Hygien Wash 工艺在氯碱盐水装置扩能改造中的应用

张天国，马林，陈勇江，熊鹏

新疆圣雄氯碱有限公司，新疆 吐鲁番 838000)

【盐水】

HygienWash工艺在氯碱盐水装置扩能改造中的应用

张天国*，马林，陈勇江，熊鹏

新疆圣雄氯碱有限公司，新疆 吐鲁番 838000)

盐水精制；Hygien Wash工艺；扩能；改造

介绍了Hygien Wash 工艺的特点和运行原理，总结了新疆圣雄氯碱有限公司一次盐水系统扩能改造的过程和经验，评估了该次改造产生的经济效益。

新疆圣雄氯碱有限公司(以下简称“圣雄氯碱”)离子膜法烧碱装置中的电解槽设计产能为22万t/a离子膜法烧碱，但一次盐水装置设计产能为配套19万t/a离子膜法烧碱，因此，一次盐水装置与后续工序不匹配，导致整套装置不能达产达标。一次盐水采用传统的预处理器、凯膜过滤器工艺，装置负荷已经达到最大值。若在现有基础上进行提产，极易导致预处理器反浑，盐水质量恶化，严重制约着圣雄氯碱的产能提升。

1 一次盐水工艺简介

一次盐水工艺如图1所示。

图1 一次盐水工艺流程图

配水槽水经过换热器加热到55～60 ℃后送到溶盐桶，原盐经过铲车送入溶盐桶，制得饱和盐水。饱和盐水从溶盐桶溢流进入粗盐水槽，输送到前反应槽并加入NaOH 溶液，再由加压泵进气水混合器后，进入加压溶气罐。

出加压溶气罐的盐水加入FeCl3后，进入预处理器。

出预处理器的清液自流进入后反应槽，加入Na2CO3，流入进液高位槽后，进入凯膜过滤器。

过滤的不合格盐水从回流口流回前反应槽，过滤合格盐水从清液出口进入过滤盐水贮槽，经过过滤盐水泵送至离子膜电解工序[1]。

出电解槽的淡盐水经脱氯回到一次盐水膜法脱硝装置脱硝后，回到一次盐水配制槽。

由于传统的凯膜过滤器膜组件只能在预处理器不反浑的条件下才能保证盐水质量，所以利用原工艺直接进行提产已不可能。

2 利用Hygien Wash 工艺扩能改造

2.1 Hygien Wash 精制原理

HW(Hygien Wash)一次盐水精制工艺[2]是美国戈尔公司与山东布莱恩化工技术有限公司联合推出的新一代无预处理器一次盐水精制工艺。其优点是取消了重力分离精制过程， 实现了有机膜一次精密过滤精制的夙愿，形成全新的工艺方法。

该工艺采用分步加入纯碱和烧碱并在反应器中实现一起完成精制沉淀反应，之后利用高抗污染型全四氟过滤膜(SST膜)进行一步过滤，获得精制盐水，改变了原有的采用预处理器先除Mg2+后除Ca2+的复杂工艺路线。

HW工艺采用了戈尔公司最先进的SST系列膜产品，99.99%的膜孔径均为0.2 μm，具有非常高的过滤精度，实测精盐水中的w(SS)能够被稳定控制在(1～2)×10-7；同时，该工艺采用低压过滤，过滤压力最高不超过45 kPa。因为SST膜为纯四氟材料无骨架， 对于任何因素引起的泄漏均不会引起盐水质量的极度瞬间恶化。

2.2 盐水系统改造过程

圣雄氯碱保留原始预处理器功能，只在凯膜过滤器(改造前工艺流程如图2所示)进行升级改造，将凯膜全部更换为SST膜，并在凯膜过滤器上增加全自动清洗系统[3]，将凯膜过滤器原始的数字显示屏升级改造为PLC自动控制系统，不仅保留了原凯膜过滤器的自动反冲、排渣功能，还实现了一键自动清洗功能。

