陳克華

(福建省東南電化有限公司，福建 福清 350309)

一次鹽水HW精制改造經(jīng)驗

陳克華

(福建省東南電化有限公司，福建 福清 350309)

鹽水精制；一次鹽水；HW精制工藝；SST膜；改造經(jīng)驗

闡述了福建省東南電化有限公司一次鹽水工藝由傳統(tǒng)道爾澄清桶砂濾器工藝改為HW工藝的運行狀況，分析了兩種工藝的優(yōu)缺點，總結了改造后的運行經(jīng)驗及進一步的細節(jié)優(yōu)化，使之更好地為后續(xù)工藝服務。

福建省東南電化有限公司(以下簡稱“福建東南電化”)由福州市區(qū)搬遷到福清江陰工業(yè)集中區(qū)，構成12萬t/a離子膜法燒堿、10萬t/a PVC及10萬t/a TDI生產(chǎn)系統(tǒng)。燒堿裝置2013年開車運行，配套的一次鹽水工藝為道爾澄清桶+砂濾器+碳素管過濾工藝。開車運行后，由于澄清桶穩(wěn)定性差、易反渾，砂濾器陶瓷砂造成硅鋁含量高，碳素管運行不穩(wěn)定等問題造成鹽水質量不穩(wěn)定，對離子膜使用壽命有重大影響。因此，福建東南電化于2015年啟動鹽水工藝改造項目。目前，國內(nèi)比較成熟的一次鹽水工藝有凱膜、陶瓷膜及近幾年才工程化的HW鹽水精制工藝，通過與各供應商詳細交流及各工藝實地業(yè)績考察，雖然這3種工藝運行效果都很不錯，但出于對改造成本、運行成本及操作便捷等方面考慮，最后，福建東南電化選用了山東布萊恩化工技術有限公司的HW工藝。取消原來的砂濾器、碳素管過濾器，增加SST膜過濾器及配套的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，直接采用從澄清桶高位溢流到過濾器、出水調(diào)pH值及加亞硫酸鈉去除游離氯的HW鹽水精制工藝。

經(jīng)過前期預制準備，2016年6月，福建東南電化利用短短大修停車10天時間完成了改造并入系統(tǒng)，并一次性開車成功投入使用，革命性地改善了鹽水質量。

1 四大鹽水精制工藝總體對比介紹

鹽水精制工藝主要有傳統(tǒng)的道爾澄清桶+砂濾器+碳素管工藝、帶預處理器的凱膜工藝、帶粗過濾器的陶瓷膜工藝及HW鹽水精制工藝。

(1)傳統(tǒng)的道爾澄清桶+砂濾器+碳素管工藝在早期的隔膜電解槽工藝中運用廣泛(如圖1所示)。

圖1 傳統(tǒng)鹽水工藝流程

但是，由于澄清桶易反渾，砂濾器瓷砂在堿性鹽水中易溶解出硅鋁、碳素管過濾器預涂失敗等缺陷會給高要求的離子膜電解系統(tǒng)制造麻煩，因此，傳統(tǒng)的鹽水工藝已逐步退出離子膜電解市場。

(2)凱膜工藝[1](如圖2所示)在目前的鹽水精制工藝中有一定占有率，須利用三氯化鐵及加壓溶氣在預處理器中去除氫氧化鎂才能通過凱膜過濾出合格的精制鹽水。雖然凱膜工藝能滿足離子膜電解對鹽水質量的需求，但三氯化鐵控制不當會造成鹽水中的鐵離子含量超標。如果預處理器出現(xiàn)異常，也將給后續(xù)工序造成重大影響；另外，運行成本較高。

圖2 凱膜鹽水工藝流程

(3)陶瓷膜過濾工藝[2](如圖3所示)也有很大的市場占有率，只要先經(jīng)過粗濾即可通過陶瓷膜過濾出合格鹽水。陶瓷膜過濾工藝屬于比較簡單的鹽水精制工藝，近幾年發(fā)展迅速。但其泥漿的濃縮倍率低，造成鹽泥壓濾壓力大。因屬于加壓過濾，故障率相對其他工藝高，維修麻煩。該工藝動力電成本也較高。

