离子膜粒碱装置工艺水及废碱的回收工艺改造

张 玉，吉建红

（新疆天业（集团）天辰化工有限公司，新疆 石河子832000）

天辰化工有限公司隶属于新疆天业集团，主要生产聚氯乙烯和烧碱。在天辰化工厂区内建有集中污水处理系统，各工段分别进行各类工艺水的内部消化，不能消化的部分再进入集中污水处理系统。固碱工段引进瑞士Bertram 公司整套粒碱生产装置，对于固碱生产过程中产生的副产物工艺水及废碱等均采取向其他工段输送及回收处理的方式。

碱分厂回收装置分散穿插于固碱生产装置之中，属于固碱生产的配套工艺水及废碱回收处理系统，日均回收生蒸汽冷凝水1 200 t，回收蒸发冷凝水1 800 t，回收废碱3 t（折百），回收含碱水500 t；根据工艺水及废碱含碱量分为熔融碱稀释单元、冷凝水处理单元、含碱废水及冲洗水处理单元和废碱处理单元。主要建设内容包括生蒸汽冷凝水罐、蒸发冷凝水罐、冷凝水泵、冷凝水换热器、稀释碱罐、稀释碱泵、稀释碱换热器、冲洗碱罐、冲洗碱泵、旋转喷射器、冲洗碱换热器、溶解碱罐、除尘罐、除尘风机、化碱池、沉降池、清液池、发碱泵、搅拌器、质量在线监测仪等设备以及稀释DCS 自动控制系统及相应仪表、电气等。

1 工艺概况

根据烧碱生产工艺流程可知，在碱液蒸发、浓缩过程中会产生大量的工艺水以及废碱，工艺水及废碱分类见表1。

烧碱生产装置的水处理系统采用的是分类收集，集中处理的方式。回收装置工艺流程示意图见图1。

（1）生蒸汽冷凝水。由二效降膜蒸发器及升膜浓缩器的热源和碱液间接换热后冷凝而成，利用自身压力通过管廊自流入公用工程工段原水池作为补水使用。

图1 回收装置工艺流程示意图

表1 工艺水及废碱分类

（2）蒸发冷凝水。来自一效降膜蒸发器及升膜蒸发器的含碱蒸汽通过表面冷凝器冷凝，集中进入蒸发冷凝水罐，部分通过冷凝水泵送至化盐工序，剩下的一部分作为设备、管线的冲洗水水源，一部分经过板式换热器冷却后作为碱泵的机封水，一部分作为配糖用水、增湿用水及现场清洗地面用水等。

（3）含碱水。含碱水由于来源较多，回收也有所不同。a.蒸发、浓缩设备、管线的吹扫水、碱系统停车时设备、管线积碱、片碱系统开停车时设备、管线的冲洗水进入系统原有的稀释单元，此单元由稀释碱罐、碱泵、冷却器、质量在线检测仪、供水自控阀、出碱调节阀共同组成，由DCS 远程控制，根据进入单元的碱液浓度，进行自动补水，溶解后的碱液通过碱泵首先自循环至浓度为30%，温度为50 ℃左右，再由碱泵打至溶解碱罐供厂区内部使用；b.碱系统开停车时设备、管线的冲洗水、片、粒碱除尘系统的清洗水、片、粒碱包装现场的冲洗水直接进入现场地沟，通过地沟进入废水池，在废水池通过废水泵循环后送至碳酸钠工段作为生产碳酸钠的原料碱水；c.粒碱系统开停车时设备、管线的冲洗水主要为粒碱设备：造粒塔的冲洗水，粒碱在生产过程中，造粒塔内表面会聚集较厚的碱壳， 在清洗粒碱造粒塔时，将造粒塔出口管旋转至粒碱冲洗水罐，将旋转喷射器由造粒塔进口放入，再由冲洗碱泵将冲洗水罐的冲洗水送至造粒塔再通过旋转喷射器进行造粒塔内壁的冲洗，再通过板式换热器冷却，如此循环，待造粒塔清洗完毕后，由冲洗水泵将冲洗水打至事先安排好的碱车后送入其他工段使用。

