闫成林，胡洪铭

（1.重庆江北化肥有限公司，重庆 401120；2.重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆 401221）

机械蒸汽再压缩（MVR）技术在全卤制碱工艺中的应用

闫成林1，胡洪铭2

（1.重庆江北化肥有限公司，重庆 401120；2.重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆 401221）

探讨了离子膜法制碱工艺实行全卤制碱的一些方法，并结合重庆市映天辉氯碱化工有限公司资源能源情况，对MVR技术在全卤制碱工艺中的应用作了全方位分析。

全卤制碱；MVR机械蒸汽再压缩；降膜蒸发器

1 全卤制碱工艺分析

1.1 离子膜法烧碱淡盐水的特征

要实现离子膜法全卤制碱，其核心技术在于淡盐水的浓缩处理和回收利用，淡盐水的特征如下。

（1）纯净，Ca2+、Mg2+等杂质含量＜40 ×10-9；

（2）NaCl质量浓度只有 180~200 g/L，常压下沸点约为103.5℃；

（3）有一定的温度，脱氯淡盐水为75℃左右，部分淡盐水经膜法除硝处理与未处理的淡盐水混合后为60℃左右；

（4）腐蚀性强。

1.2 工艺简介

离子膜法烧碱要实现全卤制碱，就是要处理淡盐水到接近饱和。使淡盐水接近饱和有2种方式，即去掉水分或者加盐[1]。去掉水分的方式有膜过滤、多效蒸发、机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发及淡盐水返井。

（1）膜过滤的原理是此膜只允许水分子通过，过滤掉部分水，得到饱和的氯化钠溶液。此种方法能耗低，但在氯碱行业的应用上有许多技术难题还未突破，需关注进展。

（2）多效蒸发是制盐行业普遍采用的一种方法。此法需要蒸汽作为能源，消耗蒸汽来达到浓缩的目的。最后一效的二次汽需要用循环水进行冷却。

（3）机械蒸汽再压缩（MVR）技术在食品、海水淡化及废水处理等行业应用较多，但国内氯碱行业还未用过。其原理是将单效蒸发系统蒸发出来的二次汽用压缩机再次压缩，重新返回系统中供热[2]。压缩的目的是在一定程度上提高二次汽的焓值和温度，使之得以循环利用，将机械能转化为热能，减少能量损失。

（4）淡盐水返井是将地下盐井当作一个大的化盐池，使淡盐水饱和，然后送往一次盐水处理。

1.3 各种全卤制碱工艺的比较

膜过滤因技术还处于开发阶段，这里暂不考虑。多效蒸发、机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发、淡盐水返井全卤制碱工艺比较见表1（按配套15万t/a离子膜烧碱装置）。

通过以上比较可以看出，选择何种工艺要视企业的资源能源情况而定。关键因素有盐井深度、输送距离和高差、卤水杂质含量、蒸汽与电的价格、采卤和制碱是否在同一企业等。

表1 各种全卤制碱工艺的比较

2 全卤制碱工艺的选择

2.1 资源能源背景

（1）资源背景。重庆市映天辉氯碱化工有限公司位于重庆长寿经济技术开发区重化工园区，距长寿双龙镇约40 km，高差约100 m，该镇有丰富的盐卤资源，探明储量达14亿t，盐井深度约2 800 m，卤水为钙型卤水，钙镁平均含量为1.5 g/L，硫酸根平均含量为1.8 g/L，现已有2家采卤企业在生产，并且卤水管道已经铺设到了厂区。

（2）能源背景。化工园区实行一体化供热，公司没有自备热电厂，并且厂区内没有多余的副产蒸汽，外购蒸汽，价格为200元/t，平均电价为0.6元/kW·h。

2.2 工艺选择

根据资源背景和表1的全卤制碱工艺对比可以看出，实施淡盐水返井难度大，并且采卤和制碱不属于同一企业，此方案不可选。实施多效蒸发，蒸发1 t水的成本为82.8元，而采用MVR蒸发1 t水的成本为21.6元，故选择MVR更适合实际情况。

3 MVR工艺介绍

3.1 生产技术

机械蒸汽再压缩技术（简称MVR），俗称热泵技术，是重新利用蒸发浓缩过程产生的二次蒸汽的冷凝潜热，从而减少蒸发浓缩过程对外界能源需求的一项先进节能技术[2]。MVR的工作原理是将低温位的二次蒸汽经蒸汽再压缩机压缩，以提高温度、压力和热焓，然后，再进入蒸发器冷凝供热，以充分利用蒸汽的潜热。原来要排放的废蒸汽就得到了充分利用，既回收了其潜热，提高了热效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR系统除开车启动外，正常运行后整个蒸发过程无需生蒸汽，其能源利用效率相当于多效蒸发的20效。

该公司通过对国际上此项技术的考察和论证，最后选择了有成功经验，并在盐水处理方面处于世界领先地位的某公司技术。

（1）淡盐水浓缩系统。自脱氯工序来的淡盐水一部分经膜法除硝后进入淡盐水中间槽，另一部分直接进入淡盐水中间槽，二次盐水再生的回收盐水也直接进入淡盐水中间槽，3部分淡盐水在中间槽混合后，通过泵送往预热器进行预热，并在泵出口加入少量Na2SO3，保证不含游离氯，与蒸汽冷凝水和浓盐水并联换热后，进入降膜蒸发器进行蒸发。为保证盐水蒸发后的浓度到310 g/L，再送往强制循环蒸发器进行蒸发，蒸发后的浓缩液与卤水换热后，进入过滤精盐水贮槽，然后进入二次盐水进行处理。

