一次鹽水工序SST膜運(yùn)行分析

林金元, 江泳

(浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004)

浙江巨化股份有限公司電化廠(以下簡(jiǎn)稱“巨化電化廠”)離子膜法燒堿裝置自2001年第1套電解裝置投產(chǎn)以來(lái)，根據(jù)整體發(fā)展戰(zhàn)略的需要，經(jīng)過(guò)4次擴(kuò)建，離子膜法燒堿產(chǎn)能已達(dá)46萬(wàn)t/a。一次鹽水原為凱膜生產(chǎn)工藝，已運(yùn)行多年，因設(shè)備老化使用壽命到期，已到換膜年限和設(shè)備大修期，2017年巨化電化廠開始采用了SST膜生產(chǎn)工藝。

1 一次鹽水精制過(guò)濾技術(shù)

采用SST膜可生產(chǎn)高質(zhì)量的一次鹽水，具有投資費(fèi)用少、占地面積小和運(yùn)行成本低等顯著特點(diǎn)。通過(guò)試驗(yàn)，在原有一次鹽水工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)了無(wú)預(yù)處理器的SST膜法精制鹽水工藝；并經(jīng)過(guò)多次篩選，選定了適合中國(guó)原鹽品質(zhì)的過(guò)濾膜。

1.2.1 SST膜工藝

SST膜工藝流程：經(jīng)化鹽后的粗鹽水首先進(jìn)入Na2CO3反應(yīng)器，與純堿反應(yīng)60 min，形成較大的CaCO3固體中心，再流入NaOH反應(yīng)器，與燒堿充分反應(yīng)60 min，形成以CaCO3為中心、外圍為Mg(OH)2的混合不溶物，在過(guò)濾泵控制的壓力下進(jìn)入SST膜過(guò)濾器；在過(guò)濾后的鹽水中加入Na2SO3，消除游離氯后，進(jìn)入一次鹽水儲(chǔ)罐。SST膜過(guò)濾器定期進(jìn)行反沖洗，排泥，清洗。

1.2.2 凱膜工藝

凱膜工藝流程：經(jīng)化鹽后的粗鹽水，加入精制劑氫氧化鈉形成氫氧化鎂沉淀，除去鹽水中的鎂離子，形成質(zhì)量濃度為300～310 g/L的粗鹽水；再通過(guò)加壓泵送至加壓溶氣罐，自流入預(yù)處理器后，再溢流至后反應(yīng)罐，加入碳酸鈉形成碳酸鈣沉淀以除去鹽水中的鈣離子。鹽水經(jīng)過(guò)進(jìn)液高位槽，利用自身重力，通過(guò)凱膜過(guò)濾器得到后續(xù)生產(chǎn)所需的精鹽水。凱膜過(guò)濾器定期進(jìn)行清洗。

1.2.3 兩膜工藝對(duì)比

與凱膜工藝相比，SST膜工藝取消了預(yù)處理器、加壓溶氣罐、助沉劑等輔助工藝，分兩步分別加入純堿和燒堿精制反應(yīng)后，經(jīng)過(guò)SST膜過(guò)濾器進(jìn)行進(jìn)一步過(guò)濾，大大縮短了工藝流程，減少了操作難度。

2 現(xiàn)存的問(wèn)題及采用SST膜注意事項(xiàng)

2.1 操作控制系統(tǒng)落后，自動(dòng)化程度低

2.1.1 問(wèn)題

原一次鹽水的膜過(guò)濾器上多采用撓性閥，該閥門使用故障率較高，膜過(guò)濾器操作多為現(xiàn)場(chǎng)PLC控制，操作人員必須去現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)才能執(zhí)行，不利于一次鹽水自動(dòng)化控制，出現(xiàn)異常時(shí)也不易發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理。

2.1.2 改進(jìn)措施

將過(guò)濾器原有的現(xiàn)場(chǎng)操作柜控制的撓性閥全部改造成程控閥，并設(shè)計(jì)采用DCS程序控制。過(guò)濾器原人工酸洗也同步進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，并實(shí)施智能化反沖洗，勞動(dòng)效率顯著提高。

2.2 鹽水過(guò)堿量控制不好影響過(guò)濾鹽水質(zhì)量[1]

