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重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司關於機械蒸汽再壓縮(MVR)工藝在氯堿行業中的應用

作者:閆成林 胡洪銘瀏覽次數: 日期:2016-07-11


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,隨著我國經濟的快速發展,也帶動了氯堿化工的大發展,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業,提高資源利用,采用節能減排技術,降低能源消耗,是提高氯堿企業核心競爭力的關鍵措施。重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司屬於氯堿化工企業的一員,如何實現全鹵製堿,降低能源消耗,是當前研究的重要課題。

2 全鹵製堿工藝簡介及比較

2.1 離子膜法燒堿淡鹽水的特征

離子膜法製堿要實現全鹵製堿的核心在於淡鹽水的處理,而淡鹽水具備以下一些特征:

幹淨,CaMg等雜質含量少,小於40ppb

濃度隻有180~200g/l,常壓下沸點103.5℃;

有一定的溫度,脫氯淡鹽水有75℃,部分經膜法除硝混合後有60℃;

腐蝕性強。

2.2 全鹵製堿工藝

離子膜法燒堿要實現全鹵製堿,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、機械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發,加鹽的方式有返回鹽井、直接加固體鹽。

膜過濾。正在研究的一種方法,還未在氯堿行業工業化。原理是此膜隻允許水通過,過濾掉部分水,得到飽和的氯化鈉溶液。此種方法經濟可行,並且效果好,能源消耗低,但技術難題還未突破,是以後淡鹽水濃縮發展的方向。

多效蒸發。製鹽行業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。

機械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發。食品、海水淡化及廢水處理行業應用較多,但國內氯堿行業還未用過。原理是一個單效蒸發[4],蒸發出來的二次汽經壓縮機再次壓縮,重新返回係統中。壓縮的目的是實現一定程度的溫升,將機械能再轉化為熱能,得以循環利用,能量損失小,MVR正常生產時的唯一能耗就是電,作用是克服溶液的沸點升高。

淡鹽水返井。將地下鹽井當一個大的化鹽池,使淡鹽水飽和,然後送往一次鹽水處理。

膜過濾因技術還處於開發階段,這裏暫不考慮,這裏主要對多效蒸發、機械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發、淡鹽水返井進行比較。

2.3 各種全鹵製堿工藝的比較

針對以上各種全鹵製堿工藝,從投資、運行費用、技術、節能、環保、安全等方麵進行對比,對比以配套15萬噸/年離子膜燒堿,用固體精製鹽作為參照。

表一 各種全鹵製堿工藝的比較

通過以上比較可以看出,選擇何種工藝要視企業的資源能源情況而定,關鍵因素有鹽井深度、輸送距離和高差、鹵水雜質含量、蒸汽與電的價格、采鹵和製堿是否同一企業等。

3 資源能源背景及全鹵製堿工藝的選擇

3.1 資源能源背景

資源背景:重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司位於重慶長壽經濟技術開發區重化工園區,長壽雙龍鎮有豐富的鹽鹵資源,探明儲量達14億噸,長壽雙龍鎮離廠區有40公裏,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,現在已經有兩家采鹵企業在生產,並且鹵水管道已經鋪設到了廠區。

能源背景:在化工園區內,公司沒有配備自備電廠,並且廠區內沒有多餘的副產蒸汽,靠購買,價格在200/噸。平均電價在0.6/度。

3.2 全鹵製堿工藝的選擇

根據資源背景和表一的全鹵製堿工藝對比可以看出,實施淡鹽水返井難度大,並且不屬於同一企業,此方案不可選。根據能源背景和表一的全鹵製堿工藝對比可以看出,實施多效蒸發蒸發一噸水的成本是82.8元,而MVR蒸發一噸水的成本是21.6元,明顯選擇MVR更適合汇丰娱乐實際情況。

根據離子膜燒堿淡鹽水的特征,有一定的溫度,並且沸點升高隻有3.5℃,濃縮到310g/l沸點升高也隻有8℃,所以選用風機型MVR,簡稱FMVR[3],一台風機最高能提高8℃的溫升,選擇兩台風機進行串聯。

4 MVR工藝介紹

4.1生產技術

機械蒸汽再壓縮技術,簡稱MVRmechanical bapor recompression),俗稱熱泵技術,是重新利用蒸發濃縮過程產生的二次蒸汽的冷凝潛熱,從而減少蒸發濃縮過程對外界能源需求的一項先進節能技術[2]。早在上世紀60年代,德國和法國已成功的將該技術用於化工、食品、造紙、醫藥、海水淡化及汙水處理等領域。MVR的工作原理是將低溫位的二次蒸汽經蒸汽再壓縮機壓縮,以提高溫度、壓力和熱焓,然後再進入蒸發器冷凝供熱,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係統除開車啟動外,正常運行後整個蒸發過程無需生蒸汽,其能源利用效率相當於多效蒸發的20效。

4.2技術來源

本公司通過對國際上此項技術的考察和論證,最後選擇了有成功經驗,工藝先進、技術可靠、運行安全、經濟合理,並在鹽水處理方麵處於世界領先地位的瑞士EVATHERM公司技術。

瑞士EVATHERM公司成立於1982年,專長從事蒸發濃縮工程設計,在MVR技術和鹽水蒸發濃縮技術方麵經驗豐富。經過近幾年的不斷革新和改進,其MVR技術已經非常成熟,在歐洲的市場占有率非常高。

4.3工藝流程簡述

1)淡鹽水濃縮係統

自脫氯工序來的淡鹽水一部分經膜法除硝後進入淡鹽水中間槽,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後,通過泵送往預熱器進行預熱,並在泵出口加入少量亞硫酸鈉,保證不含遊離氯;與蒸汽冷凝水和濃鹽水並聯換熱後,進入降膜蒸發器進行蒸發,為保證蒸發濃度到310g/l,再送往強製循環蒸發器進行蒸發,蒸發後的濃縮液與鹵水換熱後,進入過濾精鹽水儲槽,然後進入二次鹽水進行處理。

