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11
2016
-
07
重庆市映天辉氯碱化工有限公司关于机械蒸汽再压缩（MVR）工艺在氯碱行业中的应用
作者：
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
近年来，随着我国经济的快速发展，也带动了氯碱化工的大发展，在2010年底烧碱突破了3000万吨，超过了世界的三分之一，给我国的资源能源带来了巨大压力。氯碱化工是高资源能源消耗产业，提高资源利用，采用节能减排技术，降低能源消耗，是提高氯碱企业核心竞争力的关键措施。重庆市映天辉氯碱化工有限公司属于氯碱化工企业的一员，如何实现全卤制碱，降低能源消耗，是当前研究的重要课题。
2 全卤制碱工艺简介及比较
2.1 离子膜法烧碱淡盐水的特征
离子膜法制碱要实现全卤制碱的核心在于淡盐水的处理，而淡盐水具备以下一些特征：
l 干净，Ca、Mg等杂质含量少，小于40ppb；
l 浓度只有180~200g/l，常压下沸点103.5℃；
l 有一定的温度，脱氯淡盐水有75℃，部分经膜法除硝混合后有60℃；
l 腐蚀性强。
2.2 全卤制碱工艺
离子膜法烧碱要实现全卤制碱，方法就是要处理淡盐水到接近饱和，而使淡盐水接近饱和有两种方式：去掉水或者加盐[1]。去掉水的方式有膜过滤、多效蒸发、机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发，加盐的方式有返回盐井、直接加固体盐。
u 膜过滤。正在研究的一种方法，还未在氯碱行业工业化。原理是此膜只允许水通过，过滤掉部分水，得到饱和的氯化钠溶液。此种方法经济可行，并且效果好，能源消耗低，但技术难题还未突破，是以后淡盐水浓缩发展的方向。
u 多效蒸发。制盐行业普遍采用的一种方法。此法需要蒸汽作为能源，消耗蒸汽来达到浓缩的目的。
u 机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发。食品、海水淡化及废水处理行业应用较多，但国内氯碱行业还未用过。原理是一个单效蒸发[4]，蒸发出来的二次汽经压缩机再次压缩，重新返回系统中。压缩的目的是实现一定程度的温升，将机械能再转化为热能，得以循环利用，能量损失小，MVR正常生产时的唯一能耗就是电，作用是克服溶液的沸点升高。
u 淡盐水返井。将地下盐井当一个大的化盐池，使淡盐水饱和，然后送往一次盐水处理。
膜过滤因技术还处于开发阶段，这里暂不考虑，这里主要对多效蒸发、机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发、淡盐水返井进行比较。
2.3 各种全卤制碱工艺的比较
针对以上各种全卤制碱工艺，从投资、运行费用、技术、节能、环保、安全等方面进行对比，对比以配套15万吨/年离子膜烧碱，用固体精制盐作为参照。
表一 各种全卤制碱工艺的比较
通过以上比较可以看出，选择何种工艺要视企业的资源能源情况而定，关键因素有盐井深度、输送距离和高差、卤水杂质含量、蒸汽与电的价格、采卤和制碱是否同一企业等。
3 资源能源背景及全卤制碱工艺的选择
3.1 资源能源背景
l 资源背景：重庆市映天辉氯碱化工有限公司位于重庆长寿经济技术开发区重化工园区，长寿双龙镇有丰富的盐卤资源，探明储量达14亿吨，长寿双龙镇离厂区有40公里，高差有100m，盐井深度有2800m左右，卤水为钙型卤水，钙镁平均含量在1.5g/l，硫酸根平均含量在1.8g/l，现在已经有两家采卤企业在生产，并且卤水管道已经铺设到了厂区。
l 能源背景：在化工园区内，公司没有配备自备电厂，并且厂区内没有多余的副产蒸汽，靠购买，价格在200元/吨。平均电价在0.6元/度。
3.2 全卤制碱工艺的选择
