張佳興，董文虎，孫玉堂，孫廣軍，孫 穎

（營(yíng)創(chuàng)三征（營(yíng)口）精細(xì)化工有限公司，遼寧 營(yíng)口 115003）

MVR蒸發(fā)技術(shù)在氯堿行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

張佳興，董文虎，孫玉堂，孫廣軍，孫 穎

（營(yíng)創(chuàng)三征（營(yíng)口）精細(xì)化工有限公司，遼寧 營(yíng)口 115003）

根據(jù)MVR蒸發(fā)技術(shù)在氯堿行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例，闡述了MVR蒸發(fā)技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，分析了該技術(shù)在國(guó)內(nèi)推廣遭遇的困境。針對(duì)造成困難的癥結(jié)，結(jié)合國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)蒸發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和裝備制造能力水平的評(píng)價(jià)，理性地提出解決方案。

MVR蒸發(fā)；傳統(tǒng)蒸發(fā)；全鹵制堿；回收淡鹽水制堿；蒸汽壓縮機(jī)

1 MVR技術(shù)與全鹵制堿

中國(guó)現(xiàn)有大型氯堿企業(yè)許多都是依托鹽礦建設(shè)的，這些工廠為了降低成本，利用自有鹽礦資源，希望實(shí)現(xiàn)全鹵制堿。而全鹵制堿，必須面對(duì)的問(wèn)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(duì)于距鹵水井較遠(yuǎn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)全鹵制堿，采用MVR蒸發(fā)技術(shù)將淡鹽水濃縮至飽和，實(shí)現(xiàn)全鹵制堿，成為新的選擇。2011年，重慶映天輝首家在國(guó)內(nèi)采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)全鹵制堿。

當(dāng)然，采用傳統(tǒng)蒸發(fā)濃縮淡鹽水工藝，技術(shù)上固然可行，但蒸發(fā)成本高于可接受程度。所以在MVR蒸發(fā)技術(shù)用于全鹵制堿之前，還沒(méi)有氯堿工廠采用傳統(tǒng)蒸發(fā)淡鹽水全鹵制堿的先例，另外，膜法淡鹽水濃縮技術(shù)，到目前為止還達(dá)不到工業(yè)化應(yīng)用的條件。

2 MVR技術(shù)與含鹽廢水回收利用

目前，多數(shù)工廠對(duì)含鹽廢水的處理，采用傳統(tǒng)的蒸發(fā)工藝，副產(chǎn)固體鹽。由于這種處理方式能耗太高，導(dǎo)致多數(shù)下游氯產(chǎn)品的廢水處理成本難以承受(除非該氯產(chǎn)品附加值極高)。

隨著環(huán)保廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高和環(huán)境執(zhí)法力度的加強(qiáng)，有遠(yuǎn)見(jiàn)的氯堿企業(yè)，開(kāi)始嘗試將有機(jī)含鹽廢水，通過(guò)凈化處理，回收利用到氯堿生產(chǎn)，替代原料鹽。這種對(duì)氯堿下游產(chǎn)品副產(chǎn)含鹽廢水回收到氯堿生產(chǎn)循環(huán)再利用的模式，將成為氯堿行業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。

有機(jī)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(huì)因水量過(guò)大，而限制了回用量。采用MVR淡鹽水濃縮技術(shù)，是低成本實(shí)現(xiàn)大量含鹽廢水回用的有效途徑。

3 MVR蒸發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)介

蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)MVR)，是重新利用蒸發(fā)濃縮過(guò)程中產(chǎn)生的二次蒸汽的冷凝潛熱，從而減少蒸發(fā)濃縮過(guò)程對(duì)外界能源需求的一項(xiàng)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。20世紀(jì)60年代，德國(guó)、法國(guó)成功將該技術(shù)用于化工液堿蒸發(fā)、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。MVR工作原理是將低溫位的二次蒸汽，經(jīng)蒸汽再壓縮機(jī)壓縮，提高溫度、壓力和熱焓，再進(jìn)入蒸發(fā)器冷凝供熱，以充分利用蒸汽的潛熱。這樣，原來(lái)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(tǒng)除開(kāi)車(chē)啟動(dòng)外，正常運(yùn)行后，整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程無(wú)需生蒸汽，能源利用效率相當(dāng)于多效蒸發(fā)的20效[1]。

