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11

2016

-

07

重慶市映天輝氯堿化工有限公司關(guān)于機械蒸汽再壓縮（MVR）工藝在氯堿行業(yè)中的應(yīng)用

作者：

1
Mechanical vapor recompression (MVR) technology applications in the chlor-alkali industry

Yan Chenglin

(Chongqing Jiangbei Fertilizer Co.Ltd ,Yubei 401120,China)

Hu Hong-ming

(Chongqing Wintinwe Chlor-alkali Chemical Co.Ltd ,Changshou 401221,China)

 

Abstract: This paper discusses the implementation of the whole process of alkali ion-exchange membrane method Stewed some alkali method, and reflect the days of Chongqing Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd. Hui Analysis of resources and energy that the process is the best choice for the introduction of MVR. Of the MVR process technology and applications in all were full Stewed base analysis and the results that this process is not only cost savings but also reduce energy consumption, reduce carbon emissions, economic, environmental and social benefits are significant.

Key Words:All bittern base, MVR, mechanical vapor recompression, falling film evaporator

 

1 前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，也帶動了氯堿化工的大發(fā)展，在2010年底燒堿突破了3000萬噸，超過了世界的三分之一，給我國的資源能源帶來了巨大壓力。氯堿化工是高資源能源消耗產(chǎn)業(yè)，提高資源利用，采用節(jié)能減排技術(shù)，降低能源消耗，是提高氯堿企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵措施。重慶市映天輝氯堿化工有限公司屬于氯堿化工企業(yè)的一員，如何實現(xiàn)全鹵制堿，降低能源消耗，是當(dāng)前研究的重要課題。

2 全鹵制堿工藝簡介及比較

2.1 離子膜法燒堿淡鹽水的特征

離子膜法制堿要實現(xiàn)全鹵制堿的核心在于淡鹽水的處理，而淡鹽水具備以下一些特征：

l  干凈，Ca、Mg等雜質(zhì)含量少，小于40ppb；

l  濃度只有180~200g/l，常壓下沸點103.5℃；

l  有一定的溫度，脫氯淡鹽水有75℃，部分經(jīng)膜法除硝混合后有60℃；

l  腐蝕性強。

2.2 全鹵制堿工藝

離子膜法燒堿要實現(xiàn)全鹵制堿，方法就是要處理淡鹽水到接近飽和，而使淡鹽水接近飽和有兩種方式：去掉水或者加鹽[1]。去掉水的方式有膜過濾、多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)，加鹽的方式有返回鹽井、直接加固體鹽。

u  膜過濾。正在研究的一種方法，還未在氯堿行業(yè)工業(yè)化。原理是此膜只允許水通過，過濾掉部分水，得到飽和的氯化鈉溶液。此種方法經(jīng)濟可行，并且效果好，能源消耗低，但技術(shù)難題還未突破，是以后淡鹽水濃縮發(fā)展的方向。

u  多效蒸發(fā)。制鹽行業(yè)普遍采用的一種方法。此法需要蒸汽作為能源，消耗蒸汽來達到濃縮的目的。

u  機械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)。食品、海水淡化及廢水處理行業(yè)應(yīng)用較多，但國內(nèi)氯堿行業(yè)還未用過。原理是一個單效蒸發(fā)[4]，蒸發(fā)出來的二次汽經(jīng)壓縮機再次壓縮，重新返回系統(tǒng)中。壓縮的目的是實現(xiàn)一定程度的溫升，將機械能再轉(zhuǎn)化為熱能，得以循環(huán)利用，能量損失小，MVR正常生產(chǎn)時的唯一能耗就是電，作用是克服溶液的沸點升高。

u  淡鹽水返井。將地下鹽井當(dāng)一個大的化鹽池，使淡鹽水飽和，然后送往一次鹽水處理。

膜過濾因技術(shù)還處于開發(fā)階段，這里暫不考慮，這里主要對多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮（MVR）蒸發(fā)、淡鹽水返井進行比較。

2.3 各種全鹵制堿工藝的比較

針對以上各種全鹵制堿工藝，從投資、運行費用、技術(shù)、節(jié)能、環(huán)保、安全等方面進行對比，對比以配套15萬噸/年離子膜燒堿，用固體精制鹽作為參照。

