淡盐水浓缩制烧碱工艺探索

李得银，曾兆钦

(宜宾海丰和锐有限公司，四川 宜宾 644002)

1 盐水使用现状

宜宾海丰和锐有限公司(以下简称“海丰和锐”)现有两套氯碱装置，烧碱产能41万t/a，需耗盐约60万t/a，采用掺卤制碱工艺。海丰和锐烧碱装置于2007年投产，采用的化盐方式为：固盐+淡盐水+少量工业水混合化盐。每小时需要质量浓度为300 g/L的盐水505 m3,产生质量浓度为200 g/L的淡盐水约400 m3。2011年海丰和锐引进卤水，用卤率按30%配比化盐，降低了烧碱生产成本。

2017年海丰和锐所有含盐废水全部回收处理后进入化盐系统，致使用卤率大幅度降低，现掺卤比为10%左右，固盐用量大增，制碱成本上涨。在原辅料及能源价格不断上涨的趋势下，降低运行成本和能耗成为公司提升竞争能力的关键。

2 离子膜制碱的原料选择

目前离子膜制碱根据原料的来源不同，分为全固盐制碱、掺卤制碱、全卤制碱工艺。

近年来氯碱市场持续低迷，降低原料成本是氯碱企业生存、发展的关键，生产工艺中采用卤水取代固盐是重要途径之一。

全卤制碱可缩短原料卤水制盐再制碱流程，减少卤水制固盐—固盐运输—化盐造成的能源消耗，减少碳排量，社会效益显著。

要实现全卤制碱，目前氯碱行业主要有以下两种方式：一是淡盐水浓缩，采用机械蒸汽再压缩技术(简称“MVR”)；另一种是淡盐水返回矿井重饱和。

笔者着重探索使用MVR蒸发器浓缩淡盐水的工艺，MVR与多效蒸发器工艺相比具有如下优势。

(1)运行成本低。

MVR蒸发器设备的运行成本优势十分显著，在能源价格不断上升的情况下，采用MVR蒸发器对企业的竞争力有极大的提升。

(2)不属于压力容器范畴，传统的多效蒸发器设备在使用时，操作人员必须具有压力容器使用资格，且须按照国家相关标准进行申报、审批、安检等程序，然而MVR蒸发器只利用电能，无须纳入安监部门监管。

(3)安全性能高，传统多效蒸发设备使用高温、高压蒸汽作为热源，在使用过程中存在烫伤等安全隐患，而MVR蒸发器在正常工作后无需工业蒸汽，相应的安全隐患降低了不少。

(4)占地面积小，同样的蒸发处理量下，MVR所需的占地面积远低于多效蒸发设备。

3 全卤制碱工艺探索

全卤制碱工艺可采用卤水制固盐和淡盐水浓缩两种工艺。

3.1 卤水制固盐

先将卤水进行处理，然后进行蒸发、采盐，制得合格的固体盐，与电解后淡盐水重饱和之后再次精制制得合格的饱和盐水。

在蒸发前先对卤水进行精制，其目的是减少在蒸发过程中不溶物的堵塞和提高蒸发效率。

采用卤水制固盐工艺生产流程较长，需两次精制和一次化盐(见图1)。

图1 卤水制固盐工艺流程示意图Fig.1 Process flow diagram of solid salt production from bittern

3.2 淡盐水浓缩

将电解后的合格淡盐水直接进行蒸发浓缩至饱和盐水与卤水混合后进行精制，制得合格盐水供电解使用。

采用淡盐水浓缩工艺生产流程较短，蒸发浓缩后直接进行精制即可(见图2)。

图2 淡盐水浓缩工艺流程示意图Fig.2 Process flow diagram of depleted brine concentration

3.3 卤水制固盐和淡盐水浓缩工艺的比较

(1)卤水蒸发生产固盐和淡盐水浓缩工艺相比，卤水蒸发生产固盐的蒸发量大于淡盐水饱和的蒸发量，在同等工艺条件下，卤水蒸发的汽耗较高。

(2)采用卤水蒸发路线的工艺重复。根据公司实际生产情况，采用卤水制固盐工艺时，卤水先经过处理，再经过蒸发得固盐，与淡盐水饱和后须再次精制才能去电解槽。因此，该路线的精制工艺重复。另外，蒸发后的真空精制盐由于颗粒小、杂质少，在一次盐水精制过程中很难形成晶核，杂质很难除去，二次盐水精制过程难度大。

(3)采用卤水蒸发生产固盐，在工艺设置上须增设采盐和盐的固液分离等生产操作单元。

(4)采用卤水蒸发路线的投资较少。根据行业的投资经验，41万t/a烧碱规模，卤水蒸发路线的固定总投资约7 000万元(不包含除硝、盐泥处理和卤水储运费用)；根据与供货厂家交流信息，41万t/a烧碱规模，淡盐水浓缩路线的固定总投资1亿元左右(其中含除硝、盐泥处理和卤水储运约1 850万元)，主要原因是设备和管道的材质要求较高。

