离子膜电解装置的节水措施

马斌，申文强，欧晓梅

(新疆华泰重化工有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830019)

新疆华泰重化工有限责任公司目前烧碱生产系统有3套电解装置(4条生产线)，烧碱装置总生产能力为50万t/a，其中1#电解装置采用日本氯工程电解槽，其生产能力为10万t/a；2#电解装置和3#电解装置的A线、B线均采用北化机电解槽，其生产能力分别为10万t/a、15万t/a、15万t/a。

1 离子膜电解装置纯水用量分析与测算

在正常运行过程中，离子膜电解装置纯水使用点如表1所示。纯水用量计算如下。

(1)每天三氯化铁溶液配制用水量X1。正常生产情况下，一次盐水工序氯化铁溶液配制使用纯水的用量很小，可忽略不计，X1=0。

(2)每天亚硫酸钠溶液配制用水量X2。正常生产情况下，一次盐水工序每天配制亚硫酸钠溶液10次，平均每次使用纯水10 m3，则X2=10×10=100(m3/d)。

(3)每天凯膜过滤装置用水量X3。正常生产情况下，一次盐水工序每天酸洗4台凯膜过滤器，每次酸洗用水量0.4 m3/h,每台酸洗时间为10 min，4台为40 min(2/3 h)，则X3=0.4×2/3≈0.3(m3/d)。

(4)每天膜法除硝配酸用水量X4。正常生产情况下，膜法除硝配酸使用纯水量为3 m3/h，则X4=3×24=72(m3/d)。

(5)每天机泵机封水X5。正常生产情况下，一次盐水工序3套装置机封水使用纯水量为14.4 m3/h，则X5=14.4×24=345.6(m3/d)。

(6)每天树脂塔再生用纯水量X6。正常生产情况下，5台树脂塔再生用纯水分别如表2～表5所示。

表2 1#电解装置树脂塔再生纯水使用情况

表3 2#电解装置树脂塔再生纯水使用情况

表4 3#电解装置A线、B线树脂塔再生纯水使用情况

表5 3#电解装置新增树脂塔再生纯水使用情况

离子膜电解装置5台树脂塔再生用纯水按每24 h再生1次进行核算，则5套树脂塔再生用纯水量X6=87.1+107.6+145.02+145.02+107.6=592.34(m3/d)。

(7)每天电解槽阴极加水量X7。根据流量计显示，4条生产线的电解槽阴极加水量分别为12.3、13.8、16.2、16.2 m3/h，则X7=(12.3+13.8+16.2+16.2)×24=1 692(m3/d)。

(8)每年电解槽洗槽用水量X8。电解装置在停槽时按照电解槽阴阳极容积计算，每套装置电解槽所需的阴阳极洗槽用纯水量如下。

1#电解装置6台电解槽洗槽纯水用量为：

(6.1+6.4)×6=75(m3)。

2#电解装置6台电解槽洗槽纯水用量为：

(13.97+9.83)×6=142.8(m3)。

3#电解装置A线和B线共16台电解槽洗槽纯水用量为：

(14.724+10.344)×16=401.088(m3)。

4套装置电解槽开停车洗槽纯水总用量X8=75+142.8+401.088=618.888(m3/a)(按照每年4套装置全部开停车1次计算)。

(9)氢气泵补水用量X9。电解装置氢气泵补水仅在装置原始开车时进行，正常运行情况下，氢气泵补水可忽略不计，故X9=0。

(10)每天离子膜电解装置机泵机封水用量X10。正常生产情况下，3套离子膜电解装置机封水使用纯水量分别为2.4 m3/h、2.8 m3/h和17.5 m3/h，则X10=(2.4+2.8+17.5)×24=544.8(m3/d)。

(11)每天电解槽加酸配水量X11。正常生产情况下，根据统计数据可知，3套电解装置每天加酸配水用量分别为24、35、97 m3，则X11=24+35+97=156(m3/d)。