表一 各種全鹵制堿工藝的比較
2

通過以上比較可以看出，選擇何種工藝要視企業(yè)的資源能源情況而定，關(guān)鍵因素有鹽井深度、輸送距離和高差、鹵水雜質(zhì)含量、蒸汽與電的價格、采鹵和制堿是否同一企業(yè)等。

3 資源能源背景及全鹵制堿工藝的選擇

3.1 資源能源背景

l  資源背景：重慶市映天輝氯堿化工有限公司位于重慶長壽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)重化工園區(qū)，長壽雙龍鎮(zhèn)有豐富的鹽鹵資源，探明儲量達14億噸，長壽雙龍鎮(zhèn)離廠區(qū)有40公里，高差有100m，鹽井深度有2800m左右，鹵水為鈣型鹵水，鈣鎂平均含量在1.5g/l，硫酸根平均含量在1.8g/l，現(xiàn)在已經(jīng)有兩家采鹵企業(yè)在生產(chǎn)，并且鹵水管道已經(jīng)鋪設(shè)到了廠區(qū)。

l  能源背景：在化工園區(qū)內(nèi)，公司沒有配備自備電廠，并且廠區(qū)內(nèi)沒有多余的副產(chǎn)蒸汽，靠購買，價格在200元/噸。平均電價在0.6元/度。

3.2 全鹵制堿工藝的選擇

根據(jù)資源背景和表一的全鹵制堿工藝對比可以看出，實施淡鹽水返井難度大，并且不屬于同一企業(yè)，此方案不可選。根據(jù)能源背景和表一的全鹵制堿工藝對比可以看出，實施多效蒸發(fā)蒸發(fā)一噸水的成本是82.8元，而MVR蒸發(fā)一噸水的成本是21.6元，明顯選擇MVR更適合映天輝實際情況。

根據(jù)離子膜燒堿淡鹽水的特征，有一定的溫度，并且沸點升高只有3.5℃，濃縮到310g/l沸點升高也只有8℃，所以選用風(fēng)機型MVR，簡稱FMVR[3]，一臺風(fēng)機最高能提高8℃的溫升，選擇兩臺風(fēng)機進行串聯(lián)。

4 MVR工藝介紹

4.1生產(chǎn)技術(shù)

機械蒸汽再壓縮技術(shù)，簡稱MVR（mechanical bapor recompression），俗稱熱泵技術(shù)，是重新利用蒸發(fā)濃縮過程產(chǎn)生的二次蒸汽的冷凝潛熱，從而減少蒸發(fā)濃縮過程對外界能源需求的一項先進節(jié)能技術(shù)[2]。早在上世紀(jì)60年代，德國和法國已成功的將該技術(shù)用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。MVR的工作原理是將低溫位的二次蒸汽經(jīng)蒸汽再壓縮機壓縮，以提高溫度、壓力和熱焓，然后再進入蒸發(fā)器冷凝供熱，以充分利用蒸汽的潛熱。這樣，原來要排放的廢蒸汽就得到了充分利用，既回收了其潛熱，提高了熱效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR系統(tǒng)除開車啟動外，正常運行后整個蒸發(fā)過程無需生蒸汽，其能源利用效率相當(dāng)于多效蒸發(fā)的20效。

4.2技術(shù)來源

本公司通過對國際上此項技術(shù)的考察和論證，最后選擇了有成功經(jīng)驗，工藝先進、技術(shù)可靠、運行安全、經(jīng)濟合理，并在鹽水處理方面處于世界領(lǐng)先地位的瑞士EVATHERM公司技術(shù)。

瑞士EVATHERM公司成立于1982年，專長從事蒸發(fā)濃縮工程設(shè)計，在MVR技術(shù)和鹽水蒸發(fā)濃縮技術(shù)方面經(jīng)驗豐富。經(jīng)過近幾年的不斷革新和改進，其MVR技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在歐洲的市場占有率非常高。

4.3工藝流程簡述
3

（1）淡鹽水濃縮系統(tǒng)

