粗鹽水除鎂流程優化提升改造

王琳琳,劉東鴻,趙寶亮,潘學彬,楊龍珍

(1.山東海化股份有限公司純堿廠,山東 濰坊 262737;2.山東海化集團有限公司,山東 濰坊 262737)

山東海化股份有限公司純堿廠老線鹽水工序采用石灰-碳酸銨法進行鹽水精制,除鎂和除鈣分兩步進行。原鹽用雜水溶解后制成粗鹽水,然后向粗鹽水中加入灰乳除鎂,粗鹽水中的Mg2+和灰乳中的OH-反應,生成Mg(OH)2沉淀,經一次澄清桶澄清分離后得到一次鹽水,用泵送至除鈣塔除鈣。

Mg(OH)2沉淀的沉降效果,不僅關系到純堿產品純度的好壞,還對重灰一水堿結晶狀況有重要影響。由于Mg(OH)2沉淀的是無定形膠狀沉淀,沉降速度極慢,在粗鹽水加灰乳后,加入聚丙烯酰胺作為助沉劑。聚丙烯酰胺是一種具有極性基團的有機大分子物質,不僅能吸附Mg(OH)2沉淀物在其表面附著,還能在顆粒之間通過“架橋”形成空間網狀穩定結構,大大提高沉淀的沉降速度。

1 粗鹽水除鎂流程

從化鹽桶溢流出來的粗鹽水進入調和液集中槽,與加到集中槽中的灰乳、助沉劑混合均勻,然后經曲徑槽和流槽去一次澄清桶。調合液經流槽均勻分配到各一次鹽水澄清桶的中心桶,在桶內澄清分離,上部清液經一次管線由泵送到除鈣塔。桶內沉淀物一次泥經放泥管進入混合料槽,與海水按一定固液比均勻混合后,經一次泥泵送往洗泥桶高位分配箱。

用一次鹽水溶解聚丙烯酰胺制備合格的助沉劑溶液(濃度0.8‰～1.0‰,溫度45～60 ℃),經泵打入助沉劑高位槽內,再通過管線流到調合液槽內。粗鹽水除鎂流程如圖1所示。

圖1 粗鹽水除鎂流程簡圖

圖2 調和液流程變更示意圖

圖3 助沉劑流程變更示意圖

2 粗鹽水除鎂工藝中存在的問題

2.1 除鎂反應時間短,混合不均勻

粗鹽水和石灰乳必須有充足的混合時間,才能使除鎂反應完全。我廠建廠前期,曾采用兩臺帶有攪拌的調和液罐進行除鎂反應,規格φ2500×3000,可盡量保證混合液停留時間,使除鎂反應在調和液罐內發生,不影響到后續澄清桶內的沉降過程。隨著生產負荷的提升,出現了調和液罐容積小,罐內結疤嚴重,清理困難的問題,嚴重影響一次鹽水質量。為了解決上述問題,我廠將調和液罐改為調和液集中槽,與調和液罐相比,調和液集中槽清理難度和頻次大大降低,但是相應的,粗鹽水和石灰乳在集中槽內的停留時間也大大縮短,僅為33 s,是之前停留時間的1/4,而且集中槽內沒有攪拌,導致粗鹽水和石灰乳混合不均勻,除鎂反應不徹底。未完全反應的鎂離子進入澄清桶內繼續反應,新生產的細小結晶影響沉降,并造成設備內部結疤。

2.2 一次鹽水溫度低,聚丙烯酰胺溶解速度慢

化助沉劑用水的溫度要求控制在60 ℃以內,高于60 ℃,容易造成聚丙烯酰胺分子量下降,影響助沉效果, 而溫度越低,聚丙烯酰胺的溶解速度越慢,溶解效果越差。我廠目前采用的聚丙烯酰胺分子量是800萬,溶劑為一次鹽水,因一次鹽水隨氣溫變化較大,冬季在30 ℃左右,夏季在42 ℃左右,聚丙烯酰胺溶解效果隨著水溫的升高而變快,冬季時一次鹽水溫度低,聚丙烯酰胺溶解效果差,化不開,溶劑中容易生成“疙瘩”,影響助沉效果。