MVR技術(shù)將蒸發(fā)器與蒸汽泵相結(jié)合，以消耗部分高質(zhì)能(熱能、機(jī)械能、電能等)為代價(jià)，通過(guò)熱力循環(huán)壓縮過(guò)程，把從蒸發(fā)器出來(lái)的二次低溫位蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匚徽羝?，再送到蒸發(fā)器的加熱室用作加熱蒸汽，使料液維持沸騰狀態(tài)，而加熱蒸汽本身則冷凝成水。這樣在處理濃縮淡鹽水時(shí)，蒸發(fā)淡鹽水所需的熱能由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時(shí)釋放的熱能提供。在運(yùn)作過(guò)程中，幾乎可以忽略潛熱的流失。運(yùn)作過(guò)程中，消耗僅是驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)器內(nèi)廢水、蒸汽和冷凝水循環(huán)、流動(dòng)的水泵、蒸汽泵及控制系統(tǒng)所消耗的電能。據(jù)計(jì)算，濃縮1t淡鹽水電耗僅36kW·h。MVR蒸發(fā)工藝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 MVR蒸發(fā)工藝簡(jiǎn)圖

4 MVR蒸發(fā)技術(shù)在氯堿行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例

4.1 利用MVR蒸發(fā)技術(shù)全鹵制堿

他在1961年提出了自己的想法，后來(lái)將它們匯編成一系列報(bào)告。還有另外一位英國(guó)科學(xué)家差不多在同一時(shí)間得出了類(lèi)似的結(jié)論，他稱(chēng)之為“分組交換”技術(shù)。數(shù)年之后，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署將他們的想法付諸行動(dòng)，建立了一個(gè)早期網(wǎng)絡(luò)，并稱(chēng)之為阿帕網(wǎng)（ARPANET）。阿帕網(wǎng)后來(lái)逐漸演變成為我們今天的互聯(lián)網(wǎng)，它是互聯(lián)網(wǎng)的前身。它的基本架構(gòu)仍然依賴(lài)于可為信息包找到最快路由的分布式網(wǎng)絡(luò)思想。

自重慶映天輝采用MVR蒸發(fā)技術(shù)后，中國(guó)氯堿行業(yè)已先后有6家以上的氯堿企業(yè)采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)全鹵制堿。映天輝為代表的MVR技術(shù)全鹵制堿工藝技術(shù)特點(diǎn)如下。

(1)淡鹽水濃縮(物料)系統(tǒng)

自脫氯工序來(lái)的淡鹽水，部分經(jīng)膜法除硝后進(jìn)入淡鹽水中間槽，另一部分直接進(jìn)入淡鹽水中間槽，通過(guò)泵送往預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，與蒸汽冷凝水、蒸汽冷凝水和濃鹽水并聯(lián)換熱后，進(jìn)入降膜蒸發(fā)器提濃到250～280 g/L，出降膜蒸發(fā)器再送往強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步蒸發(fā)，出料濃鹽水濃度控制在310～315 g/L，再進(jìn)入一次精鹽水貯槽，由鹽水泵直接打入樹(shù)脂塔，進(jìn)行二次鹽水精制。

(2)二次蒸汽系統(tǒng)

在淡鹽水濃縮過(guò)程中，降膜蒸發(fā)器和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生二次蒸汽，通過(guò)降膜蒸發(fā)器和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)的除沫器進(jìn)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(zhì)。二次蒸汽進(jìn)入二次蒸汽洗滌器，通過(guò)洗滌泵用洗滌器內(nèi)的循環(huán)洗滌水，第二次洗滌二次蒸汽，產(chǎn)生的冷凝液通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)液位，排出系統(tǒng)。洗滌后的二次蒸汽再次用加熱室冷凝液，進(jìn)行第三次洗滌，確保進(jìn)入壓縮機(jī)的二次蒸汽中含鹽量低于10×10-6，保證蒸汽壓縮機(jī)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。合格的二次蒸汽進(jìn)入第一和第二級(jí)蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行加壓升溫。為了避免二次蒸汽過(guò)熱，使用加熱室產(chǎn)生的冷凝液，對(duì)壓縮機(jī)和二次蒸汽管道進(jìn)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(jìn)入降膜蒸發(fā)器和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器加熱室，通過(guò)熱量交換，將熱量傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)的淡鹽水進(jìn)行蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽，實(shí)現(xiàn)二次蒸汽的循環(huán)利用。

系統(tǒng)出來(lái)的冷凝水，含鹽控制＜20 mg/L，電導(dǎo)率＜40 μs/cm，符合一般脫鹽水質(zhì)量，可用于樹(shù)脂塔再生或鍋爐給水等。如果想用于樹(shù)脂塔再生和電解槽陰極室補(bǔ)水，只需要經(jīng)過(guò)一道裝有陰、陽(yáng)的離子交換樹(shù)脂塔，進(jìn)一步吸附微量的鹽，使電導(dǎo)率降至＜2 μs/cm，就能滿足氯堿生產(chǎn)對(duì)純水的質(zhì)量要求。

