿、含堿廢水的回收，同時在各部分之間形成有效聯(lián)合，大大提高了回收率，針對相關(guān)工段的用堿情況，更是通過改變供應(yīng)再生堿液的方式，化被動為主動，提高了工作效率，降低了工作強度。

圖2 回收裝置改造后工藝流程框圖

（4）生產(chǎn)異常時，所有工藝水存在指標(biāo)不符情況下，根據(jù)實際設(shè)置事故管線，確保使用工藝水的安全，避免影響相關(guān)工藝流程的正常運行。

5 結(jié)語

經(jīng)過一年多的跟蹤，該回收裝置運行平穩(wěn)。通過項目的成功運行，實現(xiàn)了工藝水的有效利用，杜絕了二次排放；有效減輕了污水處理工段的處理壓力；同時，由于回收裝置所輸送的工藝水基本為蒸發(fā)之后的冷凝水，具有雜質(zhì)少、綜合指標(biāo)良好等特點，為相關(guān)用水工段使用提供了方便，減少了設(shè)備、管線的故障率，相應(yīng)的也就延長了設(shè)備、管線等的使用壽命；拓展了在化工生產(chǎn)中對于工藝水回收的思路，對于新疆天業(yè)集團所屬120 萬t/a 聚氯乙烯配套100 萬t/a 離子膜燒堿聯(lián)合項目的過程循環(huán)起到了良好的示范作用。工藝水的有效利用，大大減少了一次水的使用量，為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力的保證。