MVR蒸發技術在氯堿行業應用現狀及展望

張佳興，董文虎，孫玉堂，孫廣軍，孫 穎

（營創三征（營口）精細化工有限公司，遼寧 營口 115003）

MVR蒸發技術在氯堿行業應用現狀及展望

張佳興，董文虎，孫玉堂，孫廣軍，孫 穎

（營創三征（營口）精細化工有限公司，遼寧 營口 115003）

根據MVR蒸發技術在氯堿行業的應用實例，闡述了MVR蒸發技術的特點和優勢，分析了該技術在國內推廣遭遇的困境。針對造成困難的癥結，結合國內傳統蒸發設計經驗和裝備制造能力水平的評價，理性地提出解決方案。

MVR蒸發；傳統蒸發；全鹵制堿；回收淡鹽水制堿；蒸汽壓縮機

1 MVR技術與全鹵制堿

中國現有大型氯堿企業許多都是依托鹽礦建設的，這些工廠為了降低成本，利用自有鹽礦資源，希望實現全鹵制堿。而全鹵制堿，必須面對的問題就是出槽淡鹽水的重飽和。在距離鹽井較近的氯堿工廠，一般采用出槽淡鹽水返井重飽和工藝。對于距鹵水井較遠的氯堿工廠或者為了避免因淡鹽水返井污染鹽礦的情況下，無法實現全鹵制堿，采用MVR蒸發技術將淡鹽水濃縮至飽和，實現全鹵制堿，成為新的選擇。2011年，重慶映天輝首家在國內采用該技術實現全鹵制堿。

當然，采用傳統蒸發濃縮淡鹽水工藝，技術上固然可行，但蒸發成本高于可接受程度。所以在MVR蒸發技術用于全鹵制堿之前，還沒有氯堿工廠采用傳統蒸發淡鹽水全鹵制堿的先例，另外，膜法淡鹽水濃縮技術，到目前為止還達不到工業化應用的條件。

2 MVR技術與含鹽廢水回收利用

目前，多數工廠對含鹽廢水的處理，采用傳統的蒸發工藝，副產固體鹽。由于這種處理方式能耗太高，導致多數下游氯產品的廢水處理成本難以承受(除非該氯產品附加值極高)。

隨著環保廢水排放標準的提高和環境執法力度的加強，有遠見的氯堿企業，開始嘗試將有機含鹽廢水，通過凈化處理，回收利用到氯堿生產，替代原料鹽。這種對氯堿下游產品副產含鹽廢水回收到氯堿生產循環再利用的模式，將成為氯堿行業未來發展的方向。

有機含鹽廢水中，氯化鈉含量一般在5%～20%之間，因此，含鹽廢水回收利用，往往會因水量過大，而限制了回用量。采用MVR淡鹽水濃縮技術，是低成本實現大量含鹽廢水回用的有效途徑。

3 MVR蒸發技術簡介

蒸汽機械再壓縮技術(簡稱MVR)，是重新利用蒸發濃縮過程中產生的二次蒸汽的冷凝潛熱，從而減少蒸發濃縮過程對外界能源需求的一項先進節能技術。20世紀60年代，德國、法國成功將該技術用于化工液堿蒸發、食品、造紙、醫藥、海水淡化及污水處理等領域。MVR工作原理是將低溫位的二次蒸汽，經蒸汽再壓縮機壓縮，提高溫度、壓力和熱焓，再進入蒸發器冷凝供熱，以充分利用蒸汽的潛熱。這樣，原來要排放的廢蒸汽得到充分利用，既回收其潛熱，提高熱效率，又可回收了蒸汽冷凝液。MVR系統除開車啟動外，正常運行后，整個蒸發過程無需生蒸汽，能源利用效率相當于多效蒸發的20效[1]。