2.2.1 問(wèn)題

鹽水中過(guò)堿量控制不好會(huì)造成過(guò)濾鹽水質(zhì)量不穩(wěn)定。粗鹽水精制須添加氫氧化鈉及碳酸鈉以除去鹽水中的鈣鎂離子，但后續(xù)鹽水中的過(guò)堿量須控制在指標(biāo)范圍之內(nèi)：NaOH的質(zhì)量濃度為0.1～0.4 g/L，Na2CO3的質(zhì)量濃度為0.4～0.6 g/L。在日常生產(chǎn)過(guò)程中，崗位操作人員使用標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液進(jìn)行滴定分析，利用指示劑顏色變化確認(rèn)滴定終點(diǎn)；但是原鹽質(zhì)量變化波動(dòng)較大，且一次鹽水使用SST膜后去掉了預(yù)處理器，致使鹽水緩存時(shí)間縮短，鹽水中過(guò)堿量較難穩(wěn)定控制，過(guò)濾后的鹽水質(zhì)量波動(dòng)較大。

2.2.2 改進(jìn)措施

一次鹽水精制過(guò)程中的兩堿堿量測(cè)定屬于中和滴定，可以運(yùn)用電位滴定的原理進(jìn)行分析，在鹽水精制流程中安裝在線分析儀表。滴定過(guò)程模擬人工對(duì)NaOH、Na2CO3混合溶液的堿量滴定方法，使用蠕動(dòng)泵代替移液管進(jìn)行樣品量取，利用計(jì)量泵代替滴定管進(jìn)行酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴加，以試樣電位變化代替指示劑變色對(duì)滴定終點(diǎn)進(jìn)行判定。將分析結(jié)果傳輸至DCS控制室，為操作提供了更加詳細(xì)可靠的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)，便于及時(shí)調(diào)節(jié)NaOH、Na2CO3的加入量，從而保證了精制鹽水的質(zhì)量。兩堿在線分析儀表檢測(cè)數(shù)據(jù)與人工分析數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 兩堿在線分析儀檢測(cè)數(shù)據(jù)與人工分析數(shù)據(jù)對(duì)比表Table 1 Sodium hydroxide and sodium carbonate content data determined by online analyzer and by manual analysis g/L

2.3 使用原鹽種類變化，造成鹽水質(zhì)量波動(dòng)

2.3.1 問(wèn)題

巨化電化廠一次鹽水工藝使用的原鹽主要有井礦鹽和進(jìn)口海鹽。受原鹽采購(gòu)周期影響，有時(shí)一次鹽水裝置全部使用井礦鹽，一次鹽水中二氧化硅及鋁含量容易超標(biāo)。

2.3.2 原因分析

經(jīng)分析得知：全部使用井礦鹽時(shí)，粗鹽水鹽泥量非常少，無(wú)法形成混凝過(guò)濾的效果而導(dǎo)致二氧化硅及鋁含量超標(biāo)。

2.3.3 改進(jìn)措施

調(diào)整用鹽配比，使海鹽與井礦鹽比例控制在3∶7，同時(shí)向粗鹽水內(nèi)加入適量氯化鎂，使指標(biāo)均降回到了指標(biāo)范圍內(nèi)，取得了非常好的效果。

2.4 一次鹽水裝置中過(guò)濾壓力偏高

2.4.1 問(wèn)題

SST膜運(yùn)行壓力要求40 kPa以下，但在一次鹽水裝置運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)過(guò)濾壓力偏高，而其他各項(xiàng)操作指標(biāo)均正常，原鹽常規(guī)分析指標(biāo)也基本正常。

2.4.2 原因分析

通過(guò)對(duì)各批次原鹽中TOC進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)部分原鹽TOC指標(biāo)偏高且含有大量的不溶物，這些雜質(zhì)極易附在SST膜表面，影響鹽水過(guò)濾能力，容易造成過(guò)濾壓力偏高。