2)生蒸汽係統

生產裝置係統開車時,使用生蒸汽將蒸發器內的淡鹽水通過加熱室升高溫度,產生二次蒸汽,通過二次蒸汽的循環利用,係統產生的二次蒸汽達到平衡後,關閉生蒸汽閥門,停止生蒸汽的使用。當進料鹽水溫度過低時,需要補充一點生蒸汽。進料負荷由低負荷向高負荷調整時,根據溫度變化情況而補充生蒸汽。

3)二次蒸汽係統

在淡鹽水濃縮過程中,降膜蒸發器和強製循環蒸發器內同時產生二次蒸汽,通過降膜蒸發器和強製循環蒸發器內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,然後二次蒸汽進入二次蒸汽洗滌器通過用洗滌泵將洗滌器內的循環洗滌水第二次洗滌二次蒸汽,產生的冷凝液通過調節閥控製好液位,排出冷凝液桶係統。洗滌後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於10ppm和二次汽飽和,保證蒸汽壓縮機長周期安全穩定運行,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,使用加熱室產生的冷凝液對壓縮機和二次蒸汽管道進行噴霧降溫,獲得汇丰娱乐需要的飽和蒸汽。加壓升溫後的二次汽進入降膜蒸發器和強製循環蒸發器加熱室,通過熱量交換將熱量傳遞給蒸發器的淡鹽水,進行蒸發產生二次蒸汽,實現二次蒸汽的循環利用。

5 實施MVR工藝的優點

結合重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司15萬噸/年離子膜燒堿實際情況,談談實施MVR工藝的一些優點:

1)顯著的經濟效益。采用MVR工藝對淡鹽水進行濃縮,實現全鹵製堿,與用固體精製鹽相比,在目前的生產規模下每年可以節約成本2150萬元,而且隨著能源價格和精製鹽價格的上漲,節約成本的量將會更大,經濟效益很可觀。

2)節約能源。

目前用能情況:現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製鹽工藝製得,製1噸固體鹽的能源和原料消耗為(5效真空製鹽)1.08噸蒸汽,54度電,45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,鹵水製鹽的耗能量為17.28萬噸蒸汽,864萬度電,折合標煤2.33萬噸。

使用MVR後用能情況:采用MVR工藝濃縮淡鹽水後,可以直接使用鹵水作為製堿原料,能源消耗就隻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,折合標煤0.22萬噸。

能源消耗對比:折合標煤相差2.1萬噸,節能效果十分明顯。

3)間接擴大一次鹽水規模一倍。使用MVR工藝後,濃縮後的淡鹽水因質量較好,可以直接送往二次鹽水,一次鹽水的處理量就減小了一半,就相當於擴大一次鹽水規模一倍。特別是對於新建和擴建企業,可以省下一次鹽水投資幾千萬元。

4)減少一次鹽水精製劑過量一半。一般一次鹽水過NaOH量平均為0.15g/l,過Na2CO3量平均為0.4g/l,相當於年可以減少過NaOH108噸,過Na2CO3288噸。

5)減少二次鹽水再生次數一半。二次鹽水再生周期與鹽水中雜質含量成正比,而采用MVR工藝濃縮後的淡鹽水十分幹淨,如果一次鹽水處理質量不變的話,混合後就相當於雜質含量減少了一半,那麽再生周期延長一倍,再生次數減少一半。既節約了再生成本,又減少酸堿廢水排放,既有經濟效益,又有環保效益。

6)產生的蒸汽冷凝水質量好,可以作為脫鹽水用。MVR蒸發屬於低溫蒸發,並且二次汽經過洗滌,質量好,每年可以產生48萬噸的脫鹽水。

7)係統產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。風機產生的能量少部分損失外,其餘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,蒸發溫和,對設備的腐蝕相對多效蒸發低。

9)整個係統占地麵積小,全自動控製。

10)節能技術的應用,如果國產化成功,具有推廣意義,特別是在離子膜法製堿和有鹵水資源的企業,具有十分明顯的意義。

6 實施MVR工藝的注意事項

淡鹽水濃縮就相當於一個閉環係統,一些二次鹽水除不掉的雜質就會富集,需要定期排往鹵水儲槽,進入一次鹽水處理。

淡鹽水中的遊離氯必須除盡,不然會對蒸發設備造成腐蝕和對二次鹽水樹脂造成破壞。

使用蒸發濃縮技術後,係統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 結論

重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司配套15萬噸離子膜燒堿的MVR淡鹽水濃縮項目將於2011年底投產,投產後年節約原料成本2150萬元以上,相對於鹵水製固體鹽節約能源2.1萬噸標煤,回收蒸汽冷凝液48萬噸/年,減少過量精致劑Na2CO3288NaOH108噸,減少酸堿廢水排放15000m3。經濟和環境、社會效益十分顯著。此技術在國內氯堿行業屬首次使用,是一次具有示範意義的技術創新,如果說膜法除硝帶來了一次鹽水除硫酸根的革命,那麽MVR的成功應用,也將帶來氯堿行業全鹵製堿的革命。

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,200611):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工藝研究,鹽業與化工,第38卷第一期20091):18-20

3】惲世昌,機械蒸汽再壓縮(MVR),中國乳品工業,第21卷第21993.478-81

4】陳敏恒,叢德滋,方圖南,齊鳴齋,化工原理(上冊),北京:化學工業出版社,2008.1257-259

所屬類別: 技術資料

該資訊的關鍵詞為:全鹵製堿 MVR 機械蒸汽再壓縮 降膜蒸發器