劉海蓉,劉國軍(萬華化學氯堿熱電有限公司,山東 煙臺 264002)
氯堿水平衡及水資源綜合利用
劉海蓉,劉國軍
(萬華化學氯堿熱電有限公司,山東 煙臺 264002)
通過分析氯堿生產(chǎn)過程中的水平衡問題,提出了綜合利用水資源的方案。
水平衡;水資源綜合利用
氯堿生產(chǎn)過程中需要消耗大量工業(yè)水,同時又產(chǎn)生大量廢水排掉,既浪費水資源,又污染環(huán)境。因此,在生產(chǎn)過程中做到水平衡及水資源綜合利用非常重要。萬華化學氯堿熱電有限公司充分利用現(xiàn)有水資源,優(yōu)化水平衡,提高水資源利用率,從而降低生產(chǎn)過程中工業(yè)水用量和廢水產(chǎn)生量。
一次鹽水精制裝置采用膜過濾工藝,粗鹽水中的鈣、鎂離子的過濾采用預處理器加膜過濾器,脫硝裝置采用了行業(yè)先進的MDD膜過濾工藝,二次鹽水精制裝置采用離子交換樹脂塔三塔流程,電解裝置采用藍星(北京)化工機械有限公司(以下簡稱北化機)的工藝技術,蒸發(fā)裝置采用三效逆流降膜蒸發(fā)工藝,將濃度為32%的燒堿濃縮至濃度為50%的燒堿。片堿裝置采用膜法立式生產(chǎn)工藝,將來自蒸發(fā)裝置溫度約75℃的50%堿液采用單效降膜蒸發(fā)技術濃縮到62%,再經(jīng)單管式降膜管濃縮到98.5%進入閃蒸罐。冷水系統(tǒng)采用溴化鋰蒸汽機組制冷,高純鹽酸合成裝置采用國內成熟的副產(chǎn)蒸汽鹽酸三合一合成爐,合成氯化氫后在爐內被直接吸收生成高純鹽酸,同時副產(chǎn)蒸汽。
該公司一期燒堿生產(chǎn)規(guī)模25萬t/a(以下類同),主要用水包括一次鹽水化鹽、循環(huán)水補水、電解(包括二次鹽水、脫氯)補水;可回收的蒸汽冷凝液包括堿蒸發(fā)回收的蒸汽冷凝液、二次蒸汽冷凝液、溴化鋰機組冷凝液、氣化液氯蒸汽冷凝液,鹽水預熱E153蒸汽冷凝液;其他水源包括原鹽帶水、MDI鹽水帶水、工業(yè)水、藥劑帶水。生產(chǎn)系統(tǒng)中氫氣帶水經(jīng)過洗滌冷卻后的冷凝水直接進入一次鹽水化鹽,氯氣帶水經(jīng)過洗滌冷卻、脫氯后也進入一次鹽水化鹽,以上用水均在生產(chǎn)系統(tǒng)內實現(xiàn)了循環(huán)再利用。
因為脫氯淡鹽水、鹽泥濾液帶水都進入一次鹽水化鹽實現(xiàn)了循環(huán)再利用,在計算時不再累計。燒堿裝置規(guī)模為25萬t/a(100%計,以下類同),年操作時間按8 000 h計,水平衡中計算的單位為t/h。
3.1 加入生產(chǎn)系統(tǒng)水
加入生產(chǎn)系統(tǒng)的水分為原鹽帶水、MDI鹽水帶水、工業(yè)水、藥劑帶水、電解(含二鹽/脫氯)系統(tǒng)用純水,可回收的蒸汽冷凝液包括堿蒸發(fā)回收的蒸汽冷凝液、二次蒸汽冷凝液、溴化鋰機組冷凝液、氣化液氯蒸汽冷凝液,鹽水預熱蒸汽冷凝液。
3.1.1 原鹽帶水
原鹽性質:含鹽96%、含水2%,折百噸堿鹽耗1.49 t/t,每小時原鹽帶水:(2 500 000/8 000)×1.49× 0.02/0.96=0.97(t/h)。
3.1.2 MDI鹽水帶水
MDI鹽水性質:密度1.19 kg/L、含水84%,假設運行負荷A m3/h,每小時MDI鹽水:0.84×1.19×A=A
3.1.3 一次鹽水藥劑帶水(見表1)
表1 藥劑單耗和水帶水量 kg/t堿
藥劑帶水:0.236×250 000/8 000(單位時間產(chǎn)折百堿)=7.375(t/h)。
3.1.4 電解(包括二次鹽水、脫氯)補水
