膜法除硝技术与传统钡法技术的探讨

2014-11-22杨光

中国氯碱 2014年9期

杨光

（新疆中泰化学（集团）股份有限公司华泰分公司，新疆乌鲁木齐 830000）

新疆中泰化学（集团）股份有限公司华泰分公司（以下简称“华泰”）拥有50万t/a 离子膜烧碱生产能力，3套装置4条生产线，共28台离子膜电解槽。为了避免硫酸根的富集对精制盐水浓度以及离子膜电槽运行造成不利影响，要求精制盐水中硫酸根含量控制为4～7 g/L。

在2009年11月前，该公司使用传统钡法去除盐水中的硫酸根离子，费用较高，产生大量的废渣对环境造成一定的影响，因此，2009年11月建成826 kg/h 硫酸钠CIM 膜法冷冻工艺并正式开车投产，经过近二年的运行，达到了经济节能、安全环保的目的。

1 传统钡法除硝技术介绍

传统钡法除硝技术是在脱氯淡盐水中加入一定量的氯化钡溶液，使其中的钡离子在道尔顿澄清桶中与硫酸根反应生成硫酸钡沉淀，然后沉清分离，澄清液送至后序化盐系统，硫酸钡沉淀与去除钙镁离子产生的沉淀一起排入渣池内，通过板框压滤机将沉淀压成滤饼用渣车送至渣场[1]。传统钡法除硝工艺流程图见图1。

图1 传统钡法除硝工艺流程图

2 膜法除硝工艺介绍

该公司投入使用的膜法除硝装置是采用无孔膜，借助选择透过性膜的功能，以压力差为推动力的膜分离技术，当系统中所加的压力大于溶液渗透压时，水分子不断地透过膜，经过产水流道流入中心集水管，在出水端流出，进水中的硫酸根离子被截留在膜的进水侧，在浓水出水端流出，从而达到分离净化目的[2]。除硝装置采用凯膜过滤技术（上海）有限公司技术，设计826 kg/h 硫酸钠CIM 膜法除硝装置满足50万t/a 离子膜烧碱配套去除淡盐水系统中硫酸根的装置共分为3个单元。

2.1 预处理单元

将离子膜3套装置4条生产线的脱氯淡盐水全部送至盐水分配高位槽，利用调节阀控制其进入膜法除硝储罐。在膜法除硝储槽前的管道内加入3%亚硫酸钠稀溶液，用静态混合器进行混合，目的是为了进一步去除淡盐水中游离氯（ORP 控制在120×10-6以下）。通过淡盐水输送泵将盐水送出，在淡盐水输送泵进口管道内加入4%盐酸，控制pH 值为5～7。淡盐水加压先进入淡盐水换热器Ⅰ降温至55 ℃左右，再进入淡盐水冷却器冷却至35～38 ℃，淡盐水进入预分离器去除机械颗粒（粒径为50 μm左右），最后进入原料盐水高位槽中[3]。

2.2 膜过滤单元

原料盐水输送泵将原料盐水高位槽内的原料盐水输送至保安过滤器，进一步去除悬浮物（粒径为5 μm 左右）后，再进入高压泵进口，通过高压泵将原料盐水加压并输送到循环泵的进口管线上，循环泵将原料盐水输送到过滤膜管。从过滤膜渗透出来的回收盐水进入回收盐水槽，用回收盐水输送泵输送到淡盐水换热器Ι 与离子膜送来的脱氯淡盐水换热后，送入化盐系统。经过滤膜浓缩后的富硝盐水一部分循环回流到循环泵的进口与高压泵送来的淡盐水混合后，再一起进入循环泵；另一部分进入富硝盐水槽，准备进入冷冻离心单元。

2.3 冷冻离心单元

为不影响环境同时回收其中的盐分，专门为富硝盐水的处理设置了目前为止不够成熟的冷冻离心单元，同时，芒硝进入干燥床进行干燥、包装、出售真正做到了环保、经济。

在富硝盐水泵进口管道加入10%氢氧化钠溶液，使富硝盐水呈微碱性，避免对冷冻系统的设备、管道等造成腐蚀。富硝盐水泵将富硝盐水输送至预冷器进行初步降温后，进入兑卤槽，在兑卤槽内与冷冻富硝盐水混合降温，使在兑卤槽中不断有晶种形成，富硝盐水降温后，形成过饱和溶液，并有大量芒硝晶体析出。夹带结晶的冷冻富硝盐水通过冷冻循环泵进入蒸发器，被冷冻降温建立并维持温度体系，再返回到兑卤槽。兑卤槽上部的夹带芒硝结晶的冷冻盐水溢流到沉硝槽，芒硝晶粒沉降至底部。硝浆泵将硝浆送至旋流分离器，从下口出来的浓硝将再进入离心机分离，芒硝与母液盐水分离后，得到芒硝晶体。从离心机出来的母液盐水收集到回收母液槽后，通过回收盐水泵输送到兑卤槽。从沉硝槽上口溢流出来的冷冻贫硝盐水进入贫硝盐水槽，再用贫硝盐水泵加压经过预冷器与富硝盐水换热后，进入回收盐水槽。膜法除硝工艺流程图见图2。

3 传统钡法除硝技术与膜法除硝技术运行费用的比较

运行费用的比较情况见表1。

由表1可以看出，膜法除硝装置与传统钡法比较，运行费用较低，826 kg/h 的CIM 除硝装置，九个半月的节约费用可以收回膜法除硝装置全部投资。

4 传统钡法除硝与膜法除硝在安全生产及环保方面的比较

传统钡法除硝使用的氯化钡毒性大，在运输、贮存、配制等过程存在危险且产生的氯化钡废渣外运影响环境，并且会产生一定的治理费用；膜法除硝装置不添加任何有毒有害添加剂，产生的芒硝经过干燥处理后可以销售。

传统钡法除硝在加入氯化钡的同时，引进了杂质离子（钡离子），这样对氯化钡的加入量以及浓度有一定的要求，如果盐水系统中钡离子过量，会增加二次盐水树脂塔的负荷，如果过量较多，可能会引起金属离子的超标现象，影响离子膜的运行周期；膜法除硝加入的亚硫酸钠、高纯酸、烧碱都没有带入其他的杂质离子，做到清洁、安全环保[4]。

图2 膜法除硝工艺技术流程

表1 运行费用的比较情况

CIM 膜法除硝技术采用物理方法从盐水中分离硫酸钠，无需投加除硝药剂，无废液排放，膜单位体积内有效膜面积较大，水在膜表面流动状态较好，结构紧凑、占地面积小，采用PLC 控制系统控制整个工艺操作，整套系统含有逻辑控制、工艺参数的检测、显示等功能，可以协调前后工艺工序，确保整个膜系统维持稳定运行状态[5]。

膜法除硝技术采用冷冻除硝工艺，可做到盐水闭路循环，废液零排放，避免造成对环境的污染；充分利用本装置换热介质进行换热，减少了操作运行费用；浓硝水中的盐水进行冷冻分离后，循环进行化盐，避免了原盐损失以及排放后造成的环境污染。