（2）生蒸汽系统。生产装置系统开车时，使用生蒸汽将蒸发器内的淡盐水通过加热室升高温度，产生二次蒸汽，通过二次蒸汽的循环利用，系统产生的二次蒸汽达到平衡后，关闭生蒸汽阀门，停止生蒸汽的使用。当进料盐水温度过低时，需要补充少量生蒸汽。进料负荷由低负荷向高负荷调整时，根据温度变化情况，补充生蒸汽。

（3）二次蒸汽系统。在淡盐水浓缩过程中，降膜蒸发器和强制循环蒸发器内同时产生二次蒸汽，通过降膜蒸发器和强制循环蒸发器内的除膜器进行第一次除掉二次蒸汽中夹带的氯离子和其他杂质，然后，二次蒸汽进入二次蒸汽洗涤器，通过洗涤泵用洗涤器内的循环洗涤水第二次洗涤二次蒸汽，产生的冷凝液通过调节阀控制液位，排出冷凝液系统。洗涤后的二次蒸汽再次用加热室冷凝液进行第三次洗涤，确保进入压缩机的二次蒸汽中含盐量低于10×10-6保证蒸汽压缩机长周期安全稳定运行，合格的二次蒸汽进入第一级和第二级蒸汽压缩机进行加压升温。为了避免二次汽过热，使用加热室产生的冷凝液对压缩机和二次蒸汽管道进行喷雾降温，获得需要的饱和蒸汽。加压升温后的二次汽进入降膜蒸发器和强制循环蒸发器加热室，通过热量交换，将热量传递给蒸发器的淡盐水，进行蒸发产生二次蒸汽，实现二次蒸汽的循环利用。

3.2 工艺流程简述

MVR工艺流程图见图1。

4 实施MVR工艺的优点

（1）经济效益显著。采用MVR工艺对淡盐水进行浓缩，实现全卤制碱，与用固体精制盐相比，在15万t/a生产规模下每年可以节约成本2 150万元，而且随着能源价格和精制盐价格的上涨，节约成本将会更大，经济效益很可观。

（2）节约能源。现有工艺是用固体盐去饱和淡盐水，而固体盐是由卤水通过真空制盐工艺制得，制1 t固体盐的能源和原料消耗为 （5效真空制盐）1.08 t蒸汽、54 kW·h电、4.0～5.0 m3卤水。 加固体盐将108万m3淡盐水 （配套15万t离子膜烧碱，掺卤25%情况下）饱和，需要16万t固体盐，卤水制盐的能耗为17.28万t蒸汽，864万kW·h电，折合标煤2.33 万t。

采用MVR工艺浓缩淡盐水后，可以直接使用卤水作为制碱原料，108万m3淡盐水浓缩至饱和的能源消耗为 1 752万kW·h，折合标煤0.22万t。

（3）间接扩大一次盐水规模。使用MVR工艺后，浓缩后的淡盐水因质量较好，可以直接送往二次盐水，一次盐水的处理量减小了一半，对于新建和扩建企业，可以省下一次盐水投资几千万元。

（4）减少一次盐水精制剂。一般一次盐水NaOH过量平均为0.15g/L，Na2CO3过量平均为0.4 g/L，相当于年可以减少过NaOH量108 t，过Na2CO3量288 t。

（5）减少二次盐水再生次数。二次盐水再生周期与盐水中杂质含量有关，而采用MVR工艺浓缩后的淡盐水十分干净，如果一次盐水处理质量不变的话，混合后就相当于杂质含量减少了一半，再生次数也减少一半。

（6）产生的蒸汽冷凝水质量好，可作为脱盐水用。

（7）系统产生的蒸汽冷凝水和浓盐水可以和卤水换热，充分利用所有热量。

（8）温差低，对设备的腐蚀比多效蒸发小。

（9）整个系统占地面积小，全自动控制。

5 实施MVR工艺的注意事项

（1）淡盐水浓缩相当于一个闭环系统，一些二次盐水除不掉的杂质会富集，需要定期排往卤水贮槽，进入一次盐水处理。

（2）淡盐水中的游离氯必须除尽，不然会对蒸发设备造成腐蚀和对二次盐水树脂造成破坏。

（3）使用蒸发浓缩技术后，系统中的水尽量不回收化盐，比如二次盐水中回收的反洗水，脱氯工序的氯水等，需想办法作为他用。

［1］黄泽茂.离子膜烧碱装置水平衡及卤水利用方案的选择.中国氯碱，2006（11）：15-18.

［2］陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋.化工原理（上册）.北京：化学工业出版社，2008：257-259.

Application of mechanical vapor recompression in alkali with whole bittern

YAN Cheng-lin1,HU Hong-ming2
(1.Chongqing Jiangbei Fertilizer Co.,Ltd.,Chongqing 401120,China;2.Chongqing Yingtianhui Chlor-alkali Chemical Co.,Ltd.,Chongqing 401221,China)

Some methods of ionic membrane caustic soda production with whole bittern were discussed.Combing with the resource and energy of Chongqing Yingtianhui Chlor-alkali Chemical Co.,Ltd.,the application of mechanical vapor recompression in caustic soda with whole bittern were analysed.

caustic soda with whole bittern;mechanical vapor compression;falling-film evaporator

TQ114.26+1

B

1009-1785(2011)10-0009-03

2011-05-10