25万t/a烧碱一期项目试运行总结

王经川，刘海蓉

（万华化学（烟台）氯碱热电有限公司，山东 烟台264002）

万华化学（烟台）氯碱热电有限公司一期25 万t/a 烧碱项目建在烟台经济开发区万华工业园内西侧，主要产品有：液氯、烧碱、盐酸、氢气、次氯酸钠等，是万华工业园产品链的一个有机组成部分，主要为园区输送符合后续装置生产要求的氯气、烧碱、氢气。25 万t/a 烧碱项目主要装置离子膜电解槽，采用了蓝星（北京）化工机械有限公司制造的NBZ-2.7型膜极距离子膜电解槽（每台电解槽由150 个单元槽组成）。

1 项目建设情况

该公司一期25 万t/a 烧碱项目于2013 年8 月进入土建大面积施工阶段，2014 年6 月28 日完成主体工程建设及设备安装。

生产装置包括一次盐水、膜法脱硝、盐水回用、二次盐水、淡盐水脱氯、整流变电、离子膜电解、氯气处理（含尾气吸收）、蒸发、片碱、氢气处理、氯气液化（含尾气吸收）、气化、液氯包装、盐酸、罐区（烧碱、盐酸、硫酸、次氯酸钠）及中控中化楼等。

公用工程装置单体有：循环水站、空压站、冷冻水站、1#变电所、2#变电所、3#变电所、4#变电所。

辅助配套装置包括综合仓库、检修区域、初期雨水池、片碱仓库、门卫1、门卫2、氯碱生产办公楼、食堂、更衣及浴室等。装置建设规模一览表见表1。

表1 装置建设规模一览表

2 项目工艺流程

该项目一次盐水精制装置采用膜过滤工艺，粗盐水中的钙、镁离子的过滤采用预处理器加膜过滤器工艺流程替代传统的道尔澄清桶工艺。从化盐桶上部流出的氯化钠含量310 g/L 左右的粗盐水先经过预处理器除去绝大部分“镁离子”和有机杂质。除镁后的粗盐水中再加入适量碳酸钠，与盐水中钙离子形成的碳酸钙颗粒，含碳酸钙颗粒、悬浮物等杂质的粗盐水经膜法过滤器实现盐水中的固液分离一次完成，得到几乎不含固态物质的液体，同时使盐水中的悬浮物含量降到1×10-6以下， 得到一次精制盐水。精制后的盐水中加入适量高纯盐酸调节pH 至10～11，进入二次盐水精制装置。

二次盐水精制装置采用离子交换树脂塔三塔流程（正常情况下两塔串联运行，一塔再生），利用螯合树脂进一步除去一次精制盐水中含有的钙离子、镁离子。精制后二次盐水中的钙离子、镁离子总量小于20×10-9。二次盐水通过盐水高位槽加入电解槽，在直流电的作用下，在电解槽的阳极上发生氧化反应，氯离子失去电子变成氯气，在电解槽的阴极上发生还原反应，氢离子得到电子被还原变成氢气，由阳极透过离子膜的钠离子与阴极室里的氢氧根离子形成氢氧化钠。从电解槽阳极室出来的氯气及淡盐水通过气液分离器进行分离，氯气通过氯气总管进入到氯气处理工序，淡盐水的一部分被返回电解槽进行循环，其余部分进入淡盐水脱氯系统。淡盐水脱氯采用真空脱氯和化学脱氯相结合的方法，脱氯塔的内部压力由真空泵控制在250 mmHg 左右，从而使脱氯塔出口的盐水中的游离氯浓度降到50 mg/L 左右，脱出来的氯气进入氯气总管，真空脱氯后的淡盐水加10%的亚硫酸钠溶液除去残余的游离氯，使返回一次盐水装置的淡盐水不含游离氯。

由电解槽阴极室流出的氢气和烧碱通过气液分离器分离，氢气进入氢气总管被输送到氢气处理系统，部分烧碱加入适量纯水后又被送回电解槽进行循环，部分作为产品被送到烧碱中间槽分别去蒸发、罐区或自用。

氢气处理采用填料塔将来自电解的高温湿氢气进行洗涤，洗涤后的氢气经孟莫克除雾器过滤后通过冷却器进一步冷却、干燥，减少氢气含水量。处理合格的氢气部分经氢气压缩机加压、冷却、脱氧后送往园区用氢单位，部分由罗茨风机加压后输送到片碱工序和盐酸工序。