圣雄氯碱一次盐水工序改造前是配套19万t/a离子膜法烧碱产能，配套1台预处理器及3台凯膜过滤器。

凯膜过滤器改造前用的是传统的凯膜，每台凯膜过滤器为240组凯膜，每组9根膜管，单台凯膜过滤器最大通量为100 m3/h。

由于圣雄氯碱采用的全部是盐矿原盐，预处理器的最大盐水处理量为270 m3/h，若预处理器盐水量超过270 m3/h，则预处理器出现反浑。由于凯膜只有在预处理器不反浑的条件下才能保证盐水质量，所以通过凯膜过滤器的盐水质量会已大幅度恶化，Ca2+、Mg2+含量超标，悬浮物超标。

传统的凯膜采用盐酸酸洗，但酸洗过程中稀盐酸与过滤器中残留盐水中的氯酸盐发生反应，生成氯气，不仅对现场设备管线造成腐蚀，还会严重影响操作人员的健康[4]。凯膜过滤器改造后的工艺流程如图3所示。

将凯膜更换为SST膜，每组51根膜管，每组SST膜过滤面积1.6 m2，在保留预处理器的运行模式下，膜设计通量为0.3 m3/(m2·h)，则每组SST膜的设计流量为：

Q=1.6×0.3=0.48(m3/h)。

按照每台过滤器安装240组考虑，装置最大生产能力过滤精制盐水可达到：

240×0.48=115(m3/h)。

尽管流量已经超出预处理器的处理能力，预处理器也产生了局部反浑，但盐水质量依然能够保持稳定，完全能够满足22万t/a烧碱一次盐水需求。

改造后的SST膜过滤器已不用盐酸进行清洗，而采用酸性精盐水清洗和碱性精盐水置换，通过增加清洗气动阀及PLC自动控制系统，通过增加XV101清洗液进液阀、XV102清洗液排液阀及XV103不合格盐水排液阀，不仅大幅度改善了现场环境，而且自动化程度大幅提高，实现了自动化的一键清洗。

SST膜自动清洗工艺流程(如图4所示)：通过在精盐水罐周围增加清洗液泵、XV01201自动加酸阀及XV01202自动加碱阀，实现了清洗装置的自动化操作。

3 Hygien Wash 盐水工艺的优点

(1) HW工艺采用了最先进可靠的SST膜，是戈尔公司在原先微滤膜的基础上优化改性而来，此膜具有很好的抗污染性，能够更好地耐受盐水中有机物和Mg2+等不适合过滤杂质的污染。

图2 凯膜过滤器改造前工艺流程

(2) 在保留预处理器的运行模式下，圣雄氯碱3台过滤器达到正常运行能力为300 m3/h，最大运行能力为345 m3/h，大幅度提高一次盐水现有装置的生产能力，完全能够满足22万t/a烧碱一次盐水需求。

(3) 该工艺取消预处理器、加压容器设备、助沉剂等辅助工艺。

该工艺特点是分两步分别加入纯碱和烧碱精制反应。在精制反应之后，再进入SST膜过滤器进一步过滤，大大缩短了工艺流程，减少了操作难度。取消预处理器或预处理器检修的条件下，精制盐水流量达到250 m3/h，也能够满足19万t/a烧碱生产系统对一次盐水的需求。

4 扩能改造效果总结及经济效益分析

本次一次盐水扩能改造自2016年7月9日开始实施。

图3 凯膜过滤器改造后工艺流程

图4 SST膜自动清洗工艺流程

7月22—24日完成3台过滤器SST膜改造，并于8月2日10：00—8月5日10：00完成1#、2#、3#过滤器72 h性能测试。SST膜过滤器出口Ca2+、Mg2+含量变化情况如图5所示。

横坐标意义说明：

1—8月2日14：00；2—8月2日18：00；3—8月3日2：00；
4—8月3日10：00；5—8月3日20：00；6—8月4日2：00；
7—8月4日10：00；8—8月4日18：00；9—8月5日2：00