2.4.3 改進(jìn)措施

根據(jù)上述情況，生產(chǎn)部門加強(qiáng)跟蹤原鹽質(zhì)量變化，要求質(zhì)檢部門全面分析原鹽指標(biāo)，保證合格原鹽的使用；同時(shí)，通過(guò)增加SST膜反沖和酸洗頻次，調(diào)整過(guò)濾流量和過(guò)濾時(shí)間，將SST膜運(yùn)行壓力穩(wěn)定控制在<40 kPa指標(biāo)范圍內(nèi)。采取以上措施后，3臺(tái)過(guò)濾器壓力穩(wěn)定正常(如表2、圖1所示)。

表2 過(guò)濾器運(yùn)行壓力情況Table 2 Filter operation pressure kPa

圖1 過(guò)濾器運(yùn)行壓力變化曲線圖Fig.1 Curve of filter operation pressure

2.5 一次鹽水ss指標(biāo)超標(biāo)

2.5.1 問(wèn)題

在一次鹽水裝置運(yùn)行過(guò)程中，SS指標(biāo)出現(xiàn)超標(biāo)情況。

2.5.2 原因分析

(1)SST膜管組件在過(guò)濾器反沖和清洗的過(guò)程中會(huì)松動(dòng)脫落。

(2)停車時(shí)，過(guò)濾器中的飽和鹽水在SST膜管內(nèi)析出，造成膜管孔徑變大。

(3)清洗過(guò)濾器時(shí)，因物料溫差的影響，SST膜管組件與過(guò)濾器花板的固定螺栓松動(dòng)。

2.5.3 改進(jìn)措施

(1)檢查SST膜管，一旦發(fā)現(xiàn)鹽水渾濁，立即更換。

(2)停車時(shí)，過(guò)濾器鹽水排空，使用純水浸泡。

(3)定期安排緊固ST膜管組件與過(guò)濾器花板的固定螺栓。

2.6.1 問(wèn)題

高飽和度的鹽水很容易冷卻結(jié)晶。

2.6.2 原因分析

由于分析儀表的管路較細(xì)，每次分析的試樣量較小，在試樣停止流動(dòng)時(shí)，鹽水結(jié)晶容易堵塞管路，引起分析結(jié)果不準(zhǔn)確，蠕動(dòng)泵、管路接口泄漏等。

2.6.3 改進(jìn)措施

為了解決這個(gè)問(wèn)題，巨化電化廠通過(guò)以下措施進(jìn)行優(yōu)化。

(1)分析儀內(nèi)設(shè)置反洗程序。

在分析儀表設(shè)計(jì)時(shí)，考慮對(duì)易結(jié)晶試樣的特殊處理手段，在分析儀內(nèi)設(shè)置反洗程序；在一組樣品分析完成后，使用清洗反應(yīng)杯的水對(duì)分析儀的進(jìn)料管線、排液管線、定量管線進(jìn)行反洗。

(2)在分析儀表鹽水樣品管路的進(jìn)口增加過(guò)濾裝置。為實(shí)現(xiàn)分析儀表對(duì)粗鹽水中過(guò)堿量的分析，在分析儀表鹽水樣品管路的進(jìn)口增加過(guò)濾裝置，濾后的鹽水在進(jìn)入反應(yīng)杯中進(jìn)行滴定，保證鹽水滴定結(jié)果的準(zhǔn)確；在分析儀表程序里寫入過(guò)濾裝置的反洗程序，保證過(guò)濾膜長(zhǎng)周期使用時(shí)的過(guò)濾能力。

3 結(jié)語(yǔ)

一次鹽水SST膜能夠穩(wěn)定運(yùn)行，裝置出口精鹽水質(zhì)量均符合生產(chǎn)要求，且每臺(tái)過(guò)濾裝置過(guò)濾流量由60 m3/h提升至70 m3/h，裝置運(yùn)行負(fù)荷提高16.7%。具有如下技術(shù)特點(diǎn)：①取消了預(yù)處理器；②采用智能化控制，操作效率大幅提升；③在現(xiàn)場(chǎng)增加兩堿在線分析儀后，不僅能夠有效減少分析人員的工作量，提高分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，還可用于工藝操作的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保特定組分的在線檢測(cè)，使難以控制的兩堿等生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)滴加，在降低消耗的同時(shí)，提高了崗位員工的效率和操作的穩(wěn)定性。