MVR技術將蒸發器與蒸汽泵相結合，以消耗部分高質能(熱能、機械能、電能等)為代價，通過熱力循環壓縮過程，把從蒸發器出來的二次低溫位蒸汽轉變為高溫位蒸汽，再送到蒸發器的加熱室用作加熱蒸汽，使料液維持沸騰狀態，而加熱蒸汽本身則冷凝成水。這樣在處理濃縮淡鹽水時，蒸發淡鹽水所需的熱能由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時釋放的熱能提供。在運作過程中，幾乎可以忽略潛熱的流失。運作過程中，消耗僅是驅動蒸發器內廢水、蒸汽和冷凝水循環、流動的水泵、蒸汽泵及控制系統所消耗的電能。據計算，濃縮1t淡鹽水電耗僅36kW·h。MVR蒸發工藝簡圖見圖1。

圖1 MVR蒸發工藝簡圖

4 MVR蒸發技術在氯堿行業的應用實例

4.1 利用MVR蒸發技術全鹵制堿

他在1961年提出了自己的想法，后來將它們匯編成一系列報告。還有另外一位英國科學家差不多在同一時間得出了類似的結論，他稱之為“分組交換”技術。數年之后，美國國防部高級研究計劃署將他們的想法付諸行動，建立了一個早期網絡，并稱之為阿帕網（ARPANET）。阿帕網后來逐漸演變成為我們今天的互聯網，它是互聯網的前身。它的基本架構仍然依賴于可為信息包找到最快路由的分布式網絡思想。

自重慶映天輝采用MVR蒸發技術后，中國氯堿行業已先后有6家以上的氯堿企業采用該技術實現全鹵制堿。映天輝為代表的MVR技術全鹵制堿工藝技術特點如下。

(1)淡鹽水濃縮(物料)系統

自脫氯工序來的淡鹽水，部分經膜法除硝后進入淡鹽水中間槽，另一部分直接進入淡鹽水中間槽，通過泵送往預熱器進行預熱，與蒸汽冷凝水、蒸汽冷凝水和濃鹽水并聯換熱后，進入降膜蒸發器提濃到250～280 g/L，出降膜蒸發器再送往強制循環蒸發器進行進一步蒸發，出料濃鹽水濃度控制在310～315 g/L，再進入一次精鹽水貯槽，由鹽水泵直接打入樹脂塔，進行二次鹽水精制。

(2)二次蒸汽系統

在淡鹽水濃縮過程中，降膜蒸發器和強制循環蒸發器內同時產生二次蒸汽，通過降膜蒸發器和強制循環蒸發器內的除沫器進行第一次除沫，除掉二次蒸汽中夾帶的部分氯離子和其他雜質。二次蒸汽進入二次蒸汽洗滌器，通過洗滌泵用洗滌器內的循環洗滌水，第二次洗滌二次蒸汽，產生的冷凝液通過調節閥調節液位，排出系統。洗滌后的二次蒸汽再次用加熱室冷凝液，進行第三次洗滌，確保進入壓縮機的二次蒸汽中含鹽量低于10×10-6，保證蒸汽壓縮機長期安全穩定運行。合格的二次蒸汽進入第一和第二級蒸汽壓縮機進行加壓升溫。為了避免二次蒸汽過熱，使用加熱室產生的冷凝液，對壓縮機和二次蒸汽管道進行噴霧降溫，獲得需要的飽和蒸汽。加壓和升溫后的二次蒸汽，進入降膜蒸發器和強制循環蒸發器加熱室，通過熱量交換，將熱量傳遞給蒸發器內的淡鹽水進行蒸發，產生二次蒸汽，實現二次蒸汽的循環利用。

系統出來的冷凝水，含鹽控制＜20 mg/L，電導率＜40 μs/cm，符合一般脫鹽水質量，可用于樹脂塔再生或鍋爐給水等。如果想用于樹脂塔再生和電解槽陰極室補水，只需要經過一道裝有陰、陽的離子交換樹脂塔，進一步吸附微量的鹽，使電導率降至＜2 μs/cm，就能滿足氯堿生產對純水的質量要求。

該工藝裝置工藝流程示意圖見圖2。

4.2 MVR淡鹽水濃縮回收淡鹽水制堿工藝

如果氯堿企業除了電解槽出來的淡鹽水之外，還有其他生產氯產品副產淡鹽水，擬通過凈化處理，做為回收淡鹽水用于氯堿電解原料，這就意味著有更多的水分需要從系統中分離出來。這種情況下，采用MVR技術，只蒸發出槽淡鹽水，除掉系統多余的水份的方案，比2種淡鹽水混合同時蒸發更經濟。營創三征生產主導氯產品過程，副產大量有機含鹽廢水，通過自主開發凈化處理工藝技術，在全行業首家采用MVR技術，實現這種含鹽廢水回收，用于氯堿生產工藝。