氯气处理采用氯水洗涤塔、填料塔加泡罩塔工艺，用氯水喷淋洗涤和冷却除去氯气中夹带的盐雾，再经冷冻水间接冷却和除雾器过滤除去进干燥塔的氯气含水量，以减少酸耗。洗涤、冷却后进入填料塔、泡罩塔。由进入填料塔、泡罩塔的硫酸进一步干燥后再经除雾器除去酸雾，确保干燥后的氯气含水量小于50×10-6。处理后的合格的氯气由透平压缩机加压后送入氯气液化工序。

氯氢处理来的干燥氯气在进入氯气液化器前，先与来自液氯分配台的液氯进行热交换，液氯被升温后去液氯汽化器，汽化后送往园区用氯单位。被降温后的气氯进氯气液化器，由7 ℃的冷冻水进一步降温，大部分被液化成液氯。液氯与未被液化的气体一起进入气液分离器，进行气液分离，液氯进入液氯储槽，未被液化的气体（尾氯），大部分去高纯盐酸工序合成盐酸，一部分尾氯去次氯酸钠工序生产次氯酸钠。

盐酸装置将来自氯气液化的尾氯与来自氢气处理的氢气按一定的比例进入盐酸合成炉合成生产31%的高纯盐酸产品，同时副产压力为0.3～0.8 MPa的蒸汽。

废气处理装置采用双塔碱液吸收工艺，一塔在线，一塔保护，将来自电解、氯气处理、氯气液化等装置产生的事故氯气以及相关装置产生的废氯气，利用烧碱溶液进行吸收处理，生成次氯酸钠溶液。各种事故氯气、废氯气被NaOH 溶液吸收，均达到允许的排放标准。

3 装置运行状况

2014 年9 月26 日，1#、2#电解槽送电开车并打通工艺流程，实现装置一次开车成功；2014 年12月4日，1-10#电解槽全部送电开车；2014 年10月2 日为供园区用氯单位提供氯气；2015 年1 月20 日，10 台电解槽满负荷148.5 kA 运行，进入约定考核期，开始进行72 h 性能考核；2015 年1 月26 日考核结束。

3.1 考核指标

（1）烧碱日产量（在电解槽出口）：750 t（按100%NaOH 计）；电解直流电耗保证值：电流密度为5.5kA/m2；烧碱温度：90 ℃，浓度为32%。

（2）电解直流电耗小于2 040 kWh／t 烧碱（按100%NaOH 计）。

（3）产品质量烧碱（在电解槽出口）。NaOH 浓度：≥32%；NaCl：≤30×10-6；NaClO3：≤8×10-6；Fe2O3：≤2×10-6。

氯气在界区点（加酸工艺、干基，不含CO2和空气）。纯度：≥98.5%；O2含量：≤0.75%；H2：≤0.05%。

氢气在界区点（干基体积含量）。纯度：≥99.9%；惰性气体：≤0.02%。

3.2 核期数据及考核计算

（1）考核期数据

考核期电解槽数据每2 h 记录一次，采集部分数据见表2。

（2）考核计算

c烧碱=M阴极液×E烧碱×ρ阴极液×24/t考核=5 544×32.15%×1.305×24/72=775.3（t）

式中：c烧碱—烧碱日产量（100%NaOH），t／d；

M阴极液—性能保证考核期间电解槽所产生的阴极液总量，78 082-72 538=5 544（m3）；

E烧碱—性能保证考核期间电解槽所产生的阴极液平均NaOH 浓度，%；

ρ阴极液—性能保证考核期间电解槽所产生的阴极液平均密度，kg／m3；

t考核—性能保证考核时间，72 h。

日理论产量c理为：

c理=1.492×I×n×b×H/1 000=1.492×14.85×10×150×24/1 000=797.6（t/d）

式中：H—一天的小时数（24 h）；

b—10 电解槽台数；

n—150 单槽单元槽数；

I—14.85 电解槽实际运行电流平均值。

碱电流效率计算为：

η=（c烧碱÷c理）×100%=（775.3÷797.6）×100%=97.2%

吨碱直流电耗A 为：

A=I×U×24×b÷C-（90-T）×13-（E-32）×17=14.85×456.6×24×10÷775.3-（90-84.2）×13-（32.16-32）×17=2 021（kW·h/t）

式中：b—10 电解槽台数；

I—14.85 电解槽考核期实际运行电流平均值，kA；

U—电解槽考核期电压实测平均值，V；

T—电解槽考核期出口平均槽温，℃；

E—电解槽考核期出口平均碱浓度，%。

考核期间，电解槽运行稳定，离子膜碱产量日均775.3 t、吨碱直流电耗2 012 kW、膜电流效率97.2%、碱浓度32.16%（质量）、氯气纯度99%、氢气纯度99.83%，各项数据符合合同及技术协议要求。

