金属镁装置试车、试生产现状问题分析

鲁炳文，莫平山

(青海盐湖工业股份有限公司，青海格尔木 816099)

1 前言

金属镁装置自2016-07投料试车以来，由于原海德鲁工厂的设计出现的偏差及工艺路线、设备管理等诸多问题使得中间产品无水氯化镁产量低，产品产量低；副产品浓度不能满足下游装置，造成PVC&钾碱装置无法接受氯气，核心设备问题多、故障率高；脱水单元腐蚀严重、车间内有毒有害气体及粉尘不达标。

2 金属镁厂情况简介

镁业公司是以金属镁装置为中心，PVC&钾碱装置以氯气平衡为副线展开的装置。金属镁装置用生产钾肥的副产物水氯镁石作为原料，主产品金属镁锭10万t/a用于外销，副产物氯气30万t/a可用于PVC的生产，其装置生产工序主要由卤水精制工序、脱水工序、电解工序、铸造工序、公辅工序等组成，其中，生产金属镁工艺中最重要的工序是脱水工序和电解工序,脱水工序中的核心设备空气干燥器及氯化氢干燥器中，在不同温度下会发生许多化学反应甚至是可逆反应，并且产生有腐蚀性的HCl及水，增加了生产工艺及设备控制的难度，这也是生产金属镁工艺中的关键工序也是难点，其方程式有:

MgCl2·6H2O→MgCl2·4H2O+2H2O↑

MgCl2·4H2O→MgCl2·2H2O+2H2O↑

MgCl2·2H2O→MgCl2·H2O+H2O↑

MgCl2·2H2O→MgOHCl+HCl↑+H2O↑

MgCl2·H2O→MgCl2+H2O↑

MgCl2·H2O→MgOHCl+HCl↑

MgOHCl+HCl(g)→MgCl2+H2O↑

3 工艺流程简图(图1)

图1 金属镁生产工艺流程图Fig.1 Process flow chart of Magnesium metal production

4 典型突出问题

4.1 卤水精制化盐能力不足

目前，卤水精制能够达到设计产能的60%，能满足5万t/a～6万t/a金属镁的生产需求，无法满足脱水单元满负荷要求。原化盐系统工艺流程有误，为此局部改变盐水的工艺流程，已委托中蓝连海设计院在盐田增加化盐装置。

4.2 电解单元现场电解槽阳极损坏较多，进电解槽原料(无水氯化镁颗粒、外购的氯化钠)中含水量超标，电解槽系统密封不严

水量超标造成的后果：电解过程中产生氢气，发生闪爆破坏电解槽本体密封，同时有损坏阳极的风险；生成氧化镁渣量大；电流效率降低；水蒸汽随氯气进入氯气管道，水蒸汽冷凝后与氯气反应生成盐酸和次氯酸致使设备、管道腐蚀；水蒸汽进入布袋除尘器，凝结水与粉尘粘结到布袋上，影响布袋除尘器的效率。

系统密封不严造成后果：大量空气进入氯气系统，氯气浓度降低，影响PVC&钾碱厂的正常生产；空气中的氧气与石墨阳极反应，阳极消耗加快；空气进入电解槽以及氯气输送系统后，在相对湿度较大时，空气中的水分会被带入系统；空气进入电解槽中过多，空气中的氧气和氮气分别与镁液反应，生成氧化镁及二氮化三镁，增加渣量，降低电流效率；导致电解槽操作不稳定。

4.3 仪控系统不完善

造成后果：原设计电解槽负压通过调节氯风机的频率控制，目前由于仪控系统不完善，使负压无法自动控制；当负压过大时，进入氯气输送系统(雷德勒输送机、布袋除尘器)的粉尘量加大，布袋除尘器的负荷增大，同时进入空气量增大，降低氯气浓度；氯气浓度在线分析仪无法准确显示，给生产控制造成困难；雷德勒未安装速度传感器，因此，不能及时发现雷德勒输送机的断链、跳链。

4.4 脱水单元含酸废水排量大

脱水单元的HCl的设计消耗小于1%废水直接外排，正常为闭路循环，实际运行中消耗为设计量的数倍，这些多余的量一部分至废酸中，一部分至环境空气中。脱水单元厂房内大量含酸废水对厂房结构造成严重腐蚀；含酸废水介质对管道、衬里管道及叶轮等设备腐蚀；含酸废水对电气元件、盘柜在酸性环境中腐蚀严重。含酸废水水量不平衡腐蚀，影响装置的平稳运行，需从工艺及操作上采取根本措施，改进工艺流程、改善工艺操作，最大程度地避免跑冒滴漏现象，降低强酸及粉尘环境对设备腐蚀影响，并委托华陆设计院增加含酸废水用石灰中和的装置。