根据资源背景和表一的全卤制碱工艺对比可以看出，实施淡盐水返井难度大，并且不属于同一企业，此方案不可选。根据能源背景和表一的全卤制碱工艺对比可以看出，实施多效蒸发蒸发一吨水的成本是82.8元，而MVR蒸发一吨水的成本是21.6元，明显选择MVR更适合映天辉实际情况。
根据离子膜烧碱淡盐水的特征，有一定的温度，并且沸点升高只有3.5℃，浓缩到310g/l沸点升高也只有8℃，所以选用风机型MVR，简称FMVR[3]，一台风机最高能提高8℃的温升，选择两台风机进行串联。
4 MVR工艺介绍
4.1生产技术
机械蒸汽再压缩技术，简称MVR（mechanical bapor recompression），俗称热泵技术，是重新利用蒸发浓缩过程产生的二次蒸汽的冷凝潜热，从而减少蒸发浓缩过程对外界能源需求的一项先进节能技术[2]。早在上世纪60年代，德国和法国已成功的将该技术用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。MVR的工作原理是将低温位的二次蒸汽经蒸汽再压缩机压缩，以提高温度、压力和热焓，然后再进入蒸发器冷凝供热，以充分利用蒸汽的潜热。这样，原来要排放的废蒸汽就得到了充分利用，既回收了其潜热，提高了热效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR系统除开车启动外，正常运行后整个蒸发过程无需生蒸汽，其能源利用效率相当于多效蒸发的20效。
4.2技术来源
本公司通过对国际上此项技术的考察和论证，最后选择了有成功经验，工艺先进、技术可靠、运行安全、经济合理，并在盐水处理方面处于世界领先地位的瑞士EVATHERM公司技术。
瑞士EVATHERM公司成立于1982年，专长从事蒸发浓缩工程设计，在MVR技术和盐水蒸发浓缩技术方面经验丰富。经过近几年的不断革新和改进，其MVR技术已经非常成熟，在欧洲的市场占有率非常高。
4.3工艺流程简述
（1）淡盐水浓缩系统
自脱氯工序来的淡盐水一部分经膜法除硝后进入淡盐水中间槽，另一部分直接进入淡盐水中间槽，二次盐水再生的回收盐水也直接进入淡盐水中间槽，三部分淡盐水在中间槽混合后，通过泵送往预热器进行预热，并在泵出口加入少量亚硫酸钠，保证不含游离氯；与蒸汽冷凝水和浓盐水并联换热后，进入降膜蒸发器进行蒸发，为保证蒸发浓度到310g/l，再送往强制循环蒸发器进行蒸发，蒸发后的浓缩液与卤水换热后，进入过滤精盐水储槽，然后进入二次盐水进行处理。
（2）生蒸汽系统
生产装置系统开车时，使用生蒸汽将蒸发器内的淡盐水通过加热室升高温度，产生二次蒸汽，通过二次蒸汽的循环利用，系统产生的二次蒸汽达到平衡后，关闭生蒸汽阀门，停止生蒸汽的使用。当进料盐水温度过低时，需要补充一点生蒸汽。进料负荷由低负荷向高负荷调整时，根据温度变化情况而补充生蒸汽。
（3）二次蒸汽系统
在淡盐水浓缩过程中，降膜蒸发器和强制循环蒸发器内同时产生二次蒸汽，通过降膜蒸发器和强制循环蒸发器内的除膜器进行第一次除掉二次蒸汽中夹带的氯离子和其它杂质，然后二次蒸汽进入二次蒸汽洗涤器通过用洗涤泵将洗涤器内的循环洗涤水第二次洗涤二次蒸汽，产生的冷凝液通过调节阀控制好液位，排出冷凝液桶系统。洗涤后的二次蒸汽再次用加热室冷凝液进行第三次洗涤，确保进入压缩机的二次蒸汽中含盐量低于10ppm和二次汽饱和,保证蒸汽压缩机长周期安全稳定运行，合格的二次蒸汽进入第一级和第二级蒸汽压缩机进行加压升温。为了避免二次汽过热，使用加热室产生的冷凝液对压缩机和二次蒸汽管道进行喷雾降温，获得我们需要的饱和蒸汽。加压升温后的二次汽进入降膜蒸发器和强制循环蒸发器加热室，通过热量交换将热量传递给蒸发器的淡盐水，进行蒸发产生二次蒸汽，实现二次蒸汽的循环利用。
5 实施MVR工艺的优点
结合重庆市映天辉氯碱化工有限公司15万吨/年离子膜烧碱实际情况，谈谈实施MVR工艺的一些优点：
（1）显著的经济效益。采用MVR工艺对淡盐水进行浓缩，实现全卤制碱，与用固体精制盐相比，在目前的生产规模下每年可以节约成本2150万元，而且随着能源价格和精制盐价格的上涨，节约成本的量将会更大，经济效益很可观。