(12)每天盐酸工序纯水总用量X12。根据进户流量计显示统计，除机泵机封水，盐酸工序纯水用量总计X12=55×24=1 320(m3/d)。

(13)每天盐酸工序机泵机封水X13。正常生产情况下，3套盐酸装置机封水使用纯水量为18.6 m3/h，则X13=18.6×24=446.4(m3/d)。

2 电解装置纯水管网工艺优化

2.1 烧碱蒸发二次蒸汽冷凝水的回用

烧碱车间在对离子膜电解装置输送的31.50%～33.00%的碱液进行浓缩时会产生大量二次蒸汽冷凝水，二次蒸汽冷凝水含杂质量较少，可以替代高纯水使用。烧碱蒸发每年约产生二次蒸汽冷凝水890 000 m3，每天2 439 m3。通过对蒸发系统二次蒸汽冷凝水的水质进行监测与分析，将合格的冷凝水与纯水混合后，供给离子膜电解工序，大大降低了高纯水的消耗。工艺改造流程如图1所示。

图1 烧碱蒸发二次蒸汽冷凝液回用流程图

2.2 热电系统纯水并网工艺优化

电解界区使用的纯水是烧碱蒸发系统二次蒸汽冷凝水和氯乙烯纯水站纯水，由于氯乙烯纯水站负荷较高，树脂床失效频繁。为降低氯乙烯纯水站的负荷，减少纯水站树脂床再生产生的废水，并充分利用热电系统多余纯水，将热电系统多余纯水并入界区纯水管网，将氯乙烯纯水站纯水作为系统备用水，从而实现纯水系统节能降耗的目的。工艺改造流程如图2所示。

图2 热电系统纯水供给流程图

2.3 机封水工艺改造

对工艺进行改造，将使用后的机封水进行有效回收，再将回收的机封水用板式换热器进行降温处理，通过机封水循环泵将机封水送至各个机泵，实现机封水零排放，降低纯水消耗。工艺改造流程如图3所示。

图3 机封水循环利用流程图

2.4 亚硫酸钠配制工艺改造

原一次盐水工序采用纯水将亚硫酸钠配制成质量分数3%的助剂溶液供离子膜界区使用。为了节约纯水，现改进工艺是：将膜法除硝后的贫硝淡盐水进行收集，用于配制亚硫酸钠助剂溶液。工艺改造流程如图4所示。

图4 亚硫酸钠溶液配制工艺流程图

3 改造效果分析

1年按330天计，节约用纯水量计算如下。

(1)一次盐水工序凯膜过滤器用水、膜法除硝配酸用水均使用热电系统的纯水，节约氯乙烯纯水站自产纯水量为：

(0.3+72)×330=23 859(m3/a)。

(2)一次盐水工序亚硫酸钠集中配制改用贫硝淡盐水后，节约纯水量：

100×330=33 000(m3/a)。

(3)离子膜电解工序5台树脂塔再生用水、电解槽阴极加水、电解槽加酸配水、电解槽洗槽用水(全年按照装置开停车1次统计)均使用烧碱蒸发工序二次蒸汽冷凝水，则节约氯乙烯纯水站自产纯水量：

(592.44+1 692+156)×330+618.888≈

805 964(m3/a)。

(4)盐酸工序用水均使用热电系统的纯水，可节约氯乙烯纯水站自产纯水量：

1 320×330=435 600(m3/a)。

(6)电解装置机封水全部循环使用，节约纯水量：

(446.4+544.8+345.6)×330=

441 144(m3/a)。

计算可得，以上节约纯水合计1 739 567 m3/a。水价按7.18元/m3计，全年节水费用1 249万元。从以上数据可以看出，水资源的回收利用和合理利用能很大程度节约运行成本，达到节能、降耗、减排的效果。

4 结语

纯水工艺的优化与改造，不仅合理利用了水资源，还减少了废水的产生，在清洁生产、节能降耗、环境保护方面起到积极作用。