一次鹽水工序SST膜運行分析

林金元, 江泳

(浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004)

浙江巨化股份有限公司電化廠(以下簡稱“巨化電化廠”)離子膜法燒堿裝置自2001年第1套電解裝置投產以來，根據整體發展戰略的需要，經過4次擴建，離子膜法燒堿產能已達46萬t/a。一次鹽水原為凱膜生產工藝，已運行多年，因設備老化使用壽命到期，已到換膜年限和設備大修期，2017年巨化電化廠開始采用了SST膜生產工藝。

1 一次鹽水精制過濾技術

采用SST膜可生產高質量的一次鹽水，具有投資費用少、占地面積小和運行成本低等顯著特點。通過試驗，在原有一次鹽水工藝的基礎上進行優化，開發了無預處理器的SST膜法精制鹽水工藝；并經過多次篩選，選定了適合中國原鹽品質的過濾膜。

1.2.1 SST膜工藝

SST膜工藝流程：經化鹽后的粗鹽水首先進入Na2CO3反應器，與純堿反應60 min，形成較大的CaCO3固體中心，再流入NaOH反應器，與燒堿充分反應60 min，形成以CaCO3為中心、外圍為Mg(OH)2的混合不溶物，在過濾泵控制的壓力下進入SST膜過濾器；在過濾后的鹽水中加入Na2SO3，消除游離氯后，進入一次鹽水儲罐。SST膜過濾器定期進行反沖洗，排泥，清洗。

1.2.2 凱膜工藝

凱膜工藝流程：經化鹽后的粗鹽水，加入精制劑氫氧化鈉形成氫氧化鎂沉淀，除去鹽水中的鎂離子，形成質量濃度為300～310 g/L的粗鹽水；再通過加壓泵送至加壓溶氣罐，自流入預處理器后，再溢流至后反應罐，加入碳酸鈉形成碳酸鈣沉淀以除去鹽水中的鈣離子。鹽水經過進液高位槽，利用自身重力，通過凱膜過濾器得到后續生產所需的精鹽水。凱膜過濾器定期進行清洗。

1.2.3 兩膜工藝對比

與凱膜工藝相比，SST膜工藝取消了預處理器、加壓溶氣罐、助沉劑等輔助工藝，分兩步分別加入純堿和燒堿精制反應后，經過SST膜過濾器進行進一步過濾，大大縮短了工藝流程，減少了操作難度。

2 現存的問題及采用SST膜注意事項

2.1 操作控制系統落后，自動化程度低

2.1.1 問題

原一次鹽水的膜過濾器上多采用撓性閥，該閥門使用故障率較高，膜過濾器操作多為現場PLC控制，操作人員必須去現場確認才能執行，不利于一次鹽水自動化控制，出現異常時也不易發現并及時處理。

2.1.2 改進措施

將過濾器原有的現場操作柜控制的撓性閥全部改造成程控閥，并設計采用DCS程序控制。過濾器原人工酸洗也同步進行相應的技術改造，并實施智能化反沖洗，勞動效率顯著提高。

2.2 鹽水過堿量控制不好影響過濾鹽水質量[1]

2.2.1 問題

鹽水中過堿量控制不好會造成過濾鹽水質量不穩定。粗鹽水精制須添加氫氧化鈉及碳酸鈉以除去鹽水中的鈣鎂離子，但后續鹽水中的過堿量須控制在指標范圍之內：NaOH的質量濃度為0.1～0.4 g/L，Na2CO3的質量濃度為0.4～0.6 g/L。在日常生產過程中，崗位操作人員使用標準硫酸溶液進行滴定分析，利用指示劑顏色變化確認滴定終點；但是原鹽質量變化波動較大，且一次鹽水使用SST膜后去掉了預處理器，致使鹽水緩存時間縮短，鹽水中過堿量較難穩定控制，過濾后的鹽水質量波動較大。

2.2.2 改進措施

一次鹽水精制過程中的兩堿堿量測定屬于中和滴定，可以運用電位滴定的原理進行分析，在鹽水精制流程中安裝在線分析儀表。滴定過程模擬人工對NaOH、Na2CO3混合溶液的堿量滴定方法，使用蠕動泵代替移液管進行樣品量取，利用計量泵代替滴定管進行酸標準溶液滴加，以試樣電位變化代替指示劑變色對滴定終點進行判定。將分析結果傳輸至DCS控制室，為操作提供了更加詳細可靠的實時在線數據，便于及時調節NaOH、Na2CO3的加入量，從而保證了精制鹽水的質量。兩堿在線分析儀表檢測數據與人工分析數據對比如表1所示。

