二次鹽水精制工藝技改效果分析

張 琦，李迎堂，王萬金

(山東大地鹽化集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262725)

氯堿生產(chǎn)企業(yè)的二次鹽水精制生產(chǎn)工藝目前已經(jīng)相當(dāng)成熟、可靠，因此在抓好質(zhì)量和管理工作的同時，節(jié)能降耗成為一項重要的工作內(nèi)容，針對二次鹽水精制生產(chǎn)工藝中酸、堿、除鹽水消耗大的問題，山東大地鹽化集團(tuán)有限公司(以下簡稱“公司”)與有關(guān)技術(shù)單位合作進(jìn)行了二次鹽水精制工藝技術(shù)改造，取得了比較理想的效果。

1 二次鹽水精制工藝介紹

1.1 工藝原理

二次鹽水精制是利用螯合樹脂的吸附和脫吸作用，將一次鹽水工序送來的合格一次精制鹽水通過螯合樹脂塔設(shè)備經(jīng)過吸附凈化處理，使其中的鈣、鎂、錳、鐵等金屬離子得到更進(jìn)一步去除，制成滿足電解系統(tǒng)生產(chǎn)需要的合格精制鹽水。螯合樹脂是一種離子交換樹脂，與普通樹脂不同的是，它能吸附金屬離子形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，如鰲鉗物，故稱螯合樹脂。螯合樹脂就是通過吸附、脫吸、再生這三個步驟，釋放出吸附的金屬離子，然后恢復(fù)自身原有的特性。

1.2 流程介紹

二次鹽水精制一般采用三塔流程，也有企業(yè)采用二塔流程。三塔流程的優(yōu)點是始終兩塔運行，一塔再生或等待，運行塔主塔承擔(dān)主要生產(chǎn)負(fù)荷，輔助塔起輔助吸附和保護(hù)作用，這種工藝保險系數(shù)大，缺點是投資大，占地面積大，工藝復(fù)雜；兩塔流程工藝簡單，一塔運行一塔再生，也能滿足生產(chǎn)需要，從工藝安全角度考慮，不如三塔流程保險。公司采用的是三塔流程，技術(shù)改造前工藝流程見圖1。

1.3 流程敘述

一次鹽水經(jīng)過升溫到60 ℃±5 ℃，從樹脂塔主塔頂部進(jìn)入，經(jīng)過樹脂吸附后的鹽水從樹脂塔底部送往保護(hù)塔頂部，經(jīng)過保護(hù)塔內(nèi)的樹脂吸附后從保護(hù)塔底部送往精鹽水罐。樹脂塔運行模式為兩塔串連一主一輔在線運行，另一臺下線隔離進(jìn)行樹脂再生。主塔下線再生后，輔塔晉升為主塔，再生塔上線成為輔塔。為增強(qiáng)樹脂的活性，確保進(jìn)入電槽的精制鹽水質(zhì)量連續(xù)長久達(dá)標(biāo)合格，下線塔(作為主塔)中吸附了大量多價陽離子的樹脂需要每隔72 h用鹽酸和燒堿進(jìn)行循環(huán)再生還原一次。離子交換塔的切換和樹脂的再生還原根據(jù)設(shè)計程序自動進(jìn)行。

圖1 二次鹽水精制工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of secondary brine refining

1.4 再生廢水種類及數(shù)量

螯合樹脂再生過程中，會產(chǎn)生大量的酸、堿、鹽、廢水，按15萬t/a燒堿產(chǎn)能設(shè)計，樹脂塔技改前再生程序及每步廢水生成量見表1。

表1 樹脂塔技改前再生程序及廢水生成量Tab.1 Regeneration procedure and wastewater generation before technical transformation of resin tower

從表1可看出，樹脂塔每再生一次共計使用除鹽水314 m3，31%鹽酸12.5 m3，32%燒堿7.71 m3，鹽水81 m3。除鹽水消耗量較大，酸堿消耗多，增加公司生產(chǎn)成本。這么多廢水需回收到一次鹽水工序，動力負(fù)荷和一次鹽水工序生產(chǎn)負(fù)荷也同比增加。

2 技術(shù)改造措施

2.1 技改方法

為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，公司和淄博一技術(shù)單位合作，通過工藝改進(jìn)，充分利用儀表風(fēng)的吹出功能，改變螯合樹脂塔再生操作運行模式，用儀表風(fēng)替代一部分除鹽水進(jìn)行置換和水洗，減少了廢水總量和酸堿消耗，除鹽水和酸堿的使用量明顯減少，降本增效非常顯著。

2.2 技改后的工藝流程(圖2)

圖2 技改后二次鹽水精制工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of secondary brine refining after technical transformation

