燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化總結(jié)

劉 超

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司河北省聚氯乙烯技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 唐山）

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司作為三友集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的中軸， 積極響應(yīng)國家節(jié)能減排政策號召，綜合考慮離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)工藝和自動化水平，對生產(chǎn)過程中廢水回用以及熱能回收利用進(jìn)行優(yōu)化改造，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率及節(jié)能減排的目的。

公司燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)包含一次鹽水精制工序、二次鹽水精制工序、電解工序、氯氫處理工序、氯化氫合成工序和蒸發(fā)工序。 工藝流程簡要概括為原鹽通過化鹽池化鹽生成粗鹽水， 粗鹽水中加入燒堿、次氯酸鈉、三氯化鐵等精制劑后經(jīng)過預(yù)處理器+凱膜、陶瓷膜精制生成一次鹽水，生產(chǎn)的一次鹽水經(jīng)鹽酸調(diào)整pH 值， 指標(biāo)合格后通過管道送入螯合樹脂塔二次精制，進(jìn)一步除去一次鹽水中的鈣、鎂等金屬離子及其他有害雜質(zhì)，處理后的合格鹽水送入離子膜電解槽，在直流電的作用下，電解槽陰極側(cè)產(chǎn)生氫氣和燒堿，陽極側(cè)產(chǎn)生氯氣，氯氣和氫氣經(jīng)過氯氫處理工序冷卻除霧、干燥、壓縮加壓等一系列處理，處理合格的氫氣和氯氣大部分送入氯化氫合成工段在蒸汽合成爐內(nèi)燃燒生成氯化氫，冷卻降溫后供給氯乙烯裝置和有機(jī)硅裝置作為原料使用。 電解槽生產(chǎn)的32%液體燒堿一部分通過換熱器降溫后直接輸送至罐區(qū)作為產(chǎn)品出售，另一部分進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)經(jīng)一、二、三效降膜蒸發(fā)器濃縮為50%濃堿后作為成品出售。 梳理整個(gè)生產(chǎn)工藝流程，可利用的“廢物”資源很多，如合成爐排水、樹脂塔再生酸堿廢水、燒堿生產(chǎn)過程中的余熱、合成爐副產(chǎn)蒸汽、氯化氫冷卻輸送過程中的冷凝酸等，有效利用生產(chǎn)過程中的“廢物”、“廢熱”，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)還可以解決環(huán)保問題。

1 合成爐一段循環(huán)冷卻水階梯利用

合成爐一段循環(huán)冷卻水為工業(yè)用水，長期閉路循環(huán)會富集氯根。 高濃度的氯根會對合成爐鋼制筒體和循環(huán)冷卻水管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，使管道強(qiáng)度降低，存在較大安全隱患。 避免氯根富集對設(shè)備和管道的腐蝕，消除生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)最直接的方法是通過排水再補(bǔ)充新水來降低循環(huán)冷卻水中的氯根含量。排出的廢水屬于工業(yè)用水，水質(zhì)較好，但排入廢水地溝后只能通過無機(jī)廢水系統(tǒng)回收至一次鹽水作為化鹽水，其價(jià)值不能充分得到利用。

為了充分發(fā)揮工業(yè)用水的效能及價(jià)值，實(shí)現(xiàn)此部分水的階梯利用，減少工業(yè)用水消耗量，降低生產(chǎn)成本，結(jié)合燒堿系統(tǒng)生產(chǎn)工藝，優(yōu)化工藝流程，將此部分排水引入各機(jī)泵機(jī)封冷卻水系統(tǒng)。 關(guān)閉鹽水精制工序精制劑配制原有的生產(chǎn)水引進(jìn)通道，從合成爐一段循環(huán)冷卻水管道上引出工業(yè)用水，進(jìn)入電解工序各機(jī)泵機(jī)封冷卻水管，給各機(jī)泵冷卻降溫后回收至緩沖廢水罐，通過泵輸送至一次鹽水精制劑配制槽進(jìn)行精制劑配制。 同時(shí)，各機(jī)泵原有的來自管網(wǎng)的冷卻水閥門關(guān)閉，精制劑原有的管網(wǎng)生產(chǎn)水管線切除，改造后的“合成爐爐底冷卻—機(jī)封冷卻水—碳酸鈉配制”流程見圖1。