（2）节约能源。
目前用能情况：现有工艺是用固体盐去饱和淡盐水，而固体盐是卤水通过真空制盐工艺制得，制1吨固体盐的能源和原料消耗为（5效真空制盐）1.08吨蒸汽，54度电，4～5方卤水。加固体盐将108万立方淡盐水（配套15万吨离子膜烧碱，掺卤25%情况下）饱和需要16万吨折百固体盐，卤水制盐的耗能量为17.28万吨蒸汽，864万度电，折合标煤2.33万吨。
使用MVR后用能情况：采用MVR工艺浓缩淡盐水后，可以直接使用卤水作为制碱原料，能源消耗就只有淡盐水浓缩的消耗。108万立方淡盐水浓缩至饱和的能源消耗为1752万度电，折合标煤0.22万吨。
能源消耗对比：折合标煤相差2.1万吨，节能效果十分明显。
（3）间接扩大一次盐水规模一倍。使用MVR工艺后，浓缩后的淡盐水因质量较好，可以直接送往二次盐水，一次盐水的处理量就减小了一半，就相当于扩大一次盐水规模一倍。特别是对于新建和扩建企业，可以省下一次盐水投资几千万元。
（4）减少一次盐水精制剂过量一半。一般一次盐水过NaOH量平均为0.15g/l，过Na2CO3量平均为0.4g/l，相当于年可以减少过NaOH量108吨，过Na2CO3量288吨。
（5）减少二次盐水再生次数一半。二次盐水再生周期与盐水中杂质含量成正比，而采用MVR工艺浓缩后的淡盐水十分干净，如果一次盐水处理质量不变的话，混合后就相当于杂质含量减少了一半，那么再生周期延长一倍，再生次数减少一半。既节约了再生成本，又减少酸碱废水排放，既有经济效益，又有环保效益。
（6）产生的蒸汽冷凝水质量好，可以作为脱盐水用。MVR蒸发属于低温蒸发，并且二次汽经过洗涤，质量好，每年可以产生48万吨的脱盐水。
（7）系统产生的蒸汽冷凝水和浓盐水可以和卤水换热，充分利用所有热量。风机产生的能量少部分损失外，其余的都被蒸汽冷凝水和浓盐水带走，而这部分能量作为卤水的加热源，刚好够，这样又能减少一次盐水蒸汽的消耗。
（8）温差低，蒸发温和，对设备的腐蚀相对多效蒸发低。
（9）整个系统占地面积小，全自动控制。
（10）节能技术的应用，如果国产化成功，具有推广意义，特别是在离子膜法制碱和有卤水资源的企业，具有十分明显的意义。
6 实施MVR工艺的注意事项
l 淡盐水浓缩就相当于一个闭环系统，一些二次盐水除不掉的杂质就会富集，需要定期排往卤水储槽，进入一次盐水处理。
l 淡盐水中的游离氯必须除尽，不然会对蒸发设备造成腐蚀和对二次盐水树脂造成破坏。
l 使用蒸发浓缩技术后，系统中的水能不回收化盐的尽量不回收，比如二次盐水中回收盐水的反洗水，脱氯工序的氯水等，回收这些将增加能耗，需想办法做为它用。
7 结论
重庆市映天辉氯碱化工有限公司配套15万吨离子膜烧碱的MVR淡盐水浓缩项目将于2011年底投产，投产后年节约原料成本2150万元以上，相对于卤水制固体盐节约能源2.1万吨标煤，回收蒸汽冷凝液48万吨/年，减少过量精致剂Na2CO3288吨NaOH108吨，减少酸碱废水排放15000m3。经济和环境、社会效益十分显著。此技术在国内氯碱行业属首次使用，是一次具有示范意义的技术创新，如果说膜法除硝带来了一次盐水除硫酸根的革命，那么MVR的成功应用，也将带来氯碱行业全卤制碱的革命。
参考文献：
【1】黄泽茂，离子膜烧碱装置水平衡及卤水利用方案的选择，中国氯碱，2006（11）：15-18。
【2】李树生，吴宗生，滩田饱和卤水机械式蒸汽再压缩蒸发工艺研究，盐业与化工，第38卷第一期2009（1）：18-20。
【3】恽世昌，机械蒸汽再压缩（MVR），中国乳品工业，第21卷第2期1993.4，78-81。
【4】陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋，化工原理（上册），北京：化学工业出版社，2008.1，257-259。
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