（4）废碱回收主要由化碱系统和稀释系统完成。化碱系统主要由化碱池、沉降池、清液池、化碱泵、搅拌器组成，片碱开、停车时产生的废碱通过片碱机倾槽进入事先放好的溢流桶内，再由叉车送至化碱池，向溢流桶内通入蒸汽，以蒸汽溶解废碱，溶解之后进入化碱池通过搅拌之后溢流入沉降池，最后进入清液池通过碱泵装车送至其他工段使用；片、粒碱开停车时的废碱及不合格碱， 由叉车送至现场吊装口，经行车送至二楼溶解系统进碱口，最后由操作人员加入稀释系统进行再稀释。

2 运行存在问题

天辰化工碱分厂的工艺废水及废碱回收系统主要回收碱系统在生产片、粒碱过程中产出的工艺水及废碱，使得整套烧碱装置能够达到节能减排、循环利用的目的，运行中存在如下问题。

（1）废碱不能及时消化。自2008 年9 月粒碱系统开车开始，碱系统配套的回收系统也开始投入运行，由于粒碱生产装置为当时世界单套产能最大的烧碱装置，其中粒碱系统造粒塔、粒碱全自动包装机都是初次设计、使用，因此存在粒碱系统频繁开、停车及系统切换， 在每次切换时就会有大量的废碱、冲洗水产生。

（2）蒸汽冷凝水不符合相关工段的工艺参数要求。蒸汽冷凝水通过DN100 的碳钢管进入公用工程原水池，由于冷凝水压力、温度过高，使得原水池内水温升高明显，严重影响原水池后续流程的进行，只能暂停蒸汽冷凝水进入原水池，同蒸发冷凝水一起送去化盐工序。

（3）蒸发冷凝水二次排放。蒸发冷凝水在输送去盐水化盐时，盐水由于离子膜工段返回淡盐水、反冲洗水及机封水回收，对于回收装置的蒸发冷凝水需求量相对不高，所以富余的冷凝水直接通过盐水地沟送去集中污水处理工段。

（4）冲洗水回收困难。回收装置中的片碱部分冲洗水统一通过地沟进入废水池，在废水池内自循环后通过检测碱含量后通过废水泵送至碳酸钠工段；在片碱生产装置运行异常时，往往有大量的冲洗水产生，且出现冲洗水浓度不合格，废水池已满的情况，需要及时将废碱水打出，造成碱含量不稳定的情况，随着此系统的运行，在2012 年出现管线堵塞的情况，主要为碳酸钠堵塞，无法输送，直接通过地沟送至污水处理工段处理。

（5）机封水进入地沟。碱分厂碱泵机封水采用蒸发冷凝水供应，真空泵机封水由一次水供应，之后均进入地沟直接进入废水池，加大了废水池的处理压力，在废水池去碳酸钠管线堵塞后，此部分水也直接通过地沟送至污水处理工段进行处理。

回收装置在运行期间，由于各个单元之间相互独立，各单元工艺流程存在缺陷、对于相关工段的消化能力估计不足，使得回收装置运行效果不佳。

3 回收系统的工艺改造思路分析

（1）通过对蒸汽冷凝水进行降温、降压处理使之达到原水池的温度及压力要求，进入原水池作为补水。蒸汽冷凝水由来自天辰电厂的蒸汽通过换热冷凝而成，全程没有直接接触物料，冷凝水的工艺指标接近纯水指标，但是由于冷凝水高温高压（140 ℃，0.8 MPa），对公用工程原水池在温度和压力上造成了影响，因此，根据原水池补水水质要求，考虑到蒸汽冷凝水属于高压、过热水，需要对蒸汽冷凝水进行泄压及降温处理后再进入原水池，即考虑新增闪蒸塔、缓冲罐、换热器、动力泵；新疆冬季寒冷，厂房内均供有暖气，在冬季可增加冷凝水与暖气机组换热流程，使蒸汽冷凝水先同碱分厂自备采暖机组进行换热后再进入闪蒸塔进行后续处理，以充分利用余热。