圖1 “合成爐爐底冷卻—機(jī)封冷卻水—碳酸鈉配制”流程圖

工藝流程優(yōu)化后，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)中的中水回用率，有效降低了廢水排放量，解決了生產(chǎn)水配制精制劑管線結(jié)垢、流量計(jì)堵塞等問題。

2 燒堿系統(tǒng)低溫余熱利用

氯堿公司生產(chǎn)過程中能源消耗量大，可供回收的低溫?zé)嵩摧^多。 自投產(chǎn)以來，氯堿公司相繼實(shí)施了溴化鋰機(jī)組、副產(chǎn)蒸汽式氯化氫合成爐等一系列節(jié)能工藝生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備改造，有效降低了產(chǎn)品的綜合能耗，取得了顯著的效益。

在整個(gè)離子膜燒堿生產(chǎn)過程中存在較多冷卻、加熱的交叉需求，并且溫度區(qū)間重合度較大，具有工藝優(yōu)化和能耗降低的空間。

原有工藝流程：電解槽生產(chǎn)的32%高溫液堿經(jīng)過板式換熱器，利用循環(huán)水冷卻降溫后，輸送至成品罐區(qū)外售。 換熱后的循環(huán)水經(jīng)過管道返回涼水塔降溫后循環(huán)使用。 一次鹽水工序化鹽使用的化鹽水需要外補(bǔ)生產(chǎn)水，為提高化鹽效率及一次鹽水含鹽量，需要利用蒸汽將生產(chǎn)水升溫后再使用。

綜合實(shí)際生產(chǎn)情況發(fā)現(xiàn)，電解工序需要降溫，一次鹽水生產(chǎn)需要升溫來滿足其生產(chǎn)需求。 離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)中冷卻、 加熱的溫度區(qū)間重合度較高，尤其是燒堿生產(chǎn)部分低溫?zé)嵩纯苫厥绽玫目臻g較大。 因此，優(yōu)化生產(chǎn)工藝、合理布局，充分利用燒堿產(chǎn)品余熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、減排是企業(yè)發(fā)展所需。

優(yōu)化后生產(chǎn)工藝流程：在原有燒堿冷卻器前串聯(lián)可以獨(dú)立切入、 切出的燒堿冷卻器及附屬管線，配置流量計(jì)、壓力表、調(diào)節(jié)閥等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)水流量、溫度的定量調(diào)節(jié)， 冷卻電解槽生產(chǎn)的高溫32%燒堿；換熱提溫后的生產(chǎn)水匯入生產(chǎn)水儲槽，用于一次鹽水工序化鹽，降低了蒸汽消耗。 優(yōu)化后的余熱利用流程圖見圖2。

圖2 低溫余熱利用流程圖

3 樹脂塔再生廢水的分步利用

現(xiàn)階段國家逐步加大對水資源的管理控制，生產(chǎn)過程中廢水的排放和中水的回收利用，成為可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 在燒堿生產(chǎn)工藝中，一次鹽水中的鈣、鎂離子和其他多價(jià)金屬離子對離子膜性能損害很大，這些多價(jià)金屬離子通過化學(xué)沉淀并經(jīng)預(yù)處理器和凱膜過濾器處理可減少到一定程度（×10-6數(shù)量級）。 為保證離子膜電解性能的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，需要通過離子交換樹脂進(jìn)行二次鹽水精制來達(dá)到電解槽運(yùn)行的要求。 在此過程中，螯合樹脂會吸附鹽水中的Ca2+、Mg2+等二價(jià)金屬離子，隨著吸附的進(jìn)行，樹脂的吸附量會達(dá)到飽和，失去吸附作用。 為確保進(jìn)槽鹽水質(zhì)量，避免離子膜損壞，需要定期對螯合樹脂進(jìn)行酸堿再生， 以保證螯合樹脂的離子交換吸附能力。 樹脂的再生分步進(jìn)行在酸再生、水洗二、堿再生、水洗三等步驟中會產(chǎn)生酸堿性廢水[1，2]。

深挖燒堿生產(chǎn)工藝各工序的生產(chǎn)需求及潛力，拓展思路， 充分發(fā)揮集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的優(yōu)勢，通過技術(shù)改造嘗試將樹脂塔再生酸堿廢水分步回收利用。 利用再生過程中各步驟工藝特性及在線監(jiān)測手段，對螯合樹脂塔堿再生過程中的堿性水回收至電解槽陰極液放凈槽，用于一次鹽水生產(chǎn)過程中除去鎂離子精制劑燒堿溶液配制時(shí)使用，降低成品燒堿的消耗；將樹脂塔再生過程中產(chǎn)生的酸性廢水在燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)予以自用。 在不增加脫氯系統(tǒng)自用堿耗的前提下，將樹脂塔再生過程的酸性廢水回收至陽極液放凈槽，在脫氯系統(tǒng)中使用，有效降低了廢水處理難度，提高了廢水的綜合利用率。 通過酸堿廢水分類回收，提高了廢水中鹽酸、燒堿的利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了樹脂塔廢水零排放的目標(biāo)。