電解(包括二次鹽水、脫氯)以標準純水消耗值1.2 t純水/t堿的消耗進行計算:1.2×250 000/8 000= 37.5(t/h)。
3.1.5 可回收蒸汽冷凝液
假設蒸發(fā)裝置運行負荷B m3/h,出堿50%,汽耗0.5 t/t(32%堿密度為1 320 kg/m3,50%堿密度1 520 kg/m3),所用蒸汽產(chǎn)生的蒸汽冷凝液:0.5× 1.32×0.32 B=0.211 2 B。
工藝冷凝液:B×1.32×(0.68-0.32)=0.475 2 B。
假設片堿裝置運行負荷C m3/h,出堿99%,所用蒸汽產(chǎn)生的工藝冷凝液:1.52×0.5 C=0.76 C(用時停運)。
假設液氯氣化量29 t/h、氣化液氯汽耗0.17 t/t,所用蒸汽 (包括含鹽酸副產(chǎn)蒸汽)產(chǎn)生的蒸汽冷凝液:29×0.17=5.5(t/h)。
假設溴化鋰機組滿負荷運行,所用蒸汽產(chǎn)生的冷凝液為5.5 t/h(溴化鋰機組蒸汽消耗設計數(shù)據(jù))。
由此計算出單位小時進入生產(chǎn)系統(tǒng)總水量,表達式=0.97+7.375+A+37.5+0.211 2B+0.475 2B+0.76C+ 5.5+5=56.345+A+0.686 4B+0.76C。
3.2 帶出生產(chǎn)系統(tǒng)水
帶出生產(chǎn)系統(tǒng)水有鹽泥帶水、芒硝帶水、32%堿液帶水、濃硫酸帶水、氯氣帶水、氫氣帶水、樹脂塔再生酸堿廢水等。
3.2.1 鹽泥、芒硝帶水
按照典型原鹽對應的鹽泥量為40 kg干基/t堿計。鹽泥含固量約為50%,計算得帶水為40 kg/t堿;芒硝(以十水硫酸鈉計)以原鹽(含鹵水)典型含硝量為20 kg/t堿,計算得帶水25 kg/t堿。
3.2.2 硫酸、氫氣、氯氣帶水
硫酸干燥過程(98%酸至75%酸)中濃硫酸消耗約為17 kg/t堿,計算得帶水5.3 kg/t堿。氯氣出界區(qū)已基本為干氯氣,不再含水。氫氣量在10℃,以100 kPa壓力時含水1.5 kg/t堿,以上帶出水量可忽略不計,帶水匯總情況見表2。
表2 帶水匯總情況 kg
每小時帶出生產(chǎn)系統(tǒng)總水量為:2.4×(250 000/ 8 000)=75(t)。
3.2.3 電解過程消耗水
電解過程水作為反應原料參與反應,根據(jù)電解方程式理論計算,噸堿需要轉化的水為0.45 t,即每小時消耗的水為0.45×(250 000/8 000)=14.062 5(t)。
由此可以計算出單位小時進入生產(chǎn)系統(tǒng)總水量為:75+14.062 5=89.062 5(t),即生產(chǎn)系統(tǒng)噸堿加水為2.85 t。
3.3 水平衡
建立水平衡式:進入生產(chǎn)系統(tǒng)的水=帶出生產(chǎn)系統(tǒng)的水+生產(chǎn)系統(tǒng)內消耗的水,得到:56.345+A+ 0.686 4B+0.76C=89.062 5。
從上式中可以看出,適當調整MDI鹽水、蒸發(fā)、片堿3個裝置之間的運行負荷,可以做到生產(chǎn)用水平衡,但在實際生產(chǎn)過程中,企業(yè)在確保安全環(huán)保的前提下盡可能根據(jù)市場變化實現(xiàn)效益最大化,因此,該公司根據(jù)產(chǎn)供銷平衡調整3個裝置運行負荷,MDI鹽水運行負荷30 m3/h,蒸發(fā)35 m3/h、片堿3.7 m3/h,帶入生產(chǎn)系統(tǒng)的水量約為113 m3/h,遠大于生產(chǎn)所需加入的水量。如何回收利用多余的水資源,成為公司研究課題,經(jīng)公司領導討論決定,充分利用現(xiàn)有技術力量與設備對多余的水資源進行回收利用。