該工藝裝置工藝流程示意圖見(jiàn)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(yè)除了電解槽出來(lái)的淡鹽水之外，還有其他生產(chǎn)氯產(chǎn)品副產(chǎn)淡鹽水，擬通過(guò)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(tǒng)中分離出來(lái)。這種情況下，采用MVR技術(shù)，只蒸發(fā)出槽淡鹽水，除掉系統(tǒng)多余的水份的方案，比2種淡鹽水混合同時(shí)蒸發(fā)更經(jīng)濟(jì)。營(yíng)創(chuàng)三征生產(chǎn)主導(dǎo)氯產(chǎn)品過(guò)程，副產(chǎn)大量有機(jī)含鹽廢水，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)凈化處理工藝技術(shù)，在全行業(yè)首家采用MVR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)這種含鹽廢水回收，用于氯堿生產(chǎn)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(fā)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(jiàn)圖3。

圖3 MVR出槽淡鹽水濃縮回收淡鹽水制堿工藝

對(duì)于出槽淡鹽水和回收淡鹽水2種鹽水，如果選擇只蒸發(fā)出槽淡鹽水工藝優(yōu)點(diǎn)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(fā)出濃鹽水，不需再經(jīng)過(guò)一次鹽水精制，就可直接進(jìn)樹(shù)脂塔，如果2種淡鹽水混和后再蒸發(fā)，出槽淡鹽水將被污染后蒸發(fā)出來(lái)的濃鹽水就必須返回一次鹽水重新精制處理，這勢(shì)必增加一次鹽水工序負(fù)擔(dān)和精制成本。

(2)MVR蒸發(fā)比傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)的運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)

MVR蒸發(fā)技術(shù)裝置全部運(yùn)行只耗電，不耗蒸汽，蒸發(fā)1t水總耗電36kW·h，如果電價(jià)按0.55元/kW·h計(jì)，采用MVR蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水成本19.8元；而傳統(tǒng)三效蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水耗蒸汽0.4 t，耗電18 kW·h，如果蒸汽價(jià)格按180元/t計(jì)，采用傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水成本為81.9元，由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)蒸發(fā)運(yùn)行成本是MVR蒸發(fā)的4倍多。

(3)MVR蒸發(fā)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的附加功能

采用MVR淡鹽水濃縮工藝，蒸發(fā)系統(tǒng)出料方式，可以設(shè)計(jì)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(fā)系統(tǒng)，能從進(jìn)料淡鹽水中分離出更多的水分 (出料達(dá)到過(guò)飽和)。此外，通過(guò)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(zhì)，其原理是在濃效蒸發(fā)器不斷有鹽析出時(shí)，濃縮液中的I-1、Na2SO4、NaClO3、TOC將被富集，這時(shí)候，排出濃縮液就可以帶出大量的有害雜質(zhì)。使系統(tǒng)雜質(zhì)總量降下來(lái)。具體應(yīng)用是，當(dāng)氯堿裝置運(yùn)行，鹽水系統(tǒng)某種雜質(zhì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，比如，用了高碘的鹽，使鹽水系統(tǒng)含碘居高不下，可以在強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器暫停濃縮鹽水出料，而開(kāi)始出鹽漿操作，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進(jìn)行，蒸發(fā)器內(nèi)的雜質(zhì)將被不斷濃縮，當(dāng)濃縮倍數(shù)達(dá)到預(yù)期值時(shí)，通過(guò)排污管排除系統(tǒng)。這樣可以通過(guò)排出少量的鹽水，除去大量某種雜質(zhì)的目的。利用濃縮排污方式除雜質(zhì)的方法，濃縮倍數(shù)越高越省鹽，但一般建議濃縮倍數(shù)控制在5～8倍，過(guò)高濃縮倍數(shù)可能引起蒸發(fā)器內(nèi)氯酸鹽高，對(duì)系統(tǒng)腐蝕加劇，以及影響二次蒸汽質(zhì)量，損傷蒸汽壓縮機(jī)等風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 MVR技術(shù)的成熟性分析和前景預(yù)測(cè)

MVR技術(shù)上世紀(jì)60年代德國(guó)率先應(yīng)用，八十年代在歐洲走向成熟并被廣泛應(yīng)用，隨著國(guó)人節(jié)能和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，近年來(lái)，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)備受有蒸發(fā)需要的各行業(yè)的關(guān)注。

