淡鹽水濃縮制燒堿工藝探索

李得銀，曾兆欽

(宜賓海豐和銳有限公司，四川 宜賓 644002)

1 鹽水使用現(xiàn)狀

宜賓海豐和銳有限公司(以下簡稱“海豐和銳”)現(xiàn)有兩套氯堿裝置，燒堿產(chǎn)能41萬t/a，需耗鹽約60萬t/a，采用摻鹵制堿工藝。海豐和銳燒堿裝置于2007年投產(chǎn)，采用的化鹽方式為：固鹽+淡鹽水+少量工業(yè)水混合化鹽。每小時需要質量濃度為300 g/L的鹽水505 m3,產(chǎn)生質量濃度為200 g/L的淡鹽水約400 m3。2011年海豐和銳引進鹵水，用鹵率按30%配比化鹽，降低了燒堿生產(chǎn)成本。

2017年海豐和銳所有含鹽廢水全部回收處理后進入化鹽系統(tǒng)，致使用鹵率大幅度降低，現(xiàn)摻鹵比為10%左右，固鹽用量大增，制堿成本上漲。在原輔料及能源價格不斷上漲的趨勢下，降低運行成本和能耗成為公司提升競爭能力的關鍵。

2 離子膜制堿的原料選擇

目前離子膜制堿根據(jù)原料的來源不同，分為全固鹽制堿、摻鹵制堿、全鹵制堿工藝。

近年來氯堿市場持續(xù)低迷，降低原料成本是氯堿企業(yè)生存、發(fā)展的關鍵，生產(chǎn)工藝中采用鹵水取代固鹽是重要途徑之一。

全鹵制堿可縮短原料鹵水制鹽再制堿流程，減少鹵水制固鹽—固鹽運輸—化鹽造成的能源消耗，減少碳排量，社會效益顯著。

要實現(xiàn)全鹵制堿，目前氯堿行業(yè)主要有以下兩種方式：一是淡鹽水濃縮，采用機械蒸汽再壓縮技術(簡稱“MVR”)；另一種是淡鹽水返回礦井重飽和。

筆者著重探索使用MVR蒸發(fā)器濃縮淡鹽水的工藝，MVR與多效蒸發(fā)器工藝相比具有如下優(yōu)勢。

(1)運行成本低。

MVR蒸發(fā)器設備的運行成本優(yōu)勢十分顯著，在能源價格不斷上升的情況下，采用MVR蒸發(fā)器對企業(yè)的競爭力有極大的提升。

(2)不屬于壓力容器范疇，傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)器設備在使用時，操作人員必須具有壓力容器使用資格，且須按照國家相關標準進行申報、審批、安檢等程序，然而MVR蒸發(fā)器只利用電能，無須納入安監(jiān)部門監(jiān)管。

(3)安全性能高，傳統(tǒng)多效蒸發(fā)設備使用高溫、高壓蒸汽作為熱源，在使用過程中存在燙傷等安全隱患，而MVR蒸發(fā)器在正常工作后無需工業(yè)蒸汽，相應的安全隱患降低了不少。