表3 各冷凝液與純水質量對照表
以上數(shù)據(jù)表明,蒸發(fā)工藝冷凝液接近純水的標準,片堿工藝冷凝液Fe含量較高,兩者可用于循環(huán)水補水。氫氣洗滌水排出量含堿量0.35 g/L,pH值較高,可用于亞硫酸鈉配置、事故氯配堿、蒸發(fā)成品堿配堿、片堿化糖。鹽水預熱E153蒸汽凝液接近純水的標準,可用于純水站制取純水。
4.1 蒸發(fā)及片堿工藝冷凝水用于循環(huán)水回水管補水
為回收利用工藝冷凝液熱量,在片堿暖氣熱水回水管上增加板式換熱器,冬季工藝冷凝液經(jīng)熱水回水管換熱后回片堿西南側的循環(huán)水回水管;夏季工藝冷凝液不經(jīng)板換走旁通回循環(huán)水回水管;去一次鹽水管道保留,工藝流程示意圖見圖1。
圖1 工藝流程示意圖
4.2 氫氣洗滌水用途
增加氫氣洗滌水收集罐,在去一次鹽水管道上增加去氫氣洗滌水收集罐分支并加裝2個閥V2,原來去一次鹽水管道上也增加2個閥V1。V1、V2與收集罐液位聯(lián)鎖,當液位高時V1開,V2關,液位低時V1關,V2開。氫氣洗滌水用于亞硫酸鈉配置、事故氯配堿、蒸發(fā)成品堿配堿、片堿化糖工藝流程示意圖見圖2。
圖2 氫敢洗滌水回用工藝流程示意圖
4.3 鹽水預熱E153蒸汽凝液回收用于純水站制取純水
為回收利用E153蒸汽凝液熱量,在換熱站暖氣熱水回水管上增加板式換熱器,冬季E153凝液給熱水回水管換熱后打至熱水罐;夏季蒸汽凝液不經(jīng)板換走旁通直接去熱水罐,原來去一次鹽水PVC管道拆除。工藝流程示意圖見圖3。
圖3 鹽水預熱蒸氣凝液回收用于純水站工藝流程示意圖
4.4 效益評估
蒸發(fā)片堿工藝冷凝水改造后,一期實際產(chǎn)量年可節(jié)水約160 000 m3,價值100萬元以上(以工業(yè)水價值6.3元/m3計算);氫氣洗滌水改造后,一期滿負荷生產(chǎn)年可節(jié)水32 000 m3,價值20萬元以上(以工業(yè)水價值6.3元/m3計算);E153蒸汽凝液改造后,一期滿負荷生產(chǎn)年可節(jié)水72 000 m3,價值50萬元左右(以純水價值7元/m3計算)。
通過水平衡計算能夠最大限度地節(jié)約用水和合理用水,減少環(huán)境污染,降低企業(yè)耗水量,提高水的重復利用率,實現(xiàn)一水多用,使企業(yè)用水工作向更高層次邁進,同時提高企業(yè)管理人員和員工的用水意識、節(jié)水管理和業(yè)務技術素質,為地區(qū)開展供水、節(jié)水規(guī)劃和研究提供扎實的數(shù)據(jù)資料,使用水沿著科學、高效方向發(fā)展。
Chlor alkali water balance and water resources comprehensive utilization
LIU Hai-rong,LIU Guo-jun
(Wanhua Chemical Chlor-alkali Thermal Power Co.,Ltd.,Yantai 264002,China)
The problem of water balance in chlor alkali production was analysed,and puts forward the water resources comprehensive utilization project.
water balance;water resources comprehensive utilization
TQ085
B
1009-1785(2017)01-0036-03
2016-11-08