廣州新普利通過(guò)與瑞士一家掌握蒸發(fā)技術(shù)的專(zhuān)業(yè)公司合作，引進(jìn)MVR蒸發(fā)工藝全套技術(shù)，2011年在重慶映天輝建設(shè)第一套MVR淡鹽水濃縮裝置，取得了成功。運(yùn)行實(shí)際表明，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，隨后，新普利又在氯堿行業(yè)完成營(yíng)創(chuàng)三征、金橋益海、四川永祥等7套裝置的建設(shè)。

與傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)相比，MVR技術(shù)有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)及廣泛的應(yīng)用前景。走出國(guó)內(nèi)MVR推廣應(yīng)用困境的根本出路，就是要有傳統(tǒng)蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)院，結(jié)合原有自身的蒸發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)研究消化MVR技術(shù)與國(guó)內(nèi)有實(shí)力的風(fēng)機(jī)企業(yè)合作(由設(shè)計(jì)院根據(jù)不同工況，完成對(duì)壓縮機(jī)選型或按工況提出風(fēng)機(jī)使用條件，要求風(fēng)機(jī)廠家量身定做)，有設(shè)計(jì)院對(duì)全套系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)。對(duì)于有傳統(tǒng)蒸發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院來(lái)說(shuō)，對(duì)比傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝技術(shù)而言，MVR蒸發(fā)，由于蒸汽壓縮機(jī)引用，使工藝變得更簡(jiǎn)單了。對(duì)于核心設(shè)備蒸汽壓縮機(jī)而言，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)裝備水平的取得快速發(fā)，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造能力已經(jīng)達(dá)到，為MVR技術(shù)提供各種形式滿足要求的配套蒸汽壓縮機(jī)。

營(yíng)創(chuàng)三征建設(shè)的MVR淡鹽水蒸發(fā)裝置，2014年初投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)運(yùn)行考核各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到和優(yōu)于設(shè)計(jì)預(yù)期。到2015年8月，二級(jí)蒸汽壓縮機(jī)振動(dòng)突然增大接近聯(lián)鎖停車(chē)值4.5 mm/s，停車(chē)對(duì)壓縮機(jī)解體檢查，發(fā)現(xiàn)葉輪多出開(kāi)裂嚴(yán)重變形，該公司專(zhuān)業(yè)人員分析認(rèn)為，葉輪制造存在質(zhì)量缺陷造成的損壞，但壓縮機(jī)制造單位瑞典Flackwoods公司專(zhuān)家認(rèn)為是操作過(guò)程系統(tǒng)喘震等一系列可能的原因，并且壓縮機(jī)1年的質(zhì)量保證期已過(guò)，外方不承擔(dān)任何責(zé)任，建議更換新葉輪，從瑞典Flackwoods原廠進(jìn)口報(bào)價(jià)90萬(wàn)元，且供貨周期6個(gè)月以上。

與國(guó)內(nèi)多家風(fēng)機(jī)廠交流后最終選擇由陜西鼓風(fēng)機(jī)有限公司制造，價(jià)格50萬(wàn)元，供貨周期2個(gè)月。新葉輪安裝調(diào)試投運(yùn)后，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到原設(shè)計(jì)水平，其中，重要考核指標(biāo)運(yùn)行振動(dòng)值，降到2.7 mm/s，優(yōu)于原廠葉輪運(yùn)行指標(biāo)3.6 mm/s。

蒸汽壓縮機(jī)是MVR蒸發(fā)工藝的核心設(shè)備，而葉輪又是壓縮機(jī)的核心部件，能做出好的葉輪，就意味著做好壓縮機(jī)已不是問(wèn)題，由此可見(jiàn)，蒸汽壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化可以實(shí)現(xiàn)。

一旦MVR技術(shù)全套國(guó)產(chǎn)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破，不僅設(shè)計(jì)費(fèi)用成倍的降低，特別是核心設(shè)備蒸汽壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化，將為建設(shè)單位節(jié)省2/3的壓縮機(jī)購(gòu)置費(fèi)，還會(huì)給后續(xù)備件采購(gòu)和運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)一系列方便，因此，未來(lái)采用MVR技術(shù)項(xiàng)目的投資會(huì)大幅度下降，自然會(huì)促進(jìn)該技術(shù)快速成長(zhǎng)，將使MVR技術(shù)的推廣徹底進(jìn)入良性發(fā)展階段?？梢灶A(yù)測(cè)，隨著中國(guó)政府節(jié)能減排政策的加強(qiáng)和企業(yè)面對(duì)越發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境需要，更多的工廠采用MVR蒸發(fā)技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)，將成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。

［1］閆成林，胡洪銘.機(jī)械蒸汽再壓縮機(jī)（MVR）技術(shù)在全鹵制堿工藝中的應(yīng)用.中國(guó)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