浅谈一次盐水除硝系统优化改造

（天辰化工有限公司，石河子市，832000） 席学君

新疆天辰化工有限公司于2006年12月30日获批的120万t/a联合化工项目是新疆维吾尔自治区和兵团的重点项目，该项目一期40万t/a PVC、30万t/a烧碱及其配套装置已于2007年11月顺利投产，在40万t/aPVC项目建设中，一次盐水从天津威德泰科石化科技发展有限公司(以下简称“天津威德”)引进纳滤膜法脱除硫酸根技术，该工艺采用脱氯淡盐水作为原料液,脱氯淡盐水通过膜分离后成为两部分：一部分为硫酸根含量较低的渗透液,进入化盐系统；另一部分为硫酸根含量较高的浓缩液，进入冷冻脱硝单元，离心出的结晶体包装外售，整个工艺做到了盐水循环利用，废液排放为零的目的，从源头上杜绝了对环境的污染。

天辰化工一次盐水除硝经过多年的平稳运行，随着回收盐水处理量的增加，膜等关键设备开始老化，冷冻系统换热效率逐渐降低，除硝能力逐渐下降，能耗增加，生产管线易结，设备损耗增大，现有设备处理量有限，浓缩液回收利用不完全，容易造成生产损失，外排盐水会造成环境污染，因以上情况，为了提高系统脱硝能力，计划对冷冻系统进行技术改造。

1 改造前除硝工艺流程

回收盐水经膜装置分离后为渗透液和浓缩液两部分，渗透液经板式换热器换热后打回配水罐返回生产系统；经过滤元件逐级过滤后的浓缩液进入浓硝罐，浓缩液贮槽内盐水经浓硝泵打出，经过换热器（由低硝液储罐部分低温低硝盐水降温）后进入盐水兑卤槽，然后经结晶给料泵打出，经过经4#、5#列管换热器（冷量由-20℃盐水提供）循环运行，将温度降至10～20℃范围之内，部分送入沉降器，低硝液通过溢流进入低硝罐，然后通过低硝盐水泵输出，经列管换热器循环冷却（冷量由-20℃水提供），大量低硝液进入沉降器循环运行，当温度降至-5～10℃左右时部分低硝液通过板式换热器进入配水系统，此时沉降器中结晶析出带结晶水的硫酸钠，然后带有大量结晶体的浆料经过离心机离心处理，离心母液进入溢流槽内，带结晶水的硫酸钠送往元明粉厂区进行后序处理，工艺流程图见图1。

图1 一次盐水除硝冷冻系统工艺流程图

2 膜法除硝冷冻系统的主要特征

在膜法-冷冻系统除硝过程中，冷冻系统是关键控制过程之一，冷冻的效果直接影响芒硝的脱出效果。淡盐水中主要成分为氯化钠和硫酸钠，在长期低温运行过程中，氯化钠会逐渐析出结晶，造成设备管线堵塞，影响处理能力和换热效率，因此，控制盐水温度在合适的区间对冷冻系统的平稳运行至关重要，沉降器温度一般控制在-8℃左右。

冷冻过程消耗大量冷量，合理利用冷量可以降低能耗、节约成本。在低硝液送往化盐岗位前与浓硝液换热，离心母液水回低硝罐，减少冷量损失。

3 运行中存在的问题

3.1 工艺配管存在的问题

原有生产系统中兑卤槽浓硝液经过结晶给料泵加压进入4#、5#列管换热，一部分进入沉降器，另一部分回到兑卤槽循环，出列管进沉降器的温度一般控制在9～10℃，兑卤槽温度控制在15℃，由于出列管到兑卤槽的管道弯头较多（12个），管道中扬程损失太大，致使浓硝压力和流量减小，当温度较低时，容易导致浓硝结晶堵塞列管和管道，需要人工倒换备用列管或者冲洗管线，造成操作复杂化，指标难以控制。

