金屬鎂裝置試車、試生產(chǎn)現(xiàn)狀問題分析

魯炳文，莫平山

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海格爾木 816099)

1 前言

金屬鎂裝置自2016-07投料試車以來，由于原海德魯工廠的設計出現(xiàn)的偏差及工藝路線、設備管理等諸多問題使得中間產(chǎn)品無水氯化鎂產(chǎn)量低，產(chǎn)品產(chǎn)量低；副產(chǎn)品濃度不能滿足下游裝置，造成PVC&鉀堿裝置無法接受氯氣，核心設備問題多、故障率高；脫水單元腐蝕嚴重、車間內(nèi)有毒有害氣體及粉塵不達標。

2 金屬鎂廠情況簡介

鎂業(yè)公司是以金屬鎂裝置為中心，PVC&鉀堿裝置以氯氣平衡為副線展開的裝置。金屬鎂裝置用生產(chǎn)鉀肥的副產(chǎn)物水氯鎂石作為原料，主產(chǎn)品金屬鎂錠10萬t/a用于外銷，副產(chǎn)物氯氣30萬t/a可用于PVC的生產(chǎn)，其裝置生產(chǎn)工序主要由鹵水精制工序、脫水工序、電解工序、鑄造工序、公輔工序等組成，其中，生產(chǎn)金屬鎂工藝中最重要的工序是脫水工序和電解工序,脫水工序中的核心設備空氣干燥器及氯化氫干燥器中，在不同溫度下會發(fā)生許多化學反應甚至是可逆反應，并且產(chǎn)生有腐蝕性的HCl及水，增加了生產(chǎn)工藝及設備控制的難度，這也是生產(chǎn)金屬鎂工藝中的關鍵工序也是難點，其方程式有:

MgCl2·6H2O→MgCl2·4H2O+2H2O↑

MgCl2·4H2O→MgCl2·2H2O+2H2O↑

MgCl2·2H2O→MgCl2·H2O+H2O↑

MgCl2·2H2O→MgOHCl+HCl↑+H2O↑

MgCl2·H2O→MgCl2+H2O↑

MgCl2·H2O→MgOHCl+HCl↑

MgOHCl+HCl(g)→MgCl2+H2O↑

3 工藝流程簡圖(圖1)

圖1 金屬鎂生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of Magnesium metal production

4 典型突出問題

4.1 鹵水精制化鹽能力不足

目前，鹵水精制能夠達到設計產(chǎn)能的60%，能滿足5萬t/a～6萬t/a金屬鎂的生產(chǎn)需求，無法滿足脫水單元滿負荷要求。原化鹽系統(tǒng)工藝流程有誤，為此局部改變鹽水的工藝流程，已委托中藍連海設計院在鹽田增加化鹽裝置。

4.2 電解單元現(xiàn)場電解槽陽極損壞較多，進電解槽原料(無水氯化鎂顆粒、外購的氯化鈉)中含水量超標，電解槽系統(tǒng)密封不嚴

水量超標造成的后果：電解過程中產(chǎn)生氫氣，發(fā)生閃爆破壞電解槽本體密封，同時有損壞陽極的風險；生成氧化鎂渣量大；電流效率降低；水蒸汽隨氯氣進入氯氣管道，水蒸汽冷凝后與氯氣反應生成鹽酸和次氯酸致使設備、管道腐蝕；水蒸汽進入布袋除塵器，凝結(jié)水與粉塵粘結(jié)到布袋上，影響布袋除塵器的效率。

系統(tǒng)密封不嚴造成后果：大量空氣進入氯氣系統(tǒng)，氯氣濃度降低，影響PVC&鉀堿廠的正常生產(chǎn)；空氣中的氧氣與石墨陽極反應，陽極消耗加快；空氣進入電解槽以及氯氣輸送系統(tǒng)后，在相對濕度較大時，空氣中的水分會被帶入系統(tǒng)；空氣進入電解槽中過多，空氣中的氧氣和氮氣分別與鎂液反應，生成氧化鎂及二氮化三鎂，增加渣量，降低電流效率；導致電解槽操作不穩(wěn)定。

4.3 儀控系統(tǒng)不完善

造成后果：原設計電解槽負壓通過調(diào)節(jié)氯風機的頻率控制，目前由于儀控系統(tǒng)不完善，使負壓無法自動控制；當負壓過大時，進入氯氣輸送系統(tǒng)(雷德勒輸送機、布袋除塵器)的粉塵量加大，布袋除塵器的負荷增大，同時進入空氣量增大，降低氯氣濃度；氯氣濃度在線分析儀無法準確顯示，給生產(chǎn)控制造成困難；雷德勒未安裝速度傳感器，因此，不能及時發(fā)現(xiàn)雷德勒輸送機的斷鏈、跳鏈。

4.4 脫水單元含酸廢水排量大

脫水單元的HCl的設計消耗小于1%廢水直接外排，正常為閉路循環(huán)，實際運行中消耗為設計量的數(shù)倍，這些多余的量一部分至廢酸中，一部分至環(huán)境空氣中。脫水單元廠房內(nèi)大量含酸廢水對廠房結(jié)構(gòu)造成嚴重腐蝕；含酸廢水介質(zhì)對管道、襯里管道及葉輪等設備腐蝕；含酸廢水對電氣元件、盤柜在酸性環(huán)境中腐蝕嚴重。含酸廢水水量不平衡腐蝕，影響裝置的平穩(wěn)運行，需從工藝及操作上采取根本措施，改進工藝流程、改善工藝操作，最大程度地避免跑冒滴漏現(xiàn)象，降低強酸及粉塵環(huán)境對設備腐蝕影響，并委托華陸設計院增加含酸廢水用石灰中和的裝置。