4.5 设计偏差

脱水单元部分设备、管道及仪表部件的选材方面出现了偏差，设备腐蚀严重，不仅加大了设备、管道的故障率，同时选用的不耐盐酸腐蚀的inconel600已经带入物料流,污染了最终产品；脱水单元空气干燥尾气洗涤系统的设计与原HYDRO工厂实际优化成的填料塔不同，已导致目前试生产过程中空气尾气系统失衡等问题；原海德鲁工厂设计的氯化氢干燥器喷淋洗涤塔应急加酸管道及优化后的脱气槽尾气大管径管道，公司方实际并未设计，造成了在运行过程中管道系统、换热器等的堵塞、气体脱出不畅、压力难以达到大气压、离心机运行不稳定等问题的出现；原海德鲁工厂不纯蒸汽洗涤塔设计为FRP筛板塔，而甲方误优化成了不能完全适应实际工况的钢衬PTFE填料塔，故障率高。

4.6 气力输送单元

无水氯化镁的输送系统与原海德鲁设计出现了较大的偏差，气力输送单元存在输送量小于设计负荷，物料消耗远大于设计指标。目前已出现了在氯化镁输送过程中，整个电解厂房弥漫着氯化镁粉尘，若物料量提高时，环境会进一步恶化，这不仅影响电解正常生产及增大物料的损耗，电解车间粉尘问题严重，影响到电力系统、电解槽自身的安全运行及生产系统的安全。

4.7 氯气平衡

目前金属镁装置、30万t/a PVC装置、50万t/a PVC装置及30万t/a钾碱装置均处于试车试生产阶段，生产系统无法达到满负荷连续稳定运行，金属镁装置副产的氯气浓度和产量均不稳定、波动大，无法用于PVC装置，产生的不合格氯气用碱液吸收，增加了产品的浪费及成本的增加。协调好氯气与PVC系统的平衡衔接，解决氯气不能平衡的症结，这主要体现在电解槽爪渣操作、石墨阳极更换、氯气罩、氯风机控制系统、雷德勒输送系统等在操作、管理及设计上都有弊端。

5 问题探讨

(1)三氯化氮。30万t/a钾碱装置所用原料来自钾肥分公司生产的氯化钾，其在生产过程中加入了浮选药剂，药剂中含有大量无机胺和有机胺(总胺含量≤4 mg/kg，实际值>30 mg/kg)，故在电解出的氯气中含大量的三氯化氮；金属镁装置生产金属镁的原料是盐湖提取钾盐后的老卤，其中含有氨氮量，水氯镁石经脱水后电解，在阳极产生的氯气中也会混有一定量的三氯化氮。三氯化氮在管道或设备中一旦聚集到一定程度极易发生爆炸，给装置的稳定运行带来重大安全隐患。氯气中去除三氯化氮的方法，目前在30万t/a钾碱装置增加了一套除氨装置，也考虑了从老卤源头对氨氮含量进行控制，尽可能采用氨氮含量低的老卤来滩晒水氯镁石，但问题仍存在。

(2) 电解质粒度及MgCl2粒度。脱水单元生产的无水氯化镁颗粒影响到电解单元的产能，在造粒塔内控制好水氯镁石临界粒度，找到合适粒径的水氯镁石的颗粒，可以增加无水氯化镁产能，减少粉尘，增加气力输送能力，但改变水氯镁石的粒径，会对空气干燥器及氯化氢干燥器有一定的影响，需进行试验研究。另外，电解槽中电解质的颗粒粒径也有一定影响度：粒度太大，会降低生产能力；粒度太小时，会造成加入的原料漂浮在熔融液上方，堵塞氯气的及时排出，造成电解槽的电流效率下降。

6 小结

化工行业生产系统是复杂而危险的，金属镁生产工序包括物料平衡、负荷平衡、能量平衡、工序平衡、设备能力平衡等环节的产能与工序间的匹配，做好整个系统的生产平衡会降低生产过程的空载率和设备安全与运行的风险。同时，在金属镁生产工艺中，工艺指标的把控及设备保养维护从基础工作做起，严格按照工艺规程及操作规程精心操作，对原有的设计进行消化吸收及后期的优化，掌握与维护好原海德鲁工厂的操作，使员工在本职岗位上发挥最大作用。