3.2 设备存在的问题

4#、5#列管浓缩液换热面积小，换热效果不明显，浓硝盐水在回收到8m3/h以上，兑卤槽温度高进入沉降器的温度就迅速上升，沉降器温度要维持在-8℃，必须控制兑卤槽的温度，兑卤槽的温度为15℃，但实际运行中温度大于25℃，由于前系统中膜装置的要求温度在45℃，即浓硝温度在45℃，-20℃的冷冻盐水和温度较高浓硝液直接接触，由于温差过大，列管易结晶，结晶后用温度高（50～60℃）的热水冲洗，对列管造成损伤，也加大了现场员工的工作量，还损失很大一部分冷量。

4 改造方案

4.1 工艺管线改造

为了增大管道的流量和压力，控制4#、5#列管的出口温度在9～10℃，兑卤槽温度在-8℃左右，根据现场配管情况，优化现场管线，减少出列管到兑卤槽的弯头，由原来的12个减少到现在的6个，减少弯头带来的压力损失。

4.2 设备运行改造

借鉴国内同行业成功经验，选择适合本厂生产的冷冻工艺流程，我们首先在浓硝泵出口增加两台板式换热器（一开一备），冷却介质采用循环水，将浓硝液从45℃降到35℃的浓硝液后进入兑卤槽，为了降低浓缩液的温度，我们选择以板式换热器（由低硝液换热）和4#、5#列管换热器结合的方式，将原有的2台板式换热器架设到兑卤槽循环管线，对兑卤槽的浓硝进行循环降温，发挥了浓硝循环和低硝循环同时运行的优势，这样进入兑卤槽的温度就控制在10℃左右，使兑卤槽的整体温度能够控制在范围内，从而提高回收效率。

通过计算可知天辰化工在年产45万吨PVC时，需要处理浓硝盐水总量为20m3/h，采用的冷却介质为循环水，根据我厂夏天循环水进口温度大约28℃，出口温度设定为33℃，将浓硝盐水由最高的45℃降低到30℃，计算新增板换换热面积。

通过能量横算解得所需的面积为17.4m2，按1.3安全系数放大后，归正的传热面积为23m2，新增换热器A/B采用并联形式，浓缩液循环换热器前后必须加装压力表,方便操作人员及时了解换热器的使用情况，当压差超过0.15MPa时,切换到备用设备上，停下的设备进行维修，这样可以实现连续进料。

5 项目实施效果及效益分析

5.1 实施效果

实施前，由于冷冻效果不佳，过滤盐水硫酸根含量基本保持在4.0g/L以上，最低值仅为3.5g/L，在原盐质量情况不是很好的情况下，系统内硫酸根富集到一定浓度时会对离子膜造成严重影响。改造前过滤盐水硫酸根趋势如图2。

自除硝装置项目实施后，过滤盐水硫酸根最低值为2.0g/L，再经过1年的运行，膜透过液硫酸根的质量浓度基本维持在2.0～3.5g/L，系统内硫酸根含量下降约1.0g/L。除硝效果有了明显提高，有效地保证了盐水质量和离子膜使用寿命，改造后过滤盐水硫酸根趋势如图3。

图2 改造前过滤盐水硫酸根趋势

图3 改造后过滤盐水硫酸根趋势

5.2 经济效益

除硝冷冻系统冷量由氟利昂制冷工艺提供，通过-17℃盐水给冷冻系统供冷，项目实施前螺杆机3大1小4台全部运行（大螺杆机功率为220kW，小螺杆机125kW），总耗能为785kW。通过技术优化改造，有效降低了冷量损失，换热器效率大幅提高，运行3台（2大1小）螺杆机就能满足冷量供应，按每年运行355d计算，可节约：220×24×355×0.41=76.85（万元/a）。

6 结语

电解法制取烧碱所用的原盐中含有一定量的硫酸根，随着原盐的溶解会带入生产系统，离子膜本身的特性无法将硫酸根带出，会在生产系统中富积，达到一定浓度的硫酸根会直接影响到电解槽的寿命、电耗及电流效率，本次除硝装置改造后，系统硫酸根含量下降明显，且稳定，节能效果显著，该技术可幅度降低膜法除硝冷冻系统的能耗，对实现企业节能减耗，清洁生产有积极的意义，可在氯碱行业内推广应用，另外本技术的成果，是节能降耗新思路的体现，对其他化工领域节能降耗提供了很好的参考作用，具有积极的借鉴意义与很大的推广价值，社会和环境效益显著。