2.3 技改后再生工藝步驟

(1)排出鹽水。用0.6 MPa的純凈儀表風(fēng)排出樹脂塔中的鹽水，為除鹽水反洗樹脂做準(zhǔn)備。

(2)反洗。用除鹽水疏松被壓縮的樹脂層。用于反洗的除鹽水從樹脂塔底部供給，廢水從樹脂塔的頂部排出(反洗水量不滿罐，水層在樹脂層以上即可，目的是為了松動樹脂)。

(3)排水。用儀表氣排出樹脂塔中的清洗水。

(4)酸洗。用稀釋的HCl溶液洗脫吸附在樹脂上的物質(zhì)，31%鹽酸用除鹽水通過混合器稀釋至約7%。稀HCl溶液從塔的中間部分向下輸送到樹脂層，酸洗過程要足量。

(5)鼓泡。停止進(jìn)、排酸洗液，用儀表氣鼓泡，使樹脂層與鹽酸充分反應(yīng)，儀表氣從塔的底部進(jìn)入。

(6)沉降。停氣，靜壓沉降因鼓泡而沸騰的樹脂層。

(7)排廢酸液。用儀表氣排出樹脂塔中的稀HCl溶液，儀表氣從樹脂塔頂進(jìn)入。

(8)水洗。用除鹽水洗滌樹脂塔中殘留的HCl溶液，除鹽水從樹脂塔的中部進(jìn)入，廢水從樹脂塔的底部排出。

(9)鼓泡。用儀表氣鼓泡，使樹脂層與弱酸水充分反應(yīng)。儀表氣從塔的底部進(jìn)入。

(10)沉降。沉降因鼓泡而沸騰的樹脂層。

(11)排水。用儀表氣排出樹脂塔中的弱酸水

(12)水洗。用除鹽水洗滌樹脂塔中殘留的HCl溶液。除鹽水從樹脂塔的中部進(jìn)入，廢水從樹脂塔的底部排出。

(13)鼓泡。用儀表氣鼓泡，使樹脂層與弱酸水充分反應(yīng)。儀表氣從塔的底部進(jìn)入。

(14)沉降。沉降因鼓泡而沸騰的樹脂層。

(15)排水。用儀表氣排出樹脂塔中弱酸(廢)水。

(16)堿洗。32%的NaOH用除鹽水經(jīng)過混合器稀釋至約4%。稀NaOH溶液從樹脂塔的中部供入到樹脂層，弱堿水從樹脂塔底部排出。

(17)鼓泡。用儀表氣鼓泡，使樹脂層與堿液充分反應(yīng)，儀表氣從塔的底部進(jìn)入。

(18)沉降。沉降因鼓泡而沸騰的樹脂層。

(19)排堿水。用儀表氣排出樹脂塔中的稀堿水。

(20)水洗。用除鹽水洗滌出塔樹脂塔中殘留的NaOH溶液。 除鹽水從樹脂塔的中部輸入，廢水從塔的底部排出。

(21)鼓泡。停止進(jìn)—排液，用儀表氣鼓泡，儀表氣從塔的底部進(jìn)入。

(22)沉降。沉降因鼓泡而沸騰的樹脂層。

(23)鹽水置換及填充。用鹽水將樹脂塔中殘留的含少量稀NaOH的水溶液置換出來。鹽水從樹脂塔底部進(jìn)入，廢水從樹脂塔頂部排出。

2.4 技改后樹脂塔再生程序及每步廢水產(chǎn)生量(表2)

表2 技改后樹脂塔再生程序及廢水生成量Tab.2 Regeneration procedure of resin tower and wastewater production after technical transformation

續(xù)表2 (Continue)

從表2可看出，技術(shù)改造后，螯合樹脂塔每再生一次共計使用除鹽水87 m3，31%鹽酸5 m3，32%燒堿2.57 m3，鹽水54 m3。大幅度降低了除鹽水和酸堿的消耗，節(jié)能降耗效果顯著。

3 改造后效果

產(chǎn)能15萬t燒堿/a，每24 h再生一塔，1 a共節(jié)約費用(按照330 d計算，除鹽水價格6.1元/t，32%燒堿900元/t)。

除鹽水：(314-87)×330×6.1=45.70萬元/a

燒堿：(7.71-2.57)×330×900=152.658萬元/a

減少鹽水負(fù)荷：(81-54)×330=8 910 m3/a

全年共節(jié)省費用：45.70+152.658=198萬元。

此項技改1 a可收回全部投資費用，技改成效明顯。

4 結(jié)語

二次鹽水精制是氯堿生產(chǎn)中關(guān)鍵工序，高質(zhì)量精制鹽水是離子膜電解裝置高效、低耗、安全、穩(wěn)定運行的必要條件，公司通過此項技術(shù)改造，達(dá)到了節(jié)能降耗的預(yù)期目的，二次精制鹽水質(zhì)量沒有受到絲毫影響，這說明二次鹽水精制技術(shù)改造非常成功。氯堿企業(yè)發(fā)展至今，生產(chǎn)工藝日臻完善，降本增效的空間越來越小，公司需加強(qiáng)管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，不斷發(fā)現(xiàn)新的節(jié)能降耗方法和技術(shù)突破點。