自脫氯工序來的淡鹽水一部分經(jīng)膜法除硝后進入淡鹽水中間槽，另一部分直接進入淡鹽水中間槽，二次鹽水再生的回收鹽水也直接進入淡鹽水中間槽，三部分淡鹽水在中間槽混合后，通過泵送往預(yù)熱器進行預(yù)熱，并在泵出口加入少量亞硫酸鈉，保證不含游離氯；與蒸汽冷凝水和濃鹽水并聯(lián)換熱后，進入降膜蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，為保證蒸發(fā)濃度到310g/l，再送往強制循環(huán)蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，蒸發(fā)后的濃縮液與鹵水換熱后，進入過濾精鹽水儲槽，然后進入二次鹽水進行處理。

（2）生蒸汽系統(tǒng)

生產(chǎn)裝置系統(tǒng)開車時，使用生蒸汽將蒸發(fā)器內(nèi)的淡鹽水通過加熱室升高溫度，產(chǎn)生二次蒸汽，通過二次蒸汽的循環(huán)利用，系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽達到平衡后，關(guān)閉生蒸汽閥門，停止生蒸汽的使用。當(dāng)進料鹽水溫度過低時，需要補充一點生蒸汽。進料負(fù)荷由低負(fù)荷向高負(fù)荷調(diào)整時，根據(jù)溫度變化情況而補充生蒸汽。

（3）二次蒸汽系統(tǒng)

在淡鹽水濃縮過程中，降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)同時產(chǎn)生二次蒸汽，通過降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)的除膜器進行第一次除掉二次蒸汽中夾帶的氯離子和其它雜質(zhì)，然后二次蒸汽進入二次蒸汽洗滌器通過用洗滌泵將洗滌器內(nèi)的循環(huán)洗滌水第二次洗滌二次蒸汽，產(chǎn)生的冷凝液通過調(diào)節(jié)閥控制好液位，排出冷凝液桶系統(tǒng)。洗滌后的二次蒸汽再次用加熱室冷凝液進行第三次洗滌，確保進入壓縮機的二次蒸汽中含鹽量低于10ppm和二次汽飽和,保證蒸汽壓縮機長周期安全穩(wěn)定運行，合格的二次蒸汽進入第一級和第二級蒸汽壓縮機進行加壓升溫。為了避免二次汽過熱，使用加熱室產(chǎn)生的冷凝液對壓縮機和二次蒸汽管道進行噴霧降溫，獲得我們需要的飽和蒸汽。加壓升溫后的二次汽進入降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器加熱室，通過熱量交換將熱量傳遞給蒸發(fā)器的淡鹽水，進行蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，實現(xiàn)二次蒸汽的循環(huán)利用。

5 實施MVR工藝的優(yōu)點

結(jié)合重慶市映天輝氯堿化工有限公司15萬噸/年離子膜燒堿實際情況，談?wù)剬嵤?/span>MVR工藝的一些優(yōu)點：

（1）顯著的經(jīng)濟效益。采用MVR工藝對淡鹽水進行濃縮，實現(xiàn)全鹵制堿，與用固體精制鹽相比，在目前的生產(chǎn)規(guī)模下每年可以節(jié)約成本2150萬元，而且隨著能源價格和精制鹽價格的上漲，節(jié)約成本的量將會更大，經(jīng)濟效益很可觀。

（2）節(jié)約能源。

目前用能情況：現(xiàn)有工藝是用固體鹽去飽和淡鹽水，而固體鹽是鹵水通過真空制鹽工藝制得，制1噸固體鹽的能源和原料消耗為（5效真空制鹽）1.08噸蒸汽，54度電，4～5方鹵水。加固體鹽將108萬立方淡鹽水（配套15萬噸離子膜燒堿，摻鹵25%情況下）飽和需要16萬噸折百固體鹽，鹵水制鹽的耗能量為17.28萬噸蒸汽，864萬度電，折合標(biāo)煤2.33萬噸。

使用MVR后用能情況：采用MVR工藝濃縮淡鹽水后，可以直接使用鹵水作為制堿原料，能源消耗就只有淡鹽水濃縮的消耗。108萬立方淡鹽水濃縮至飽和的能源消耗為1752萬度電，折合標(biāo)煤0.22萬噸。