图5SST膜过滤器出口Ca2+、Mg2+含量变化曲线图

Fig.5CurvesofchangeinCa2+andMg2+contentatoutletofSSTmembranefilter

SST膜过滤器出口悬浮物SS含量变化情况如图6所示，SST膜过滤器出口铁离子含量变化情况如图7所示。

在测试期间，3台过滤器总流量为340 m3/h，测试时预处理器已经出现轻微反浑，但对于3台戈尔膜过滤器，其出口Ca2++Mg2+总质量浓度最高为0.8 mg/L，最低为0.52 mg/L，平均值0.64 mg/L[指标为ρ(Ca2++Mg2+)≤3 mg/L]，悬浮物平均值0.59 mg/L[指标：ρ(SS)≤1 mg/L]，ρ(铁离子)平均值0.02 mg/L[指标：ρ(铁离子)≤0.1 mg/L]。

注：横坐标意义与图5相同图6 SST膜过滤器出口悬浮物SS含量变化曲线图

注：横坐标意义与图5相同图7 SST膜过滤器出口铁离子含量变化曲线图

经过戈尔膜72 h大流量的运行测试，尽管预处理器已经出现反浑，但各项指标均在合格范围之内，说明SST膜改造达到了预期的扩能效果。

如果采用原工艺进行扩能改造，更换现有3台一次盐水过滤器过滤膜需108万元；要达到22万t/a烧碱，还要增加1台凯膜及配套管线(约90万元)。

现有直径为15.5 m预处理器，如果对预处理器进行扩能改造周期太长将会影响生产，考虑新增1套(3～5)万t/a规模的加压溶气罐，直径为7 m预处理器系统，至少需要投资500万元，共计需要：

108+90+500=698万元。

如果将凯膜更换为戈尔SST膜及HW工艺后，整体改造花费300万元，为公司节约成本：

698-300=398(万元)。

项目完成之后,离子膜法烧碱装置生产能力有原来的19万t/a提升至22万t/a，圣雄氯碱烧碱产量增加3万t/a、PVC产量增加5万t/a，烧碱按照2 800元/t、PVC按照7 000元/t计，可增加销售额：

2 800×3+7 000×5=43 400(万元/a)。

5 结语

新疆圣雄氯碱有限公司基于原有的预处理器、凯膜过滤工艺，将Hygien Wash 工艺用于一次盐水扩能改造，成功地将一次盐水产能从配套19万t/a离子膜法烧碱扩产到配套22万t/a离子膜法烧碱装置，用低投入实现了高回报，为中泰集团及其他企业扩能改造提供了借鉴；同时，给预处理器增加旁路管线。若在预处理器出现问题而计划长时间检修时，可将预处理器切除系统，采用无预处理器工艺，给盐水乃至氯碱生产提供了双重保障，此在氯碱行业内为首例。

[1] 程飞,王艳超,李波.HW 工艺运行总结 [J].氯碱工业,2016,52(4):8-10.

[2] 宋作强,王超,张守蕾,王志磊. Hygien Wash 盐水精制工艺运行小结[J].中国氯碱,2015(8):7-10.

[3] 乌仁图雅,刘红星,张立军,帅小东.一次盐水精制装置运行小结[J].氯碱工业,2015，51(5):7-9.

[4] 江青树.一次盐水精制及戈尔过滤技术的应用[J].氯碱工业,2006(10):7-8.

ApplicationofHygienWashprocessinexpansionrevampingofchlor-alkalibrineplant

ZHANGTianguo,MALin,CHENYongjiang,XIONGPeng

(Xinjiang Snxon Energy Co., Ltd.， Turpan 838000, China)

brine refining; Hygien Wash process; capacity expansion; transformation

The characteristics and operation principle of Hygien Wash technology is described. The process of expansion revamping primary brine system in Xinjiang Snxon Energy Co., Ltd. and the obtained experience are summarized. The economic benefits due to the revamp are evaluated.

*

张天国(1986—)，男，工程师，现于新疆圣雄氯碱有限公司电解车间从事生产及工艺技术管理工作，曾发表专业论文多篇，参与发明专利7项。

2017-01-03

TQ114.261

B

1008-133X(2017)09-0004-06

[编辑：费红丽]