(4)占地面積小，同樣的蒸發(fā)處理量下，MVR所需的占地面積遠低于多效蒸發(fā)設備。

3 全鹵制堿工藝探索

全鹵制堿工藝可采用鹵水制固鹽和淡鹽水濃縮兩種工藝。

3.1 鹵水制固鹽

先將鹵水進行處理，然后進行蒸發(fā)、采鹽，制得合格的固體鹽，與電解后淡鹽水重飽和之后再次精制制得合格的飽和鹽水。

在蒸發(fā)前先對鹵水進行精制，其目的是減少在蒸發(fā)過程中不溶物的堵塞和提高蒸發(fā)效率。

采用鹵水制固鹽工藝生產(chǎn)流程較長，需兩次精制和一次化鹽(見圖1)。

圖1 鹵水制固鹽工藝流程示意圖Fig.1 Process flow diagram of solid salt production from bittern

3.2 淡鹽水濃縮

將電解后的合格淡鹽水直接進行蒸發(fā)濃縮至飽和鹽水與鹵水混合后進行精制，制得合格鹽水供電解使用。

采用淡鹽水濃縮工藝生產(chǎn)流程較短，蒸發(fā)濃縮后直接進行精制即可(見圖2)。

圖2 淡鹽水濃縮工藝流程示意圖Fig.2 Process flow diagram of depleted brine concentration

3.3 鹵水制固鹽和淡鹽水濃縮工藝的比較

(1)鹵水蒸發(fā)生產(chǎn)固鹽和淡鹽水濃縮工藝相比，鹵水蒸發(fā)生產(chǎn)固鹽的蒸發(fā)量大于淡鹽水飽和的蒸發(fā)量，在同等工藝條件下，鹵水蒸發(fā)的汽耗較高。

(2)采用鹵水蒸發(fā)路線的工藝重復。根據(jù)公司實際生產(chǎn)情況，采用鹵水制固鹽工藝時，鹵水先經(jīng)過處理，再經(jīng)過蒸發(fā)得固鹽，與淡鹽水飽和后須再次精制才能去電解槽。因此，該路線的精制工藝重復。另外，蒸發(fā)后的真空精制鹽由于顆粒小、雜質少，在一次鹽水精制過程中很難形成晶核，雜質很難除去，二次鹽水精制過程難度大。

(3)采用鹵水蒸發(fā)生產(chǎn)固鹽，在工藝設置上須增設采鹽和鹽的固液分離等生產(chǎn)操作單元。

(4)采用鹵水蒸發(fā)路線的投資較少。根據(jù)行業(yè)的投資經(jīng)驗，41萬t/a燒堿規(guī)模，鹵水蒸發(fā)路線的固定總投資約7 000萬元(不包含除硝、鹽泥處理和鹵水儲運費用)；根據(jù)與供貨廠家交流信息，41萬t/a燒堿規(guī)模，淡鹽水濃縮路線的固定總投資1億元左右(其中含除硝、鹽泥處理和鹵水儲運約1 850萬元)，主要原因是設備和管道的材質要求較高。

(5)淡鹽水濃縮比鹵水蒸發(fā)鹽制堿在鹽的成本環(huán)節(jié)節(jié)能近40%。在鹽的生產(chǎn)成本中，能源的成本占總成本的60%以上,基本原理就是全鹽制堿須把鹵水全蒸發(fā)，而全鹵制堿只須將淡鹽水中部分水分蒸發(fā)，這樣可減少大量的能源消耗，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。

目前，國內外擁有鹵水資源的氯堿企業(yè)均采用淡鹽水濃縮工藝，實現(xiàn)全鹵制堿，因此，使用淡鹽水濃縮工藝實現(xiàn)全鹵制堿，其經(jīng)濟效益和社會效益意義重大。

根據(jù)以上分析，全鹵制堿即淡鹽水濃縮工藝較鹵水制固鹽具有一定的優(yōu)勢。

4 生產(chǎn)裝置、組成及產(chǎn)品規(guī)格

4.1 裝置規(guī)模

按海豐和銳燒堿生產(chǎn)裝置規(guī)模41萬t/a計，淡鹽水濃縮規(guī)模為450 m3/h，膜法除硝系統(tǒng)規(guī)模為2 000 kg/h，無水芒硝裝置2.0 t/h，補充鹵水量250 m3/h。

4.2 裝置組成

4.2.1 MVR濃縮系統(tǒng)

濃縮系統(tǒng)包括：淡鹽水濃縮系統(tǒng)；回溶硝液蒸發(fā)結晶系統(tǒng)，熱法制元明粉系統(tǒng)；二次蒸汽回路系統(tǒng)；生蒸汽系統(tǒng)；冷凝水儲存及回用系統(tǒng)；機泵的機械密封水系統(tǒng)；沖洗水系統(tǒng)。