圖2 MVR淡鹽水濃縮全鹵制堿工藝

(1)MVR淡鹽水濃縮回收鹽水制堿工藝

MVR淡鹽水濃縮回收鹽水制堿工藝與MVR淡鹽水濃縮全鹵制堿工藝唯一不同的是全鹵制堿工藝只出濃鹽水(310 g/L)，而回收淡鹽水制堿工藝中蒸發器出料不僅要出濃鹽水，還要出一部分固體鹽，用于飽和回收淡鹽水的需要，即總的除水量Q＝(出槽淡鹽水量+回收淡鹽水量)-重飽和后鹽水量，見圖3。

圖3 MVR出槽淡鹽水濃縮回收淡鹽水制堿工藝

對于出槽淡鹽水和回收淡鹽水2種鹽水，如果選擇只蒸發出槽淡鹽水工藝優點在于：

a.從能量利用方面，出槽淡鹽水自身具有更高的溫度(60～75℃)。

b.出槽淡鹽水，純度更高，蒸發出濃鹽水，不需再經過一次鹽水精制，就可直接進樹脂塔，如果2種淡鹽水混和后再蒸發，出槽淡鹽水將被污染后蒸發出來的濃鹽水就必須返回一次鹽水重新精制處理，這勢必增加一次鹽水工序負擔和精制成本。

(2)MVR蒸發比傳統蒸發技術的運行成本優勢

MVR蒸發技術裝置全部運行只耗電，不耗蒸汽，蒸發1t水總耗電36kW·h，如果電價按0.55元/kW·h計，采用MVR蒸發工藝，蒸發1 t水成本19.8元；而傳統三效蒸發工藝，蒸發1 t水耗蒸汽0.4 t，耗電18 kW·h，如果蒸汽價格按180元/t計，采用傳統蒸發工藝，蒸發1 t水成本為81.9元，由此可見，傳統蒸發運行成本是MVR蒸發的4倍多。

(3)MVR蒸發技術可實現的附加功能

采用MVR淡鹽水濃縮工藝，蒸發系統出料方式，可以設計成既可以濃縮鹽水出料，也可以具有鹽漿出料功能。增加濃漿出料功能的蒸發系統，能從進料淡鹽水中分離出更多的水分 (出料達到過飽和)。此外，通過鹽漿出料還可以利用特殊功能是在出鹽漿操作條件下，能分離出鹽水中富集的某些雜質，其原理是在濃效蒸發器不斷有鹽析出時，濃縮液中的I-1、Na2SO4、NaClO3、TOC將被富集，這時候，排出濃縮液就可以帶出大量的有害雜質。使系統雜質總量降下來。具體應用是，當氯堿裝置運行，鹽水系統某種雜質超過標準限值，比如，用了高碘的鹽，使鹽水系統含碘居高不下，可以在強制循環蒸發器暫停濃縮鹽水出料，而開始出鹽漿操作，隨著蒸發的持續進行，蒸發器內的雜質將被不斷濃縮，當濃縮倍數達到預期值時，通過排污管排除系統。這樣可以通過排出少量的鹽水，除去大量某種雜質的目的。利用濃縮排污方式除雜質的方法，濃縮倍數越高越省鹽，但一般建議濃縮倍數控制在5～8倍，過高濃縮倍數可能引起蒸發器內氯酸鹽高，對系統腐蝕加劇，以及影響二次蒸汽質量，損傷蒸汽壓縮機等風險。

