膜法除硝扩能改造能效对比

段成义，陈尚敬，卢丽萍，李国骁

（重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆401221）

重庆市映天辉氯碱化工有限公司10 万t/a 离子膜烧碱项目配套42 m3/h 淡盐水膜法回收 （除硫酸钠）处理系统。 将经离子膜电解槽后的淡盐水（含硫酸钠），通过工艺分离膜系统进行分离，分离后的产水含微量硫酸钠，直接回到淡盐水蒸发工序进行浓缩。膜分离后的浓水含有氯化钠和硫酸钠（60～80 g/L），通过-5 ℃冷冻，使硫酸钠过饱和析出，经过离心机分离，得到成品芒硝（十水硫酸钠）。结晶和离心后的母液含氯化钠和小于7 g/L 的硫酸钠， 经过换热升温，可以回到淡盐水蒸发工序浓缩。 2011 年底离子膜淡盐水蒸发装置建成投产实现全卤制碱， 卤水硫酸根含量平均为5.5～6.0 g/L。 原有膜法除硝装置不能满足全卤制碱工艺，2012 年3 月， 开始实施对膜法除硝进行扩产改造。 处理能力由313 kg/h 提升至626 kg/h。

1 工艺改造情况

此次改造的目的是扩产及节能。 膜处理单元扩产， 对冷冻除硝部分由-5 ℃直接冷冻脱硝改造为5 ℃冷冻水间接冷却加结晶槽沉降的工艺。 在原有42 m3/h 淡盐水膜法脱硝的基础上， 加装1 套SRO系统及冷冻脱硝系统等。 将经离子膜电解槽后的脱氯淡盐水（含硫酸钠），通过并列的2 套SRO 膜系统进行分离，分离后的脱硝盐水含少量硫酸钠，直接到淡盐水浓缩工序利用。 SRO 膜分离后的富硝盐水，含有氯化钠和硫酸钠（约80 g/L），通过5 ℃冷冻使硫酸钠过饱和析出，经过离心机分离，得到副产品芒硝（十水硫酸钠），结晶的母液含氯化钠和微小硫酸钠晶体，回到结晶槽处理，结晶后冷冻清液部分回到缓冲水槽重新进SRO 系统处理。改造前后冷冻膜硝工流程对比示意图见图1 和图2。

2 能耗对比

根据硫酸钠的溶解度曲线，见图3。 新工艺比老工艺性能优越， 完全解决了蒸发器堵塞和清洗问题，电耗节省约百分之二十，出水硝含量低至0.6 g/L。

根据图3 所示的硫酸钠溶解度曲线，温度在5～30 ℃时对溶解度影响最明显，所以，新工艺通过二级膜浓缩把硫酸钠浓度提高到105 g/L，冷冻沉硝温度由旧工艺的由35 ℃降到-5 ℃改为只降到5 ℃，旧工艺沉硝后清液和膜透过液混合后去化盐， 新工艺中，清液硫酸钠浓度仍为25 g/L 左右，所以不去淡盐水浓缩而是回流到中间贮槽经过膜系统再浓缩2 次后，再次冷冻沉硝。 系统改造后，体现出以下优势。

图1 原冷冻脱硝工艺

图2 改造后冷冻脱硝工艺

图3 硫酸钠在200 g/L氯化钠溶液中的溶解曲线

（1）旧工艺脱硝能力为313 kg/h，系统在线负荷为320.2 kW·h，冷冻机组功率为132 kW 电耗高、效率低， 全系统每脱出1 kg 十水硫酸钠需要耗电1.02 kW·h。系统改造后，脱硝能力626 kg/h，系统在线负荷为533 kW·h， 冷冻机组功率虽为164.5 kW，约为老冷冻系统的1.24 倍， 但冷冻脱硝能力却增加1倍。每脱出1 kg 十水硫酸钠，耗电约0.85 kW·h，降低脱硝电耗0.17 kW·h， 以平均电费0.58 元/kW·h计算，全年运行8 000 h 计，综合节约电费约五十万余元。

（2）旧工艺采用的列管式蒸发器由于堵塞严重基本上每5～8 h 需要清洗一次， 新工艺取消了该设备，在5 ℃冷冻水与浓缩液换热过程中，芒硝堵塞换热器问题得到有效缓解，冲洗更容易。

（3）取消了冷冻液贮槽、浓缩液贮槽、兑卤槽等设备,简化了生产流程，系统运行更加平稳可控。 在老工艺中，冷冻液、浓缩液硫酸钠含量高、温度低，冷冻液贮槽、浓缩液贮槽长期有芒硝沉降，造成设备及管道堵塞，冷冻系统停车检修频繁。 改造后，浓水直接进入结晶槽，利用浓水循环泵，在结晶槽内循环的同时，与5 ℃乙二醇水溶液换热,缩短了整个冷冻脱硝工艺流程，稳定了生产，简化了操作。

3 结语

项目投资约四百万元，历经3 个月，试车后，项目总体进展顺利，投产后，系统脱硝能力提升，节能效果显著，生产持续稳定，操作简单，促进了全卤制碱稳定生产。