2.3 助沉劑摻兌量調節滯后

助沉劑的摻兌量調節的滯后,有兩個原因。一是助沉劑高位槽出液管線上缺少自調閥,摻兌量的調整必須由操作工到現場調整手動閥門開度來實現;二是出液管線上缺少流量計,助沉劑流量的大小必須由操作工根據高位槽液位的變化來判斷。當生產工況發生變化時,助沉劑的摻兌量調節滯后,無法做到精確控制。

3 改進措施

3.1 增加曲徑槽,延長粗鹽水和石灰乳的反應時間

針對粗鹽水和石灰乳混合不均勻,除鎂反應不徹底的問題,我們對調和液集中槽進行改造加長。在原集中槽北側新加一曲徑槽,內部用鋼板隔離形成“Z”形通道,曲徑槽液位高度800 mm。粗鹽水加入灰乳后,通過新增曲徑槽,再進入到調和液集中槽,加入助沉劑后經原曲徑槽、流槽進入一次澄清桶。流程變更后,曲徑槽內除鹽水的路程由5 m增加到20 m,停留時間增加到67 s,除鎂反應時間延長,減輕一次澄清桶內部結疤。新加曲徑槽投用后,我們對調和液的濁度進行取樣查定,調和液濁度平均完成79.2 ppm,同新加曲徑槽投用前相比,調和液濁度均值下降30.6 ppm,取200 mL調和液,靜置20 min后,觀察上層清液透明度,發現清液透明度良好,沒有膠狀雜質(Mg(OH)2沉淀形成的細小結晶是一種膠裝物質,基本不沉降),這說明粗鹽水除鎂反應能夠在調和液流槽內反應完全。

3.2 二次鹽水溶解助沉劑,增加助沉劑循環流程

為了解決冬季一次鹽水溫度低,聚丙烯酰胺溶解速度慢的問題,我們采取了兩個措施。一是采用二次鹽水代替一次鹽水作為化助沉劑用水,冬季二次鹽水溫度在40 ℃以上,較一次鹽水溫度提高10 ℃;二是增加助沉劑循環流程,利用助沉劑高位槽的溢流管線,使部分助沉劑溢流返回助沉劑罐,進一步提高助沉劑濃度。

助沉劑新流程投用后,我們對助沉劑溶解效果進行取樣查定,助沉劑濃度平均完成0.96‰,較改造前提高0.08‰,從助沉劑外觀來看,呈現透明的溶液狀,溶劑里的“疙瘩”基本消失了。

3.3 增加兩個加助沉劑點,提高助沉劑絮凝效果

改造前,助沉劑流程在調和液集中槽只有一個加入點,加入助沉劑后經過曲徑槽、流槽,在流動過程中部分絮凝氫氧化鎂被沖擊打散,使大絮團變得散碎,影響沉降效果。

在曲徑槽后、去一次澄清桶的南北流槽處,各增加一個加入點,盡量保證加入助沉劑后的調和液流動平緩。三點加入既保證助沉劑與調和液混合均勻,又保證了助沉劑絮凝效果。變更如圖4所示。

圖4 新增助沉劑加入點示意圖

4 效果驗證

流程改造全部完成后,我們對粗鹽水除鎂流程的運行情況進行跟蹤考察,重點觀察了助沉劑的溶解效果、粗鹽水含鎂量、調和液濁度、一次濁度、二次濁度、濁高次品等方面的情況,跟蹤過程中,外界操作條件與流程改造前是完全相同的。統計數據見表1。

表1 粗鹽水除鎂流程改造前后運行數據對比

從數據對比情況來看,流程改造后的各項數據要好于改造前,主要表現在:

1)流程改造后,助沉劑的溶解效果好于改造前,濃度升高0.06‰,溫度升高9.4 ℃,助沉劑溶液中的“疙瘩”基本消失。

2)流程改造后,調和液上層清液的濁度均值從162 ppm下降至85 ppm,透明度好,除鎂反應能夠在調和液集中槽內反應完全,調和液流槽和一次澄清桶內部的結疤現象減輕,延長了設備的使用周期。

3)流程改造后,一次鹽水濁度較改造前下降約20 ppm,二次鹽水濁度較改造前下降約6 ppm。