4.3 MVR技術的成熟性分析和前景預測

MVR技術上世紀60年代德國率先應用，八十年代在歐洲走向成熟并被廣泛應用，隨著國人節能和競爭意識的不斷增強，近年來，該技術在國內備受有蒸發需要的各行業的關注。

廣州新普利通過與瑞士一家掌握蒸發技術的專業公司合作，引進MVR蒸發工藝全套技術，2011年在重慶映天輝建設第一套MVR淡鹽水濃縮裝置，取得了成功。運行實際表明，各項指標達到預期目標，隨后，新普利又在氯堿行業完成營創三征、金橋益海、四川永祥等7套裝置的建設。

與傳統蒸發技術相比，MVR技術有著明顯的節能優勢及廣泛的應用前景。走出國內MVR推廣應用困境的根本出路，就是要有傳統蒸發經驗的設計院，結合原有自身的蒸發技術優勢，通過研究消化MVR技術與國內有實力的風機企業合作(由設計院根據不同工況，完成對壓縮機選型或按工況提出風機使用條件，要求風機廠家量身定做)，有設計院對全套系統技術負責。對于有傳統蒸發設計經驗的專業設計院來說，對比傳統蒸發工藝技術而言，MVR蒸發，由于蒸汽壓縮機引用，使工藝變得更簡單了。對于核心設備蒸汽壓縮機而言，近年來，國內裝備水平的取得快速發，風機設計和制造能力已經達到，為MVR技術提供各種形式滿足要求的配套蒸汽壓縮機。

營創三征建設的MVR淡鹽水蒸發裝置，2014年初投入運行，經過運行考核各項指標達到和優于設計預期。到2015年8月，二級蒸汽壓縮機振動突然增大接近聯鎖停車值4.5 mm/s，停車對壓縮機解體檢查，發現葉輪多出開裂嚴重變形，該公司專業人員分析認為，葉輪制造存在質量缺陷造成的損壞，但壓縮機制造單位瑞典Flackwoods公司專家認為是操作過程系統喘震等一系列可能的原因，并且壓縮機1年的質量保證期已過，外方不承擔任何責任，建議更換新葉輪，從瑞典Flackwoods原廠進口報價90萬元，且供貨周期6個月以上。

與國內多家風機廠交流后最終選擇由陜西鼓風機有限公司制造，價格50萬元，供貨周期2個月。新葉輪安裝調試投運后，各項指標均達到原設計水平，其中，重要考核指標運行振動值，降到2.7 mm/s，優于原廠葉輪運行指標3.6 mm/s。

蒸汽壓縮機是MVR蒸發工藝的核心設備，而葉輪又是壓縮機的核心部件，能做出好的葉輪，就意味著做好壓縮機已不是問題，由此可見，蒸汽壓縮機實現國產化可以實現。

一旦MVR技術全套國產化技術實現了突破，不僅設計費用成倍的降低，特別是核心設備蒸汽壓縮機國產化，將為建設單位節省2/3的壓縮機購置費，還會給后續備件采購和運行維護帶來一系列方便，因此，未來采用MVR技術項目的投資會大幅度下降，自然會促進該技術快速成長，將使MVR技術的推廣徹底進入良性發展階段。可以預測，隨著中國政府節能減排政策的加強和企業面對越發激烈的市場競爭環境需要，更多的工廠采用MVR蒸發技術來替代傳統蒸發技術，將成為必然的發展趨勢。

［1］閆成林，胡洪銘.機械蒸汽再壓縮機（MVR）技術在全鹵制堿工藝中的應用.中國氯堿，2011（10）：9-11.

MVR evaporation technology in chlor-alkail industry application situation and prospects

ZHANG Jia-xing，DONG Wen-hu，SUN Yu-tang，SUN Guang-jun，SUN Ying
（Ynnovate Sanzheng（Yingkou）Fine Chemical co.,Ltd.,Liaoning Yingkou，115003，China）

On the basis of the MVR evaporation technology application in chlor alkali industry，expounds the features and advantages of the MVR evaporation technology.Analyzed the technology in the domestic promotion encounters difficulties.In view of the difficulties caused by the crux of the problem，combined with domestic traditional evaporation design experience and equipment level of manufacturing capacity evaluation，rational forward solutions.

：MVR evaporate；traditional evaporation；marinating alkali；recovery of light saline alkali production；steam compressor

TQ028.6+1

1009-1785(2016)10-0001-04

2016-05-30