圖3 陶瓷膜鹽水工藝流程

(4)HW鹽水精制工藝[3](如圖4所示)為美國戈爾公司與山東布萊恩化工技術有限公司聯(lián)合推出的新一代無預處理器的鹽水精制工藝，只經(jīng)常規(guī)的加碳酸鈉、燒堿處理，并加入微量次氯酸鈉，直接通過SST膜過濾出合格鹽水；再經(jīng)過pH值調(diào)節(jié)及去除游離氯后，直接進入螯合樹脂塔。其泥漿濃縮倍率高。

圖4 改造后的HW鹽水工藝流程

2 東南電化改造的HW鹽水精制工藝

2.1 主要設備參數(shù)

因屬改造項目，SST膜之前除加入微量次氯酸鈉的設備，其他全部利舊，僅在出澄清桶后增加2臺型號為AUTO-264-NBP-CSE-LA-SST的膜過濾器(簡稱“SST膜過濾器”)及配套的控制系統(tǒng)。

SST膜過濾器介紹：12萬t/a燒堿加上設計余量，按一次鹽水流量180 m3/h，選擇2臺DN2300的SST膜過濾器。即每臺250組SST膜，每組SST膜過濾通量0.25 m3/(h·m2)，則1臺過濾器流量為：

Q=250×0.25×1.6=100(m3/h)。

2臺過濾器則為：

100×2=200(m3/h)。

正常運行時，2臺即可滿足一次鹽水180 m3/h的需求。單臺過濾器結構性能及運行數(shù)據(jù)見表1。

表1 單臺過濾器結構、性能及運行數(shù)據(jù)Table 1 Structure, performance and operation data of a filter

2.2 改造整套工藝設備及輔料增減

2.2.1 設備

(1)增加：2臺SST膜，1個次氯酸鈉高位槽,1臺反洗泵；

(2)減少：2臺砂濾器，2臺碳素管過濾器，1個370 m3鹽水儲槽， 2臺碳素管鹽水供液泵，1臺反洗泵，1套主體給料系統(tǒng)，1套預涂系統(tǒng)，1套反洗鹽水地下池回收系統(tǒng)。

2.2.2 輔料

(1)增加：次氯酸鈉(質量分數(shù)10%、流量小于0.02 m3/h)；亞硫酸鈉(質量分數(shù)10%、流量小于0.1 m3/h)。

(2)減少：聚丙烯酸鈉、α-纖維素。

2.3 運行控制

2.3.1 正常過濾運行

單臺過濾器正常過濾運行全部采用7個程控閥加DCS，設置好程序全程自動運行，運行負荷僅須控制好化鹽系統(tǒng)的粗鹽水量。1個過濾小周期反沖1次，6個小周期進行1次排泥大周期，全自動循環(huán)運行。以福建東南電化12萬t/a的負荷，僅需粗鹽水160 m3/h即可滿足二次精鹽水進150 m3/h的需求。

2.3.2 反洗

膜過濾器壓差超過30 kPa或運行72 h須進行1次反洗，以提高過濾效率。反洗過程(第一次須現(xiàn)場手動調(diào)好閥位，以后不需要)通過DCS點擊開始即可自動運行反洗程序，整個停下—反洗—投用過程不超過30 min。