（2）改变片碱开停车废碱回收方式，取消溢流桶及化碱池， 同时增加粒碱包装机冲洗水回收装置，借助稀释系统，使开停车废碱及冲洗水直接进入稀释单元，进行封闭稀释溶解；其次，改变粒碱造粒塔冲洗废碱及废碱水的去向， 使之进入稀释系统， 生产过程中产生的不合格废碱进入稀释系统进行稀释；对于含碱废水，根据现场调研，增加粒碱包装机、片碱包装机冲洗水回收槽、缓冲池、搅拌器、动力泵，废水池罐等，借助稀释系统，使开停车废碱及冲洗水直接进入稀释单元， 进行封闭稀释溶解；取消化碱池，新增碱栈台溶解碱罐通过碱泵去碳酸钠的管线。 充分利用现有稀释单元的先进控制系统实现全封闭回收废碱及含碱水，杜绝安全隐患。

（3）改进收集系统，取消废水池去碳酸钠管线，变更碳酸钠再生碱液输送途径，整合现场含碱水及化碱单元，提高自动控制程度，实行全封闭运行。

（4）根据蒸发冷凝水各项指标，考虑作为循环水池的补水。循环水工段的补水量较大，是化工厂的一次水用水大户，以全年平均值计算，循环水工段补水量为296 m3/h。循环水池与蒸发冷凝水指标对比见表2。

表2 循环水池与蒸发冷凝水指标对比

从表2 分析得知，蒸发冷凝水中各项指标除总铁含量有微小的超标外，其他各指标均在范围内，考虑到循环水工段补水量为蒸发冷凝水送水量四倍之多，这个超标可以完全补偿，故蒸发冷凝水作为循环水的补水是合格的，通过公用工程管廊在输送至盐水工段时取分支输送至循环水池，盐水工段加装调节阀，根据实际用量调节，剩余的蒸发冷凝水再进入循环水池，循环水池的补水也由调节阀控制，可自动根据液位调节补水量。

4 改造后的效果

回收装置改造后工艺流程框图见图2。

（1）蒸汽冷凝水单元。对蒸汽冷凝水进行处理后，改变蒸汽冷凝水的去向，不再变相的成为盐水工段的废水，实现了蒸汽冷凝水的回收，减轻了污水处理工段的压力；同时，此部分水各项指标都接近纯水指标，实现了降低成本、循环利用的目的。

（2）蒸发冷凝水单元。在碱分厂内部，在利用蒸发冷凝水作为碱泵机封水后，对流进地沟的机封水新建机封水回收小单元，确保机封水不会因长时间循环导致含碱量升高而腐蚀机封；在对外输送上，根据蒸发冷凝水的工艺指标，寻求相关工段（循环水池）的有效利用。

（3）废碱及含碱水回收。利用现有回收装置中集中控制度较高的稀释系统，以此进行各个部分的废碱、含碱废水的回收，同时在各部分之间形成有效联合，大大提高了回收率，针对相关工段的用碱情况，更是通过改变供应再生碱液的方式，化被动为主动，提高了工作效率，降低了工作强度。

图2 回收装置改造后工艺流程框图

（4）生产异常时，所有工艺水存在指标不符情况下，根据实际设置事故管线，确保使用工艺水的安全，避免影响相关工艺流程的正常运行。

5 结语

经过一年多的跟踪，该回收装置运行平稳。通过项目的成功运行，实现了工艺水的有效利用，杜绝了二次排放；有效减轻了污水处理工段的处理压力；同时，由于回收装置所输送的工艺水基本为蒸发之后的冷凝水，具有杂质少、综合指标良好等特点，为相关用水工段使用提供了方便，减少了设备、管线的故障率，相应的也就延长了设备、管线等的使用寿命；拓展了在化工生产中对于工艺水回收的思路，对于新疆天业集团所属120 万t/a 聚氯乙烯配套100 万t/a 离子膜烧碱联合项目的过程循环起到了良好的示范作用。工艺水的有效利用，大大减少了一次水的使用量，为发展循环经济、实现企业可持续发展提供了有力的保证。