膜法脫硝工藝在離子膜燒堿生產中的應用

彭祥燕，張中華，王興華，鄒先軍

（中鹽湖南株洲化工集團有限公司，湖南 株洲412004）

1 淡鹽水脫硝技術簡介

目前， 國內的淡鹽水脫硝成熟技術主要有氯化鋇法和納濾膜法。氯化鋇法脫硝是投加二水氯化鋇，將硫酸根以硫酸鋇的形式除去， 其優點是設備投資少、流程短、缺點是運行費用高、氯化鋇有劇毒、廢渣產生二次污染。 納濾膜法是利用在高壓下納濾膜的“Donnan”效應，在高濃度氯化鈉鹽水中（NaCl 含量約為200 g/L）， 納濾膜對二價硫酸根離子有高效的截留作用[2]，將硫酸根濃縮富集后進入冷凍，硫酸根以十水芒硝形式除去并可作為副產品出售， 其優點是避免使用有毒的氯化鋇，沒有硫酸鋇鹽泥排放，運行費用低于氯化鋇法，缺點是投資較高，流程較長。

中鹽株化現有18 萬t/a 離子膜燒堿生產裝置，始建于2004 年，原脫硝方式采用氯化鋇法，經過多年的運行，其高額的年運行費用（最高達650 萬元）、氯化鋇毒性、 堆積的鹽泥已嚴重影響生產裝置的經濟運行， 尤其是日益提升的環保要求形成了較大的壓力。為此，該公司采用納濾膜法脫硝工藝替代氯化鋇法脫硝工藝。

2 改造設計依據

2.1 項目改造設計基礎數據

脫氯淡鹽水指標見表1。

表1 脫氯淡鹽水指標

2.2 項目改造設計裝置能力

裝置能力指標見表2。

3 工藝流程方案

3.1 預處理單元

為保證膜在安全工況下運行， 由ORP 計和pH計在線檢測控制進膜裝置的淡鹽水指標， 當這2 個指標中有1 個超標，膜分離膜塊連鎖自動停車。

表2 裝置能力指標表

3.2 膜濃縮單元

在模塊內，鹽水被分離為滲透液和濃縮液。 滲透液從每一級過濾組件中流出與結晶上清液和離心母液一同至滲透液貯槽， 通過計量后， 返回鹽水系統。 淡鹽水中的硫酸鈉經過串聯的過濾組件逐級濃縮后，濃度不斷增加，達到設計濃縮倍數后送出膜分離器模塊至冷凍脫硝工序。

3.3 冷凍脫硝單元

在濃硝鹽水中加入氫氧化鈉，調節為堿性，并降溫至工藝要求溫度，進入結晶器結晶，用泵送入離心機分離出固體十水芒硝。 增稠器清液和離心母液均回到結晶器內循環使用。

3.4 膜清洗及膜活性恢復單元

包括膜芯在線清洗及活性恢復系統， 以提供膜芯在特殊情況下被污染堵塞或氧化失效時的清洗或活性恢復， 使得膜芯對硫酸根的分離效率及滲透量均恢復到正常工作狀態。

項目改造設計方塊流程示意圖見圖1。

圖1 項目方塊流程圖

4 主要設備

主要設備見表3。

5 運行效果

（1）保障鹽水質量。SO2-4含量均低于5 g/L，基本穩定在3～4 g/L，有效地保證了燒堿的正常生產。

（2）穩定性好。 由于自動化程度高，避免了原鋇法脫硝在添加藥劑時的人為操作變化因素， 脫硝系統可穩定達到工藝要求。 運行一個月未出現鹽水質量異常。

表3 主要設備表

表5 18 萬t/a燒堿脫硝經濟效益分析對比

（3）降低勞動強度。 由于自動化程度高，只需要一二個人值守， 較原鋇法脫硝需四五人進行崗位操作，在勞動強度上大大降低。

（4）電耗有所增加。由于電力設備數量較原鋇法脫硝有所增加，因而，動力電消耗有所增加，約增加耗電230 萬kW·h/a。

6 效益分析

分析對比情況見表5。

原鋇法除硝每年產生鋇泥三千四百多噸只能外運堆放，其原料藥劑氯化鋇為劇毒物品。采用膜法脫硝，每年產生芒硝4 720 t，可全部作為產品出售，無新的污染產生。

7 結語

膜法脫硝工藝較鋇法脫硝工藝， 脫硝效果好、穩定性高、勞動強度大大降低、運行費用大幅降低、減排效果明顯，是離子膜燒堿生產中脫工藝的最佳選擇。

［1］邢家悟.離子膜法制燒堿操作問答.北京：化學工業出版社，2009.

［2］付軍鳳.納濾膜法除硫酸根技術進展.氯堿工業，2009（1），7～10.