根據(jù)樹脂塔再生過程中廢水的不同性質(zhì)，對廢水進(jìn)行分類收集、分類處理，有針對性地制定不同的回收再利用措施，實(shí)現(xiàn)了離子膜燒堿生產(chǎn)過程無廢水排放，降低了污水處理的負(fù)荷及難度，減輕了廢水處理的環(huán)保壓力， 促進(jìn)了企業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

4 蒸發(fā)蒸汽冷凝液用于蒸汽合成爐補(bǔ)水

管網(wǎng)來的中壓蒸汽經(jīng)Ⅲ效降膜蒸發(fā)器與燒堿換熱后變成蒸汽冷凝液進(jìn)入生蒸汽冷凝液罐，此時(shí)蒸汽冷凝液溫度約180 ℃，含有極高的熱能。為降低蒸發(fā)系統(tǒng)的生產(chǎn)能耗， 充分利用蒸汽冷凝液的熱能， 將冷凝水依次送到蒸發(fā)系統(tǒng)中各級堿液預(yù)熱器，換熱后，從板換出來的較低溫度的冷凝液送至氯化氫合成工序，并入工業(yè)用水儲罐作為副產(chǎn)蒸汽合成爐補(bǔ)水，生產(chǎn)副產(chǎn)蒸汽。 在回收蒸汽冷凝液的熱量降低蒸發(fā)系統(tǒng)蒸汽單耗的同時(shí)又降低了蒸汽合成爐工業(yè)用水的消耗。

5 合成冷凝酸取代高純鹽酸用于電解脫氯及一次鹽水凱膜酸洗

氯化氫生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的冷凝酸，改造前冷凝酸通過管道輸送至單體車間的副產(chǎn)酸罐，作為工業(yè)廢酸低價(jià)出售。 一次鹽水精制過程中生成的碳酸鈣、氫氧化鎂等雜質(zhì)會附著在凱膜、陶瓷膜的膜管表面，影響膜過濾通量。 為確保凱膜、陶瓷膜的正常過濾效率及過濾量， 需要定期對凱膜過濾器、陶瓷膜過濾器進(jìn)行酸洗，除去過濾膜上的鈣鎂結(jié)垢等影響膜過濾效率的雜質(zhì)。 電解脫氯系統(tǒng)需要用鹽酸來調(diào)節(jié)pH 值以提高脫氯效率， 改造前電解脫氯系統(tǒng)及一次鹽水凱膜、陶瓷膜酸洗用酸一直使用價(jià)格相對較高的高純鹽酸。 通過對回收的冷凝酸進(jìn)行指標(biāo)分析，冷凝酸完全可滿足電解脫氯系統(tǒng)pH值調(diào)節(jié)及一次鹽水凱膜、 陶瓷膜酸洗用酸指標(biāo)要求， 改造后電解脫氯系統(tǒng)pH 值調(diào)節(jié)及一次鹽水凱膜、陶瓷膜酸洗用酸全部使用回收冷凝酸，不再作為廢酸處理，降低了生產(chǎn)成本，提高了冷凝酸的附加值。

6 副產(chǎn)蒸汽優(yōu)化利用

日常生產(chǎn)中蒸汽合成爐副產(chǎn)蒸汽的壓力控制在0.4 MPa 左右，所有蒸汽合成爐副產(chǎn)蒸汽通過管道匯聚到蒸汽分配臺，通過蒸汽分配臺穩(wěn)定壓力后送入聚合車間流化床、燒堿車間一次鹽水使用。 合成爐點(diǎn)爐初期，蒸汽閃蒸罐壓力控制在0.25 MPa 穩(wěn)定運(yùn)行6 h， 逐步升壓至0.4 MPa 后并入蒸汽分配臺。 蒸汽壓力由0.25 MPa 升至0.4 MPa 需要10 h以上，此時(shí)閃蒸罐所產(chǎn)蒸汽壓力低于蒸汽分配臺壓力，無法并入蒸汽分配臺，此部分蒸汽需要放空排至大氣，造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。