2.3.3 膜出口pH值調(diào)節(jié)及去游離氯

根據(jù)在線pH計自動加入鹽酸調(diào)節(jié)pH值，根據(jù)在線ORP自動加亞硫酸鈉即可除去游離氯，須定期校驗pH計及ORP。

2.3.4 與原工藝操作比較

(1)無須配制及加入聚丙烯酸鈉。

(2)無須每天手動操作反洗砂濾器。

(3)無須每班配制α-纖維素，無須每天半自動反洗碳素管。

(4)無須因經(jīng)常不穩(wěn)定造成的鹽水不合格進行繁雜的操作。

(5)因無纖維素加入，鹽泥大大減少，大大降低了壓濾工作量。

2.4 指標控制

2.4.1 化鹽溫度、濃度控制

原來因不定期鏟車上鹽、長管道鹽水輸送，受氣溫影響，鹽水濃度及溫度在一定范圍波動，經(jīng)常導致澄清桶反渾?，F(xiàn)無此限制，只要在一定范圍即可。

2.4.2 碳酸鈉、氫氧化鈉控制

設備供應商要求氫氧化鈉過量，盡量控制其質量濃度約為0.4 g/L，碳酸鈉質量濃度不低于0.6 g/L；按此要求運行一段時間后，鹽水的鈣鎂、SS等常規(guī)指標沒有任何問題，但硅鋁含量偏高。硅鋁含量偏高主要是受pH值太高的影響，應逐步降低過堿量。目前，氫氧化鈉質量濃度控制在0.2 g/L左右，碳酸鈉質量濃度控制在0.4 g/L左右，效果明顯。鋁的質量分數(shù)從10-7級別下降到10-8級別，二氧化硅的質量分數(shù)在5×10-6左右。降低過堿量仍可保持優(yōu)質的鈣鎂指標，這應該得益于舊澄清桶可給予充分的反應時間。如沒有澄清桶的緩沖，就須要加大兩堿的加入量來縮短反應時間。

2.4.3 次氯酸鈉及亞硫酸鈉控制

控制次氯酸鈉的加入量，以保證精制反應槽有游離氯存在，從而保證反應效果；次氯酸鈉加入過量，也不影響工藝效果，但須在后道工序消耗大量的亞硫酸鈉。由于福建東南電化原鹽為澳大利亞進口鹽，質量穩(wěn)定，只須開始幾天跟蹤監(jiān)測，根據(jù)粗鹽水流量的比例加入固定量的次氯酸鈉即可。目前，滿負荷流量加入10%有效氯量為0.01 m3/h。亞硫酸鈉根據(jù)在線ORP進行添加，因前面次氯酸鈉加入量穩(wěn)定，亞硫酸鈉加入量基本保持不變。

2.5 實際運行數(shù)據(jù)

2.5.1 原鹽質量

福建東南電化使用的均為澳大利亞進口鹽，原鹽的各組分比較穩(wěn)定(見表2)。

表2 澳大利亞進口原鹽各組分指標Table 2 Component content index of raw salt imported from Australia %

注：w(總銨)為7.10×10-6。

2.5.2 化鹽控制

化鹽控制指標見表3。

表3 化鹽控制指標Table 3 Control indexes of salt dissolving

碳酸鈉過量，其質量濃度由初期的0.7 g/L左右逐步下調(diào)到0.4～0.5 g/L，氫氧化鈉質量濃度大部分維持在0.2～0.3 g/L。因布置問題，管道比較長、溫降比較大，膜前溫度較化鹽溫度低了5 ℃左右。2016年6月改造前，一次鹽水鈣鎂質量分數(shù)在5×10-6左右，砂濾器后SS質量分數(shù)也是5×10-6。碳素管后大部分時間在1×10-6以下，但不穩(wěn)定。二次鹽水中鈣和鎂的質量分數(shù)也不穩(wěn)定，大部分在(10～15)×10-9,二氧化硅和二氧化鋁的質量分數(shù)都在高位。

2.5.3 鹽水指標

鹽水指標見表4。

表4 鹽水指標Table 4 Brine quality indexes

注：表中一次鹽水鈣鎂總量為正常的滴定分析數(shù)據(jù)，分析值為“0”表示數(shù)值在1×10-6以下，表內(nèi)10-9級的為ICP的部分分析結果。

由表4可見：改造后，一次鹽水中鈣鎂質量分數(shù)所有滴定分析值均為0；ICP分析鈣質量分數(shù)在8×10-7左右，鎂質量分數(shù)在1×10-8以下；SS質量分數(shù)除了個別分析數(shù)據(jù)略大于1×10-9，絕大部分在5×10-10左右。二次鹽水鈣鎂質量分數(shù)也明顯穩(wěn)定，硅質量分數(shù)沒什么變化，但鋁質量分數(shù)大幅下降。數(shù)據(jù)對比表明：改造后，鹽水質量有重大改變。