(5)淡盐水浓缩比卤水蒸发盐制碱在盐的成本环节节能近40%。在盐的生产成本中，能源的成本占总成本的60%以上,基本原理就是全盐制碱须把卤水全蒸发，而全卤制碱只须将淡盐水中部分水分蒸发，这样可减少大量的能源消耗，产生较大的经济效益。

目前，国内外拥有卤水资源的氯碱企业均采用淡盐水浓缩工艺，实现全卤制碱，因此，使用淡盐水浓缩工艺实现全卤制碱，其经济效益和社会效益意义重大。

根据以上分析，全卤制碱即淡盐水浓缩工艺较卤水制固盐具有一定的优势。

4 生产装置、组成及产品规格

4.1 装置规模

按海丰和锐烧碱生产装置规模41万t/a计，淡盐水浓缩规模为450 m3/h，膜法除硝系统规模为2 000 kg/h，无水芒硝装置2.0 t/h，补充卤水量250 m3/h。

4.2 装置组成

4.2.1 MVR浓缩系统

浓缩系统包括：淡盐水浓缩系统；回溶硝液蒸发结晶系统，热法制元明粉系统；二次蒸汽回路系统；生蒸汽系统；冷凝水储存及回用系统；机泵的机械密封水系统；冲洗水系统。

4.2.2 膜法除硝系统

海丰和锐现有2套膜法除硝系统，能力为1 100 kg/h，除硝装置分别运行了10年和8年，存在设备陈旧老化、操作点位多、装置分散、产能低等问题。若使用全卤制碱除硝量约为2.0 t/h，须再建1套2.0 t/h的稀盐水膜法冷冻除硝装置。

4.3 产品规格

4.3.1 MVR 浓缩产物品质要求

浓缩后氯化钠溶液的流量253 m3/h，质量浓度为300 g/L，温度为(60±5) ℃；MVR 装置蒸发总量146 m3/h，回收冷凝液中含盐总质量浓度小于20 mg/L。

4.3.2 MVR 浓缩系统处理能力

处理淡盐水流量：450 m3/h；设备的操作弹性：50%～110%。

4.3.3 MVR 蒸发结晶元明粉品质要求

元明粉：2.0 t/h(以干基计)。

5 投资、经济效益对比

5.1 投资估算

工程投资估算(如表1所示)：工艺设备及管道系统，控制系统、电气系统及安装调试，不包括主要构筑物及利旧设施。

表1 工程投资估算表Table 1 Estimate sheet of engineering investment 万元

5.2 经济效益评估

按41万t/a烧碱测算,卤水折百到厂含税价187 元/t，固盐到厂含税价为310元/t计，其他辅料及公用工程按公司平均价格计，3种工艺经济性比较如表2所示。

表2 全盐、掺卤及全卤3种制碱工艺经济性比较Table 2 Comparison of economy of caustic soda production totally from salt, from mixing bittern, and totally from bittern 万元/a

由表2可得：3种盐水工艺中，全卤制碱工艺每年比全盐制碱节约费用3 414 万元，比掺卤制碱节约费用2 862万元。全卤制碱工艺比其他两种方案具有较大的经济效益。

6 结语

6.1 结论

采用膜法除硝与MVR处理淡盐水，实现全卤制碱，具有如下技术特点。

(1)膜法除硝后的淡盐水可以进入MVR系统进行浓缩，实现与MVR蒸发浓缩联用，节约能耗。

(2)在处理浓缩淡盐水时，蒸发淡盐水所需的热能，由蒸汽冷凝和冷凝水冷却时释放的热能提供。运行过程中，没有潜热的流失，节能效果明显。

(3)产品盐水质量稳定，全自动控制操作。

(4)根据目前国内蒸汽、电以及卤水和盐的采购价格，采用MVR淡盐水浓缩技术的全卤制碱工艺与全盐或掺卤制碱工艺相比，节约生产成本。

6.2 尚需解决的问题

(1)该工艺探索所有效益是依据现有卤水和固盐价差来测算。体现经济性的关键因素是卤水和固盐的价差，若价格变化则效益完全不同。

海丰和锐缺乏卤水资源优势，只有卤水单价大大低于固盐价时，全卤制碱工艺才能体现出较大的经济效益。

(2)采用全卤制碱后盐泥量增大，盐泥处置量大增，给环保处理带来较大压力。

(3)本工艺方法若实施，根据目前国家对新建项目的相关规定，面临政策因素的限制，行政许可办理方面存在一定困难。