一次盐水工序SST膜运行分析

林金元, 江泳

(浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004)

浙江巨化股份有限公司电化厂(以下简称“巨化电化厂”)离子膜法烧碱装置自2001年第1套电解装置投产以来，根据整体发展战略的需要，经过4次扩建，离子膜法烧碱产能已达46万t/a。一次盐水原为凯膜生产工艺，已运行多年，因设备老化使用寿命到期，已到换膜年限和设备大修期，2017年巨化电化厂开始采用了SST膜生产工艺。

1 一次盐水精制过滤技术

采用SST膜可生产高质量的一次盐水，具有投资费用少、占地面积小和运行成本低等显著特点。通过试验，在原有一次盐水工艺的基础上进行优化，开发了无预处理器的SST膜法精制盐水工艺；并经过多次筛选，选定了适合中国原盐品质的过滤膜。

1.2.1 SST膜工艺

SST膜工艺流程：经化盐后的粗盐水首先进入Na2CO3反应器，与纯碱反应60 min，形成较大的CaCO3固体中心，再流入NaOH反应器，与烧碱充分反应60 min，形成以CaCO3为中心、外围为Mg(OH)2的混合不溶物，在过滤泵控制的压力下进入SST膜过滤器；在过滤后的盐水中加入Na2SO3，消除游离氯后，进入一次盐水储罐。SST膜过滤器定期进行反冲洗，排泥，清洗。

1.2.2 凯膜工艺

凯膜工艺流程：经化盐后的粗盐水，加入精制剂氢氧化钠形成氢氧化镁沉淀，除去盐水中的镁离子，形成质量浓度为300～310 g/L的粗盐水；再通过加压泵送至加压溶气罐，自流入预处理器后，再溢流至后反应罐，加入碳酸钠形成碳酸钙沉淀以除去盐水中的钙离子。盐水经过进液高位槽，利用自身重力，通过凯膜过滤器得到后续生产所需的精盐水。凯膜过滤器定期进行清洗。

1.2.3 两膜工艺对比

与凯膜工艺相比，SST膜工艺取消了预处理器、加压溶气罐、助沉剂等辅助工艺，分两步分别加入纯碱和烧碱精制反应后，经过SST膜过滤器进行进一步过滤，大大缩短了工艺流程，减少了操作难度。

2 现存的问题及采用SST膜注意事项

2.1 操作控制系统落后，自动化程度低

2.1.1 问题

原一次盐水的膜过滤器上多采用挠性阀，该阀门使用故障率较高，膜过滤器操作多为现场PLC控制，操作人员必须去现场确认才能执行，不利于一次盐水自动化控制，出现异常时也不易发现并及时处理。

2.1.2 改进措施

将过滤器原有的现场操作柜控制的挠性阀全部改造成程控阀，并设计采用DCS程序控制。过滤器原人工酸洗也同步进行相应的技术改造，并实施智能化反冲洗，劳动效率显著提高。

2.2 盐水过碱量控制不好影响过滤盐水质量[1]

2.2.1 问题

盐水中过碱量控制不好会造成过滤盐水质量不稳定。粗盐水精制须添加氢氧化钠及碳酸钠以除去盐水中的钙镁离子，但后续盐水中的过碱量须控制在指标范围之内：NaOH的质量浓度为0.1～0.4 g/L，Na2CO3的质量浓度为0.4～0.6 g/L。在日常生产过程中，岗位操作人员使用标准硫酸溶液进行滴定分析，利用指示剂颜色变化确认滴定终点；但是原盐质量变化波动较大，且一次盐水使用SST膜后去掉了预处理器，致使盐水缓存时间缩短，盐水中过碱量较难稳定控制，过滤后的盐水质量波动较大。

2.2.2 改进措施

一次盐水精制过程中的两碱碱量测定属于中和滴定，可以运用电位滴定的原理进行分析，在盐水精制流程中安装在线分析仪表。滴定过程模拟人工对NaOH、Na2CO3混合溶液的碱量滴定方法，使用蠕动泵代替移液管进行样品量取，利用计量泵代替滴定管进行酸标准溶液滴加，以试样电位变化代替指示剂变色对滴定终点进行判定。将分析结果传输至DCS控制室，为操作提供了更加详细可靠的实时在线数据，便于及时调节NaOH、Na2CO3的加入量，从而保证了精制盐水的质量。两碱在线分析仪表检测数据与人工分析数据对比如表1所示。

