年產20萬噸隔膜燒堿節能技術改造可行性研究報告-資料下載頁

　　

【正文】 送出界區。2． 二次鹽水精制吸電解工序（含淡鹽水脫氯）一次鹽水工序來的一次精鹽水中的固體懸浮物以二次鹽水過濾器被子進一步除去，贍后進入離子交換樹脂塔進一步將鹽水中微量的Ca2+、和Mg2+等多價陽離子除去，使其含量小于規定值。從離子交換樹脂塔出來的二次精鹽水進入精鹽水高位槽。二次精鹽水由精鹽水高位槽進入電解槽的陽極室進行電解。鹽水以電解初分解產生氯氣。反應式如下所示：NaCle→Na++1/2Cl2↑電解后的低濃度鹽水稱為淡鹽水流入淡鹽水槽，然后送脫氯槽脫氯。在電解陰極室外，水被分解產生氫氣，反應式如下：H2O+e→OH+1/2H2↑OH與由陽極室遷移來的結合Na+結合生成32%的堿溶液。電解槽生成的32%堿液流到堿液槽。一部分與純水混合后以堿液高位槽再返回電解槽的陰極室，而另一部分作為送蒸發工序或作為產品直接送出界區。電解槽陽極室產生和的Cl2和H2被送至氯處理工序和氫處理工序。電解產生的淡鹽水加鹽酸調節PH后進入脫氯槽，在真空下溶解在淡鹽水中的游離氯被脫出，脫氯后的淡鹽水含游離氯約30mg/L以加入堿調節PH后加入Na2S O3溶液進一步除去游離氯。脫氯后的淡鹽水一部分進入膜法除硝單元脫除系統中增加的硫酸根以保證系統的硫酸根平衡，其余部分送至一次鹽水工序。脫除了系統中多余的硫酸根后的鹽水也送至一次鹽水工序。經脫氯分離出的氯氣經脫氯冷卻器冷卻、分離水分后由脫氯真空泵送氯氣總管。3．蒸發工序從電解工序來的32% NaOH，再過三效逆流蒸發后，使堿液中NaOH濃度達到50%，經冷卻后進入50%液堿計量槽，再用泵送到界區外的全廠罐區。4．氯年、氫年和事故氯氣送入現有相應單元處理。（三）裝置物料平衡圖（見附圖316）第三節 產品方案選擇（一）產品方案比選由于該項目為節能降耗、降本增效項目，只是產品品質更優，產品方案不做調整。（二）產品方案推薦該項目的冰品為干燥氯氣、精制氫氣和50%（或）32%液堿。32%堿只在有用戶需求和蒸發裝置事故時送出。第二章 工藝技術、設備及自動化第一節 工藝技術選擇（一）裝置規模、產品方案、原材料來源和工藝流程 本項目是在原材料和產品方案不做調整的情況下，將20萬噸隔膜燒堿裝置改造為離子膜燒堿裝置。本裝置使用固體原鹽采用離子膜生產方法生產燒堿、氯氣和氫氣。主要生產過程為：固體原鹽用電解返回的脫氯淡鹽水和補充水溶解成粗鹽水，粗鹽水以一次鹽水精制和二次鹽水精制制得精制鹽水；精制鹽水送入至電解槽，經電解后制得32% NaOH、濕氯氣和濕氫氣；32% NaOH既可經壓縮加工成50% NaOH產品出售，也可直接作為產品出售；濕氯氣以洗滌、冷卻、干燥和壓縮后送下游裝置（VCM裝置）；濕氫氣以洗滌、冷卻、壓縮、脫氧和干燥后送出界區至各氫氣用戶。（二）技術來源膜分離法除硫酸根將采用目前國內已在使用的成熟技術（凱膜公司CIM或CHEMETICS公司SRS），一次鹽水精制仍利用現有的澄清桶；二次鹽水精制及離子膜電解按引進日本旭化成公司的工藝技術，采用自然循環高電流密度（ML32NCH）復極槽；堿液濃縮采用成達公司已掌握的BERTRAMS公司的三效逆流降膜蒸發技術；氯氣、氫氣和事故氯氣仍利用現有相應單元進行處理。只是由于電解采用了正壓操作，氯氣鼓風機和氫氣鼓風機將取消。第二節 技術方案選擇（一）技術方案1．