能源消耗對比：折合標(biāo)煤相差2.1萬噸，節(jié)能效果十分明顯。

（3）間接擴大一次鹽水規(guī)模一倍。使用MVR工藝后，濃縮后的淡鹽水因質(zhì)量較好，可以直接送往二次鹽水，一次鹽水的處理量就減小了一半，就相當(dāng)于擴大一次鹽水規(guī)模一倍。特別是對于新建和擴建企業(yè)，可以省下一次鹽水投資幾千萬元。

（4）減少一次鹽水精制劑過量一半。一般一次鹽水過NaOH量平均為0.15g/l，過Na2CO3量平均為0.4g/l，相當(dāng)于年可以減少過NaOH量108噸，過Na2CO3量288噸。

（5）減少二次鹽水再生次數(shù)一半。二次鹽水再生周期與鹽水中雜質(zhì)含量成正比，而采用MVR工藝濃縮后的淡鹽水十分干凈，如果一次鹽水處理質(zhì)量不變的話，混合后就相當(dāng)于雜質(zhì)含量減少了一半，那么再生周期延長一倍，再生次數(shù)減少一半。既節(jié)約了再生成本，又減少酸堿廢水排放，既有經(jīng)濟效益，又有環(huán)保效益。

（6）產(chǎn)生的蒸汽冷凝水質(zhì)量好，可以作為脫鹽水用。MVR蒸發(fā)屬于低溫蒸發(fā)，并且二次汽經(jīng)過洗滌，質(zhì)量好，每年可以產(chǎn)生48萬噸的脫鹽水。

（7）系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水和濃鹽水可以和鹵水換熱，充分利用所有熱量。風(fēng)機產(chǎn)生的能量少部分損失外，其余的都被蒸汽冷凝水和濃鹽水帶走，而這部分能量作為鹵水的加熱源，剛好夠，這樣又能減少一次鹽水蒸汽的消耗。

（8）溫差低，蒸發(fā)溫和，對設(shè)備的腐蝕相對多效蒸發(fā)低。

（9）整個系統(tǒng)占地面積小，全自動控制。

（10）節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，如果國產(chǎn)化成功，具有推廣意義，特別是在離子膜法制堿和有鹵水資源的企業(yè)，具有十分明顯的意義。

6 實施MVR工藝的注意事項

l  淡鹽水濃縮就相當(dāng)于一個閉環(huán)系統(tǒng)，一些二次鹽水除不掉的雜質(zhì)就會富集，需要定期排往鹵水儲槽，進入一次鹽水處理。

l  淡鹽水中的游離氯必須除盡，不然會對蒸發(fā)設(shè)備造成腐蝕和對二次鹽水樹脂造成破壞。

l  使用蒸發(fā)濃縮技術(shù)后，系統(tǒng)中的水能不回收化鹽的盡量不回收，比如二次鹽水中回收鹽水的反洗水，脫氯工序的氯水等，回收這些將增加能耗，需想辦法做為它用。

7 結(jié)論

重慶市映天輝氯堿化工有限公司配套15萬噸離子膜燒堿的MVR淡鹽水濃縮項目將于2011年底投產(chǎn)，投產(chǎn)后年節(jié)約原料成本2150萬元以上，相對于鹵水制固體鹽節(jié)約能源2.1萬噸標(biāo)煤，回收蒸汽冷凝液48萬噸/年，減少過量精致劑Na2CO3288噸NaOH108噸，減少酸堿廢水排放15000m3。經(jīng)濟和環(huán)境、社會效益十分顯著。此技術(shù)在國內(nèi)氯堿行業(yè)屬首次使用，是一次具有示范意義的技術(shù)創(chuàng)新，如果說膜法除硝帶來了一次鹽水除硫酸根的革命，那么MVR的成功應(yīng)用，也將帶來氯堿行業(yè)全鹵制堿的革命。

參考文獻：

【1】黃澤茂，離子膜燒堿裝置水平衡及鹵水利用方案的選擇，中國氯堿，2006（11）：15-18。

【2】李樹生，吳宗生，灘田飽和鹵水機械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)工藝研究，鹽業(yè)與化工，第38卷第一期2009（1）：18-20。

【3】惲世昌，機械蒸汽再壓縮（MVR），中國乳品工業(yè)，第21卷第2期1993.4，78-81。

【4】陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（上冊），北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.1，257-259。

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