表1 两碱在线分析仪检测数据与人工分析数据对比表Table 1 Sodium hydroxide and sodium carbonate content data determined by online analyzer and by manual analysis g/L

2.3 使用原盐种类变化，造成盐水质量波动

2.3.1 问题

巨化电化厂一次盐水工艺使用的原盐主要有井矿盐和进口海盐。受原盐采购周期影响，有时一次盐水装置全部使用井矿盐，一次盐水中二氧化硅及铝含量容易超标。

2.3.2 原因分析

经分析得知：全部使用井矿盐时，粗盐水盐泥量非常少，无法形成混凝过滤的效果而导致二氧化硅及铝含量超标。

2.3.3 改进措施

调整用盐配比，使海盐与井矿盐比例控制在3∶7，同时向粗盐水内加入适量氯化镁，使指标均降回到了指标范围内，取得了非常好的效果。

2.4 一次盐水装置中过滤压力偏高

2.4.1 问题

SST膜运行压力要求40 kPa以下，但在一次盐水装置运行中发现过滤压力偏高，而其他各项操作指标均正常，原盐常规分析指标也基本正常。

2.4.2 原因分析

通过对各批次原盐中TOC进行分析，发现部分原盐TOC指标偏高且含有大量的不溶物，这些杂质极易附在SST膜表面，影响盐水过滤能力，容易造成过滤压力偏高。

2.4.3 改进措施

根据上述情况，生产部门加强跟踪原盐质量变化，要求质检部门全面分析原盐指标，保证合格原盐的使用；同时，通过增加SST膜反冲和酸洗频次，调整过滤流量和过滤时间，将SST膜运行压力稳定控制在<40 kPa指标范围内。采取以上措施后，3台过滤器压力稳定正常(如表2、图1所示)。

表2 过滤器运行压力情况Table 2 Filter operation pressure kPa

图1 过滤器运行压力变化曲线图Fig.1 Curve of filter operation pressure

2.5 一次盐水ss指标超标

2.5.1 问题

在一次盐水装置运行过程中，SS指标出现超标情况。

2.5.2 原因分析

(1)SST膜管组件在过滤器反冲和清洗的过程中会松动脱落。

(2)停车时，过滤器中的饱和盐水在SST膜管内析出，造成膜管孔径变大。

(3)清洗过滤器时，因物料温差的影响，SST膜管组件与过滤器花板的固定螺栓松动。

2.5.3 改进措施

(1)检查SST膜管，一旦发现盐水浑浊，立即更换。

(2)停车时，过滤器盐水排空，使用纯水浸泡。

(3)定期安排紧固ST膜管组件与过滤器花板的固定螺栓。

2.6.1 问题

高饱和度的盐水很容易冷却结晶。

2.6.2 原因分析

由于分析仪表的管路较细，每次分析的试样量较小，在试样停止流动时，盐水结晶容易堵塞管路，引起分析结果不准确，蠕动泵、管路接口泄漏等。

2.6.3 改进措施

为了解决这个问题，巨化电化厂通过以下措施进行优化。

(1)分析仪内设置反洗程序。

在分析仪表设计时，考虑对易结晶试样的特殊处理手段，在分析仪内设置反洗程序；在一组样品分析完成后，使用清洗反应杯的水对分析仪的进料管线、排液管线、定量管线进行反洗。

(2)在分析仪表盐水样品管路的进口增加过滤装置。为实现分析仪表对粗盐水中过碱量的分析，在分析仪表盐水样品管路的进口增加过滤装置，滤后的盐水在进入反应杯中进行滴定，保证盐水滴定结果的准确；在分析仪表程序里写入过滤装置的反洗程序，保证过滤膜长周期使用时的过滤能力。

3 结语

一次盐水SST膜能够稳定运行，装置出口精盐水质量均符合生产要求，且每台过滤装置过滤流量由60 m3/h提升至70 m3/h，装置运行负荷提高16.7%。具有如下技术特点：①取消了预处理器；②采用智能化控制，操作效率大幅提升；③在现场增加两碱在线分析仪后，不仅能够有效减少分析人员的工作量，提高分析数据的准确性和及时性，还可用于工艺操作的实时监控，确保特定组分的在线检测，使难以控制的两碱等生产指标实现精准滴加，在降低消耗的同时，提高了岗位员工的效率和操作的稳定性。