表1 兩堿在線分析儀檢測數據與人工分析數據對比表Table 1 Sodium hydroxide and sodium carbonate content data determined by online analyzer and by manual analysis g/L

2.3 使用原鹽種類變化，造成鹽水質量波動

2.3.1 問題

巨化電化廠一次鹽水工藝使用的原鹽主要有井礦鹽和進口海鹽。受原鹽采購周期影響，有時一次鹽水裝置全部使用井礦鹽，一次鹽水中二氧化硅及鋁含量容易超標。

2.3.2 原因分析

經分析得知：全部使用井礦鹽時，粗鹽水鹽泥量非常少，無法形成混凝過濾的效果而導致二氧化硅及鋁含量超標。

2.3.3 改進措施

調整用鹽配比，使海鹽與井礦鹽比例控制在3∶7，同時向粗鹽水內加入適量氯化鎂，使指標均降回到了指標范圍內，取得了非常好的效果。

2.4 一次鹽水裝置中過濾壓力偏高

2.4.1 問題

SST膜運行壓力要求40 kPa以下，但在一次鹽水裝置運行中發現過濾壓力偏高，而其他各項操作指標均正常，原鹽常規分析指標也基本正常。

2.4.2 原因分析

通過對各批次原鹽中TOC進行分析，發現部分原鹽TOC指標偏高且含有大量的不溶物，這些雜質極易附在SST膜表面，影響鹽水過濾能力，容易造成過濾壓力偏高。

2.4.3 改進措施

根據上述情況，生產部門加強跟蹤原鹽質量變化，要求質檢部門全面分析原鹽指標，保證合格原鹽的使用；同時，通過增加SST膜反沖和酸洗頻次，調整過濾流量和過濾時間，將SST膜運行壓力穩定控制在<40 kPa指標范圍內。采取以上措施后，3臺過濾器壓力穩定正常(如表2、圖1所示)。

表2 過濾器運行壓力情況Table 2 Filter operation pressure kPa

圖1 過濾器運行壓力變化曲線圖Fig.1 Curve of filter operation pressure

2.5 一次鹽水ss指標超標

2.5.1 問題

在一次鹽水裝置運行過程中，SS指標出現超標情況。

2.5.2 原因分析

(1)SST膜管組件在過濾器反沖和清洗的過程中會松動脫落。

(2)停車時，過濾器中的飽和鹽水在SST膜管內析出，造成膜管孔徑變大。

(3)清洗過濾器時，因物料溫差的影響，SST膜管組件與過濾器花板的固定螺栓松動。

2.5.3 改進措施

(1)檢查SST膜管，一旦發現鹽水渾濁，立即更換。

(2)停車時，過濾器鹽水排空，使用純水浸泡。

(3)定期安排緊固ST膜管組件與過濾器花板的固定螺栓。

2.6.1 問題

高飽和度的鹽水很容易冷卻結晶。

2.6.2 原因分析

由于分析儀表的管路較細，每次分析的試樣量較小，在試樣停止流動時，鹽水結晶容易堵塞管路，引起分析結果不準確，蠕動泵、管路接口泄漏等。

2.6.3 改進措施

為了解決這個問題，巨化電化廠通過以下措施進行優化。

(1)分析儀內設置反洗程序。

在分析儀表設計時，考慮對易結晶試樣的特殊處理手段，在分析儀內設置反洗程序；在一組樣品分析完成后，使用清洗反應杯的水對分析儀的進料管線、排液管線、定量管線進行反洗。

(2)在分析儀表鹽水樣品管路的進口增加過濾裝置。為實現分析儀表對粗鹽水中過堿量的分析，在分析儀表鹽水樣品管路的進口增加過濾裝置，濾后的鹽水在進入反應杯中進行滴定，保證鹽水滴定結果的準確；在分析儀表程序里寫入過濾裝置的反洗程序，保證過濾膜長周期使用時的過濾能力。

3 結語

一次鹽水SST膜能夠穩定運行，裝置出口精鹽水質量均符合生產要求，且每臺過濾裝置過濾流量由60 m3/h提升至70 m3/h，裝置運行負荷提高16.7%。具有如下技術特點：①取消了預處理器；②采用智能化控制，操作效率大幅提升；③在現場增加兩堿在線分析儀后，不僅能夠有效減少分析人員的工作量，提高分析數據的準確性和及時性，還可用于工藝操作的實時監控，確保特定組分的在線檢測，使難以控制的兩堿等生產指標實現精準滴加，在降低消耗的同時，提高了崗位員工的效率和操作的穩定性。