鹽水中SO42脫除方當的選擇目前SO42脫除方法有傳統的化學品法和新的膜分離法兩種。1）化學品法化學品法主要為氯化鋇法或氯化鈣法。氯化鋇法是目前化學法脫除SO42脫除工業應用中最廣泛采用的一種方法，其原理就是利用與BaCl2與SO42反應生成溶解度較小的BaSO4沉淀而達到去隊鹽水中SO42的目的，其工藝操作簡單，去除SO42效果較好，具有成熟、可靠等特點。但氯化鋇法具有以下弱點：氯化鋇有較強的毒性，儲存要求較高；使用成本較高。氯化鈣的原理和氯化鋇法相同，但由于硫酸鈣微溶于水，該方法只適合于硫酸鈉的加入量也需要增加，另外，由于氯化鈣和碳酸鈉不能同時加入同一反應器，故除SO42和除Ca/Mg必須分開進行，命名過程變得復雜，設備投資加大；同時采用鈣法除硫酸根生成的硫酸鈣容易結垢堵塞管道和設備。2）膜分離法膜分離法脫除SO42是近年來發展起來的新技術，技術的關鍵在于基中有一層NF膜，它可以有效地從鹽水溶液單價陰離子（如Cl）中分離出多價陰離子（如SO42）。在所有的濃氯化物的鹽溶液中，硫酸鹽對NF膜的排斥力很高（在98%以上），而氯化物對它的排斥率很低。由于氯化鈉溶液對NF的排斥力很小，大部分進料鹽水通過膜滲透進入工藝流程，硫酸鹽被排斥而被分離出來，從而達到鹽水脫除SO42的目的。膜分離技術優越性在于操作運行費用少、操作和維護簡便、安裝方便和具有降低鹽和化學品成本的潛力，但膜分離技術的一次性投資相對較高，還需進行濃縮液的處理。對于本項目，當隔膜堿改為離子膜堿后，為了減少離子膜電槽在硫酸根存大下發生副反應產生氧氣，鹽水中硫酸根含量必須降低到小于5g/L，顯然對于這樣低的濃度要求，目前裝置仍使用的氯化鈣法將不能再使用。若氯化鋇價格按2300元/噸計算，對于20萬噸/年離子膜燒堿裝置僅氯化鋇消耗量，一年的運行成本約1400萬元。但若采用新的膜分離法，盡管投資增加了，但運行費用大大降低，對于本項目經初步計算和設備先型，采用膜分離法除SO42工設備投資和運行費用見表3212：表3212 膜分離法除SO42費用表投資（設備折舊10年）運行費用（萬元/年）動力電費用（萬元/年）總費用（萬元/年）170萬元/年8060310結論：對于大規模的氯堿廠，尤其是原鹽SO42含量較高的情況下膜分離心法除SO42的技術具有明顯的經濟優勢，對于本項目20萬噸/年離子膜燒堿。該工藝技術目前在國內已有應用業績。從技術方案的先進性和經濟性考慮，同時還可以解決目前澄清桶能力偏緊的現狀，本項目按新增膜法除硫酸根單元考慮。2．電解工藝技術方案選擇采用食鹽溶液電解制燒堿、氯氣和氫氣的方法有三種，即水銀法、隔膜法（分石墨陽極和金屬陽極）和離子膜法。其中水銀法和石墨陽極隔膜法由于污染嚴重、能耗高、操作管理復雜、勞動強度較大和技術落后等缺陷，國家已強行限制使用。金屬陽極電解槽雖然克服了石墨陽極電解槽鉛污染嚴重、電耗高的缺點，但仍存在石錦絨污染、產品質量差、能耗較高、操作管理復雜、勞動強度較大、技術落后等不足。離子膜法制燒堿是目前世界上工業化生產燒堿當中最先進的一項技術，與隔膜法、水解法相比，本方法具有能耗低，產品質量高（可用作高純堿）、三廢污染小（無隔膜法的石棉絨和水銀法的汞污染，為清潔工藝）、成本低及操作管理方便等優點，高純離子膜堿可應用于化纖、人造棉、醫藥和食品工業上，市場競爭力和應變性強。