4 生产运行出现的停车问题

项目投产以来整体运行平稳，但因大量采用新工艺、新设备，也出现不少问题

（1）2014 年11 月8 日，1#槽EDT 显示超高，联锁停1#2#槽，经检查确认1#槽机组柜EDT 电阻故障，更换电阻后，系统正常开车运行；

（2）2014 年11 月17 日，园区用氯单位突然停用氯气，岗位操作人员急停氯气液下泵，氯气液化装置的气液氯换热器因液氯中断供给，气氯温度急剧升高，压力亦急剧升高，造成透平机出口压力过高，引起透平机喘振，致使系统联锁停车。故障原因查清后，找出相应对策：加强与园区用氯单位交流、沟通，发现氯气压力、流量异常等及时相互通知；接到园区用氯单位停用氯气通知后必须立即停氯气液下泵，并关闭出口阀门（防止气液氯换热器液氯倒流），同时系统迅速降负荷，并打开氯气泄压阀门，将透平机出口压力控制在正常操作范围。

5 新工艺、节能设备的应用

25 万t/a 烧碱一期项目大量采用新工艺、新型节能设备，主要目的就是降能减耗，提高劳动效率，减轻劳动强度，并对生产过程产生的三废物质进行综合治理，达标排放。

（1）主体设备离子膜电解槽采用的国产NBZ-2.7型膜极距法离子膜电解槽，其阳极采用改进的涂层新配方及烧结工艺，较以往国产电解槽阳极电位降低30～40 mV，电解槽自2014 年9 月26 日运行至今，经测算平均槽电压3.04 V，节电效果明显；

（2）一次盐水精制装置采用膜过滤工艺，膜过滤器的过滤能力是一般过滤器的5～10 倍，过滤膜为多孔聚四氟乙烯，过滤和反清洗压力低，具有能耗低、使用成本低、使用周期长、维修费用少等特点。脱硝装置采用了行业先进的MDD 膜过滤工艺，该工艺操作简单，劳动强度低，避免了使用氯化钡脱硝对环境和职业健康造成的危害；

（3）盐水回用装置采用先进的氧化吸附工艺，对园区单位产生的含盐、碱等废水进行氧化吸附处理，除掉大部分碳、氮氧化物，达到一次盐水配水要求。该工艺既能减少废液的排放，又能回收大量工业盐，降低生产物料消耗；

（4）氯气干燥工艺采用填料塔后接泡罩塔，进泡罩塔的硫酸经过冷冻水冷却，降低硫酸本身的水蒸气分压，采用先进的除雾器除去酸雾，确保干燥后的氯气含水量小于50×10-6；

（5）氯气液化装置采用高温高压法液化原氯，透平机氯气出口压力设计值为0.8～1.1 MPa （因新设备、新工艺，目前运行压力低于0.8 MPa），利用7 ℃左右的冷冻水使原料氯气在25～27 ℃就能液化，液化效率达到94%～96%，而且省去低温低压、中温中压法所需要的大量制冷设备，因此，在生产过程中高温高压法液化原氯节能效果非常明显；

（6）高纯盐酸合成装置采用国内先进的副产蒸汽盐酸三合一合成炉，纯水自蒸汽发生闪蒸罐，进入三合一炉副产蒸汽段夹套与氯化氢气体热交换，回收氯化氢燃烧反应热量，在降低氯化氢气体温度的同时又产生压力0.3 MPa 以上蒸汽，该部分蒸汽主要用来汽化液氯，供园区单位使用；

（7）生产系统所需要的7 ℃冷冻水全部由溴化锂机组生产，溴化锂机组是一种环保、耗电少的节能产品，是以蒸汽为驱动能源、以纯水为制冷剂、以溴化锂溶液为吸收剂的制冷装置。溴化锂无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，与氟利昂制冷机组比，更有利于环境保护。

6 结语

万华化学 （烟台） 氯碱热电有限公司一期25 万t/a 烧碱项目成功开车并平稳运行至今，所产氯气全部供万华工业园使用，为万华工业园单位开车生产打下坚实的基础，成为山东经济腾飞发展又一亮点，同时也为万华化学（烟台）氯碱热电有限公司二期25 万t/a烧碱项目打下坚实经济基础和技术基础。氯碱生产是高能耗行业，万华化学（烟台）氯碱热电有限公司将在生产过程不断采用行业中的新技术、新型节能设备，实现节能降耗的目标。