2.5.4 鹽泥壓濾

目前，每臺SST膜過濾器運行1個排泥周期為3 h，僅排泥2 m3左右；每天排泥8次，2臺排泥超過30 m3；加上澄清桶每天1次的排泥量(約10 m3)，1天只要開1次壓濾機，2 h即可打完鹽泥，1周左右卸1次濾餅。而原來因α-纖維素的影響，每天要多壓濾100 m3，2天就要卸濾餅1次。可見，排除纖維素的影響后，操作人員工作量大大減小，且大幅減少了鹽泥濾餅的處理量，降低了固廢處理的費用。

2.5.5 其他運行參數(shù)

出水量及反洗周期也是該系統(tǒng)的一個重要指標。目前運行負荷如下：粗鹽水160 m3/h經(jīng)過過濾器后，合格的一次鹽水可達150 m3/h，足夠供應12 t/a電解槽的鹽水量。在此負荷下，單臺SST膜過濾器入口流量為90 m3/h(加上反沖、沉降、排渣等非有效出水時間，總體平均流量大于80 m3/h)，整個72 h反洗周期的過濾壓差未超過14 kPa；供應商要求只要過濾壓差達到30 kPa或運行72 h后就要進行反洗。反洗總時間不會超過30 min。設計工況下反洗周期目標為1～2天，即過濾1～2天過濾壓力就會達到30 kPa。實際運行效果良好，整個72 h過濾周期內(nèi)過濾壓差上升不到2 kPa，應該和利舊設備澄清桶有關。雖然未加絮凝劑，作為通道的澄清桶起到了增加反應時間及粗沉降作用，使大的沉降顆粒及雜物不進過濾器。如果不用澄清桶，須加大碳酸鈉及氫氧化鈉的加入量，以縮短反應時間；另外，反洗周期會相應縮短。

2.6 運行成本比較

1套裝置改造除了工藝指標優(yōu)化外，運行成本也不容忽視。表5為改造前后運行費用比較(以滿負荷12萬t/a燒堿統(tǒng)計)。

表5 改造前后運行費用比較表Table 5 Comparison of operation cost before and after improvement

與改造前相比，可節(jié)省運行費用284.29萬/a，1～2年即可回收投資成本。

3 結語

經(jīng)過改造，一次鹽水質量、穩(wěn)定性、操作環(huán)境、運行費用等都遠優(yōu)于之前工藝，為離子膜電解槽的穩(wěn)定、長時間運行奠定了堅實的基礎。隨著該工藝工業(yè)化的推廣，勢必會逐步提高市場占有率。從工藝方面看，如果企業(yè)有條件，目前仍采用道爾澄清桶及凱膜工藝的可以考慮改成HW精制工藝，改造變更小，對接工期短，效果明顯。另外，所有的一次鹽水工藝目前還存在二氧化硅含量偏高的問題，這些仍須逐步改善。

[1] 劉小剛.一次鹽水工藝的發(fā)展[J].中國氯堿，2009(3)：6-7.

[2] 孫占瑞，王強，劉玉成.淺談陶瓷膜在一次鹽水中的運用[C].2010年全國燒堿行業(yè)技術年會論文集.天津：中國氯堿工業(yè)協(xié)會，2010：13-15.

[3] 宋作強，王超，張守蕾，等.Hygien Wash鹽水精制工藝在濱化運行小結[J].中國氯堿，2015(8)：7-10.

[編輯：費紅麗]

Summary on experience in improvement of HW primary brine refining

CHENKehua,WEIZhentian
(Fujian Southeast Electrochemical Co., Ltd., Fuqing 350309, China)

brine refining; primary brine; HW refining process; SST membrane; modification experience

Fujian Southeast Electrochemical Co., Ltd. substituted HW process for traditional process composed of Dorr clarifying tank and sand filter for primary brine refining. The running situation of the HW process was introduced. The advantages and disadvantages of the two processes are analyzed. The running experiences and further detail optimizations were summarized in order to provide the subsequent procedure with better quality brine.

陳克華(1979—)，男，工程師，2003年畢業(yè)于天津大學過程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)任福建省東南電化股份有限公司燒堿車間主任。

2017-01-12,危振添

TQ114.261

B

1008-133X(2017)04-0008-05