4.5 設計偏差

脫水單元部分設備、管道及儀表部件的選材方面出現(xiàn)了偏差，設備腐蝕嚴重，不僅加大了設備、管道的故障率，同時選用的不耐鹽酸腐蝕的inconel600已經(jīng)帶入物料流,污染了最終產(chǎn)品；脫水單元空氣干燥尾氣洗滌系統(tǒng)的設計與原HYDRO工廠實際優(yōu)化成的填料塔不同，已導致目前試生產(chǎn)過程中空氣尾氣系統(tǒng)失衡等問題；原海德魯工廠設計的氯化氫干燥器噴淋洗滌塔應急加酸管道及優(yōu)化后的脫氣槽尾氣大管徑管道，公司方實際并未設計，造成了在運行過程中管道系統(tǒng)、換熱器等的堵塞、氣體脫出不暢、壓力難以達到大氣壓、離心機運行不穩(wěn)定等問題的出現(xiàn)；原海德魯工廠不純蒸汽洗滌塔設計為FRP篩板塔，而甲方誤優(yōu)化成了不能完全適應實際工況的鋼襯PTFE填料塔，故障率高。

4.6 氣力輸送單元

無水氯化鎂的輸送系統(tǒng)與原海德魯設計出現(xiàn)了較大的偏差，氣力輸送單元存在輸送量小于設計負荷，物料消耗遠大于設計指標。目前已出現(xiàn)了在氯化鎂輸送過程中，整個電解廠房彌漫著氯化鎂粉塵，若物料量提高時，環(huán)境會進一步惡化，這不僅影響電解正常生產(chǎn)及增大物料的損耗，電解車間粉塵問題嚴重，影響到電力系統(tǒng)、電解槽自身的安全運行及生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。

4.7 氯氣平衡

目前金屬鎂裝置、30萬t/a PVC裝置、50萬t/a PVC裝置及30萬t/a鉀堿裝置均處于試車試生產(chǎn)階段，生產(chǎn)系統(tǒng)無法達到滿負荷連續(xù)穩(wěn)定運行，金屬鎂裝置副產(chǎn)的氯氣濃度和產(chǎn)量均不穩(wěn)定、波動大，無法用于PVC裝置，產(chǎn)生的不合格氯氣用堿液吸收，增加了產(chǎn)品的浪費及成本的增加。協(xié)調(diào)好氯氣與PVC系統(tǒng)的平衡銜接，解決氯氣不能平衡的癥結(jié)，這主要體現(xiàn)在電解槽爪渣操作、石墨陽極更換、氯氣罩、氯風機控制系統(tǒng)、雷德勒輸送系統(tǒng)等在操作、管理及設計上都有弊端。

5 問題探討

(1)三氯化氮。30萬t/a鉀堿裝置所用原料來自鉀肥分公司生產(chǎn)的氯化鉀，其在生產(chǎn)過程中加入了浮選藥劑，藥劑中含有大量無機胺和有機胺(總胺含量≤4 mg/kg，實際值>30 mg/kg)，故在電解出的氯氣中含大量的三氯化氮；金屬鎂裝置生產(chǎn)金屬鎂的原料是鹽湖提取鉀鹽后的老鹵，其中含有氨氮量，水氯鎂石經(jīng)脫水后電解，在陽極產(chǎn)生的氯氣中也會混有一定量的三氯化氮。三氯化氮在管道或設備中一旦聚集到一定程度極易發(fā)生爆炸，給裝置的穩(wěn)定運行帶來重大安全隱患。氯氣中去除三氯化氮的方法，目前在30萬t/a鉀堿裝置增加了一套除氨裝置，也考慮了從老鹵源頭對氨氮含量進行控制，盡可能采用氨氮含量低的老鹵來灘曬水氯鎂石，但問題仍存在。

(2) 電解質(zhì)粒度及MgCl2粒度。脫水單元生產(chǎn)的無水氯化鎂顆粒影響到電解單元的產(chǎn)能，在造粒塔內(nèi)控制好水氯鎂石臨界粒度，找到合適粒徑的水氯鎂石的顆粒，可以增加無水氯化鎂產(chǎn)能，減少粉塵，增加氣力輸送能力，但改變水氯鎂石的粒徑，會對空氣干燥器及氯化氫干燥器有一定的影響，需進行試驗研究。另外，電解槽中電解質(zhì)的顆粒粒徑也有一定影響度：粒度太大，會降低生產(chǎn)能力；粒度太小時，會造成加入的原料漂浮在熔融液上方，堵塞氯氣的及時排出，造成電解槽的電流效率下降。

6 小結(jié)

化工行業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是復雜而危險的，金屬鎂生產(chǎn)工序包括物料平衡、負荷平衡、能量平衡、工序平衡、設備能力平衡等環(huán)節(jié)的產(chǎn)能與工序間的匹配，做好整個系統(tǒng)的生產(chǎn)平衡會降低生產(chǎn)過程的空載率和設備安全與運行的風險。同時，在金屬鎂生產(chǎn)工藝中，工藝指標的把控及設備保養(yǎng)維護從基礎工作做起，嚴格按照工藝規(guī)程及操作規(guī)程精心操作，對原有的設計進行消化吸收及后期的優(yōu)化，掌握與維護好原海德魯工廠的操作，使員工在本職崗位上發(fā)揮最大作用。