一次鹽水崗位日常生產(chǎn)時(shí)使用蒸汽對化鹽水、鹽泥池升溫，達(dá)到系統(tǒng)溫度要求，但對蒸汽壓力要求不高， 將蒸汽合成爐點(diǎn)爐初期副產(chǎn)的0.4 MPa 以下的蒸汽通過管道輸送至一次鹽水崗位，用于鹽水崗位化鹽水、鹽泥池日常生產(chǎn)使用。 解決了鹽水崗位日常生產(chǎn)的需求， 減少了點(diǎn)爐初期蒸汽的浪費(fèi)，降低了公司蒸汽的日常采購費(fèi)用。

7 對鹽水凱膜過濾器使用的撓性閥改型，降低儀表氣消耗

凱膜過濾器作為鹽水工序去除鈣離子的核心設(shè)備，鹽水精制過程中凱膜過濾器通過反沖排渣將附著在凱膜表面的碳酸鈣沉淀沖掉，從而保持膜的使用效率，凱膜反沖周期為30 min/次。 凱膜所用的自動控制閥為撓性閥，主體材質(zhì)為橡膠，頻繁開關(guān)造成撓性閥變形或破損，撓性閥內(nèi)膽變形造成凱膜反沖排渣效果差，降低了凱膜利用率，由于撓性閥結(jié)構(gòu)特殊容易出現(xiàn)閥門漏氣，浪費(fèi)儀表氣，影響鹽水過濾器的正常運(yùn)行， 嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致鹽水產(chǎn)量受限，增加運(yùn)行成本。

內(nèi)膽更換需將過濾器內(nèi)鹽水全部放凈，過濾器內(nèi)基本為合格的鹽水，放凈的鹽水雖然回收但仍造成資源浪費(fèi)，另外，更換DN200 的內(nèi)膽需4 名鉗工，作業(yè)時(shí)間需要兩三個(gè)小時(shí)。進(jìn)口DN200 的內(nèi)膽單價(jià)為10000 元/個(gè)左右，增加了生產(chǎn)成本。 撓性閥內(nèi)膽單價(jià)高，更換檢修造成人力資源浪費(fèi)，工藝處理造成鹽水資源浪費(fèi)，內(nèi)膽變形造成凱膜過濾器利用率降低，內(nèi)膽漏氣造成儀表氣浪費(fèi)。 鈦材具有良好的延展性，鈦的重要特點(diǎn)是密度小、強(qiáng)度高、耐高溫、抗腐蝕， 高溫鹽水具有溫度高腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此鈦材質(zhì)自動閥為撓性閥的理想代替品。 切斷閥使用原有撓性閥的氣源及控制電纜，原有控制程序不變。 項(xiàng)目投用前后的生產(chǎn)運(yùn)行情況分析如下。

（1）勞動強(qiáng)度。 安裝完畢后，凱膜進(jìn)口1#、反沖4# 閥未出現(xiàn)過檢修及更換情況， 使用狀況良好，降低了檢修頻次及檢修勞動強(qiáng)度。

（2）使用效果。 撓性閥長時(shí)間使用后內(nèi)膽變形，容易造成凱膜反沖效果差，降低凱膜利用率，撓性閥結(jié)構(gòu)特殊容易造成閥門漏氣現(xiàn)象，造成儀表氣浪費(fèi)，更換為切斷閥后未出現(xiàn)過上述情況。 改造前后儀表氣的消耗情況見圖3。

圖3 改造前后儀表氣消耗對比

閥門改型完畢后儀表氣的日消耗量較改造前減少約1100 m3，同時(shí)降低了日常檢修費(fèi)用，確保了設(shè)備的長周期平穩(wěn)運(yùn)行。

8 結(jié)語

在氯堿生產(chǎn)過程中將各類能源資源進(jìn)行階梯式利用，使生產(chǎn)成本最小化、安全效益最大化，最大限度深挖現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的潛力， 節(jié)約資源消耗，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本已成為氯堿企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。 通過不斷總結(jié)，優(yōu)化工藝流程、優(yōu)化操作、創(chuàng)新改造， 對生產(chǎn)過程中各種資源進(jìn)行有效回用，減少資源浪費(fèi)，在有效減輕企業(yè)環(huán)保壓力的同時(shí)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益， 助力企業(yè)的可持續(xù)綠色發(fā)展。