4.2.2 膜法除硝系統(tǒng)

海豐和銳現(xiàn)有2套膜法除硝系統(tǒng)，能力為1 100 kg/h，除硝裝置分別運行了10年和8年，存在設備陳舊老化、操作點位多、裝置分散、產(chǎn)能低等問題。若使用全鹵制堿除硝量約為2.0 t/h，須再建1套2.0 t/h的稀鹽水膜法冷凍除硝裝置。

4.3 產(chǎn)品規(guī)格

4.3.1 MVR 濃縮產(chǎn)物品質要求

濃縮后氯化鈉溶液的流量253 m3/h，質量濃度為300 g/L，溫度為(60±5) ℃；MVR 裝置蒸發(fā)總量146 m3/h，回收冷凝液中含鹽總質量濃度小于20 mg/L。

4.3.2 MVR 濃縮系統(tǒng)處理能力

處理淡鹽水流量：450 m3/h；設備的操作彈性：50%～110%。

4.3.3 MVR 蒸發(fā)結晶元明粉品質要求

元明粉：2.0 t/h(以干基計)。

5 投資、經(jīng)濟效益對比

5.1 投資估算

工程投資估算(如表1所示)：工藝設備及管道系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及安裝調試，不包括主要構筑物及利舊設施。

表1 工程投資估算表Table 1 Estimate sheet of engineering investment 萬元

5.2 經(jīng)濟效益評估

按41萬t/a燒堿測算,鹵水折百到廠含稅價187 元/t，固鹽到廠含稅價為310元/t計，其他輔料及公用工程按公司平均價格計，3種工藝經(jīng)濟性比較如表2所示。

表2 全鹽、摻鹵及全鹵3種制堿工藝經(jīng)濟性比較Table 2 Comparison of economy of caustic soda production totally from salt, from mixing bittern, and totally from bittern 萬元/a

由表2可得：3種鹽水工藝中，全鹵制堿工藝每年比全鹽制堿節(jié)約費用3 414 萬元，比摻鹵制堿節(jié)約費用2 862萬元。全鹵制堿工藝比其他兩種方案具有較大的經(jīng)濟效益。

6 結語

6.1 結論

采用膜法除硝與MVR處理淡鹽水，實現(xiàn)全鹵制堿，具有如下技術特點。

(1)膜法除硝后的淡鹽水可以進入MVR系統(tǒng)進行濃縮，實現(xiàn)與MVR蒸發(fā)濃縮聯(lián)用，節(jié)約能耗。

(2)在處理濃縮淡鹽水時，蒸發(fā)淡鹽水所需的熱能，由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時釋放的熱能提供。運行過程中，沒有潛熱的流失，節(jié)能效果明顯。

(3)產(chǎn)品鹽水質量穩(wěn)定，全自動控制操作。

(4)根據(jù)目前國內蒸汽、電以及鹵水和鹽的采購價格，采用MVR淡鹽水濃縮技術的全鹵制堿工藝與全鹽或摻鹵制堿工藝相比，節(jié)約生產(chǎn)成本。

6.2 尚需解決的問題

(1)該工藝探索所有效益是依據(jù)現(xiàn)有鹵水和固鹽價差來測算。體現(xiàn)經(jīng)濟性的關鍵因素是鹵水和固鹽的價差，若價格變化則效益完全不同。

海豐和銳缺乏鹵水資源優(yōu)勢，只有鹵水單價大大低于固鹽價時，全鹵制堿工藝才能體現(xiàn)出較大的經(jīng)濟效益。

(2)采用全鹵制堿后鹽泥量增大，鹽泥處置量大增，給環(huán)保處理帶來較大壓力。

(3)本工藝方法若實施，根據(jù)目前國家對新建項目的相關規(guī)定，面臨政策因素的限制，行政許可辦理方面存在一定困難。