本項目就是要將相對落實的金屬陽極電解技術改造為先進的離子膜電技術。盡管目前世界上有4～5家電槽專利商，考慮到氯堿廠已引進一套日本旭化成高電流密度復極式電解槽，其運行情況良好，為管理維修方便，故本項目仍按引進日本旭化成高電流密度復極式電解槽考慮。但在進行電解槽招標時，可根據投標商的情況綜合考慮選用同級別的電解槽。堿液濃縮技術方案選擇對于離子膜燒堿的堿液濃縮大都采用的是降膜蒸發流程，對于本項目由于原隔膜燒堿的蒸發裝置，大多數設備還可以使用，因此需要對新上降膜蒸發流程和利用現有內循環強制蒸發流程進行改造兩種方案進行比較，詳見表3213：表3213降膜蒸發工藝和內循環蒸發工藝費用比較表項目降膜蒸發工藝內循環蒸發工藝設備及材料投次（萬元）1553790(新增)建筑工程費用（萬元）13210(中間罐區)設備折舊（萬元/年，設備折舊以10年計）80運行費用（萬元/年，支力電）總費用（萬元/年）考慮能耗與經常費用,以及現有降膜蒸發的良好運行狀況，對于本項目推薦采用三效逆流降膜蒸發工藝。（二）主要操作條件一次鹽水工序1）一次精鹽水規格NaCl 305177。5g/LSO42 ≤5g/LFe ≤Ca2++Mg2+ ≤1mg/LSS ≤1mg/L游離氯 0PH 9～10溫度 ≥50℃壓力 (G)電解工序1）出二次鹽水過濾器的鹽水中的固體懸浮物含量小于1ppm；3）脫氯淡鹽水規格NaCl ～200g/LSO2 ～7g/LNaClO3 ～7g/L游離氯 0PH 9～11溫度 ～80℃壓力 (G)4）32%堿液（中間產品）規格NaOH 32%（wt）NaCl 40ppm（wt）Na2CO3 400ppm（wt）Fe2O3 3ppm（wt）NaClO3 10ppm（wt）溫度 ≥80℃蒸發工序1）Ⅰ效降膜蒸發器操作壓力：,32%%左右；2）出Ⅱ%。3)Ⅲ效降膜蒸發器操作壓力:,出口堿液濃度為50%,進入Ⅲ效降膜蒸發器的加熱室的生蒸汽壓力: MpaA。4）50%堿液（產品）規格NaOH 50%（wt）NaCl （wt）Na2CO3 625ppm（wt）溫度 ≤50℃蒸汽處理工序1）電解來濕氯氣（中間產品）Cl2 ～%(vol,干基)O2 ～%(vol,干基)H2 ～%(vol,干基)H2O 飽和溫度 ～88℃壓力 2000mmH2O 2)干燥氯氣(產品)Cl2 ≥%(vol)O2 ≤%(vol)H2O ≤50ppm(vol)送出界區溫度 ～90℃送出界區壓力 2400mmH2O 氫氣處理工序1）電解來濕氫氣（中間產品）H2 ≥%(vol,干基)O2 ≤300ppm(vol,干基)CO +CO2 ≤10ppm(vol,干基)總Cl(以HCl計) ≤1ppm(vol,干基)H2O 飽和溫度 ～90℃壓力 2400mmH2O2)精制氫氣(產品)H2 ≥%(vol)O2 ≤5ppm(vol)CO +CO2 ≤10ppm(vol)H2O ≤10ppm(vol)送出界區溫度 50℃送出界區壓力 (G)(三)推薦工藝方案描述裝置工藝流程圖和總平面布置圖見附圖二、附圖三。裝置原材料規格1）原鹽NaCl ≥%（wt）CaSO4 ≤%（wt）Mg2SO4 ≤%（wt）MgCl2 ≤%（wt）SS ≤%（wt）H2O ～%（wt）裝置輔助材料規格要求1）98%硫酸H2SO4 ≥%（wt）灰份 ≤%（wt）Fe ≤%（wt）透明度