魯炳文，莫平山

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海格爾木 816099)

1 前言

金屬鎂裝置自2016-07投料試車(chē)以來(lái)，由于原海德魯工廠的設(shè)計(jì)出現(xiàn)的偏差及工藝路線、設(shè)備管理等諸多問(wèn)題使得中間產(chǎn)品無(wú)水氯化鎂產(chǎn)量低，產(chǎn)品產(chǎn)量低；副產(chǎn)品濃度不能滿足下游裝置，造成PVC&鉀堿裝置無(wú)法接受氯氣，核心設(shè)備問(wèn)題多、故障率高；脫水單元腐蝕嚴(yán)重、車(chē)間內(nèi)有毒有害氣體及粉塵不達(dá)標(biāo)。

2 金屬鎂廠情況簡(jiǎn)介

鎂業(yè)公司是以金屬鎂裝置為中心，PVC&鉀堿裝置以氯氣平衡為副線展開(kāi)的裝置。金屬鎂裝置用生產(chǎn)鉀肥的副產(chǎn)物水氯鎂石作為原料，主產(chǎn)品金屬鎂錠10萬(wàn)t/a用于外銷(xiāo)，副產(chǎn)物氯氣30萬(wàn)t/a可用于PVC的生產(chǎn)，其裝置生產(chǎn)工序主要由鹵水精制工序、脫水工序、電解工序、鑄造工序、公輔工序等組成，其中，生產(chǎn)金屬鎂工藝中最重要的工序是脫水工序和電解工序,脫水工序中的核心設(shè)備空氣干燥器及氯化氫干燥器中，在不同溫度下會(huì)發(fā)生許多化學(xué)反應(yīng)甚至是可逆反應(yīng)，并且產(chǎn)生有腐蝕性的HCl及水，增加了生產(chǎn)工藝及設(shè)備控制的難度，這也是生產(chǎn)金屬鎂工藝中的關(guān)鍵工序也是難點(diǎn)，其方程式有:

MgCl2·6H2O→MgCl2·4H2O+2H2O↑

MgCl2·4H2O→MgCl2·2H2O+2H2O↑

MgCl2·2H2O→MgCl2·H2O+H2O↑

MgCl2·2H2O→MgOHCl+HCl↑+H2O↑

MgCl2·H2O→MgCl2+H2O↑

MgCl2·H2O→MgOHCl+HCl↑

MgOHCl+HCl(g)→MgCl2+H2O↑

3 工藝流程簡(jiǎn)圖(圖1)

圖1 金屬鎂生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of Magnesium metal production

4 典型突出問(wèn)題

4.1 鹵水精制化鹽能力不足

目前，鹵水精制能夠達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的60%，能滿足5萬(wàn)t/a～6萬(wàn)t/a金屬鎂的生產(chǎn)需求，無(wú)法滿足脫水單元滿負(fù)荷要求。原化鹽系統(tǒng)工藝流程有誤，為此局部改變鹽水的工藝流程，已委托中藍(lán)連海設(shè)計(jì)院在鹽田增加化鹽裝置。

4.2 電解單元現(xiàn)場(chǎng)電解槽陽(yáng)極損壞較多，進(jìn)電解槽原料(無(wú)水氯化鎂顆粒、外購(gòu)的氯化鈉)中含水量超標(biāo)，電解槽系統(tǒng)密封不嚴(yán)

水量超標(biāo)造成的后果：電解過(guò)程中產(chǎn)生氫氣，發(fā)生閃爆破壞電解槽本體密封，同時(shí)有損壞陽(yáng)極的風(fēng)險(xiǎn)；生成氧化鎂渣量大；電流效率降低；水蒸汽隨氯氣進(jìn)入氯氣管道，水蒸汽冷凝后與氯氣反應(yīng)生成鹽酸和次氯酸致使設(shè)備、管道腐蝕；水蒸汽進(jìn)入布袋除塵器，凝結(jié)水與粉塵粘結(jié)到布袋上，影響布袋除塵器的效率。

系統(tǒng)密封不嚴(yán)造成后果：大量空氣進(jìn)入氯氣系統(tǒng)，氯氣濃度降低，影響PVC&鉀堿廠的正常生產(chǎn)；空氣中的氧氣與石墨陽(yáng)極反應(yīng)，陽(yáng)極消耗加快；空氣進(jìn)入電解槽以及氯氣輸送系統(tǒng)后，在相對(duì)濕度較大時(shí)，空氣中的水分會(huì)被帶入系統(tǒng)；空氣進(jìn)入電解槽中過(guò)多，空氣中的氧氣和氮?dú)夥謩e與鎂液反應(yīng)，生成氧化鎂及二氮化三鎂，增加渣量，降低電流效率；導(dǎo)致電解槽操作不穩(wěn)定。

4.3 儀控系統(tǒng)不完善

造成后果：原設(shè)計(jì)電解槽負(fù)壓通過(guò)調(diào)節(jié)氯風(fēng)機(jī)的頻率控制，目前由于儀控系統(tǒng)不完善，使負(fù)壓無(wú)法自動(dòng)控制；當(dāng)負(fù)壓過(guò)大時(shí)，進(jìn)入氯氣輸送系統(tǒng)(雷德勒輸送機(jī)、布袋除塵器)的粉塵量加大，布袋除塵器的負(fù)荷增大，同時(shí)進(jìn)入空氣量增大，降低氯氣濃度；氯氣濃度在線分析儀無(wú)法準(zhǔn)確顯示，給生產(chǎn)控制造成困難；雷德勒未安裝速度傳感器，因此，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)雷德勒輸送機(jī)的斷鏈、跳鏈。

4.4 脫水單元含酸廢水排量大

脫水單元的HCl的設(shè)計(jì)消耗小于1%廢水直接外排，正常為閉路循環(huán)，實(shí)際運(yùn)行中消耗為設(shè)計(jì)量的數(shù)倍，這些多余的量一部分至廢酸中，一部分至環(huán)境空氣中。脫水單元廠房?jī)?nèi)大量含酸廢水對(duì)廠房結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重腐蝕；含酸廢水介質(zhì)對(duì)管道、襯里管道及葉輪等設(shè)備腐蝕；含酸廢水對(duì)電氣元件、盤(pán)柜在酸性環(huán)境中腐蝕嚴(yán)重。含酸廢水水量不平衡腐蝕，影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，需從工藝及操作上采取根本措施，改進(jìn)工藝流程、改善工藝操作，最大程度地避免跑冒滴漏現(xiàn)象，降低強(qiáng)酸及粉塵環(huán)境對(duì)設(shè)備腐蝕影響，并委托華陸設(shè)計(jì)院增加含酸廢水用石灰中和的裝置。

4.5 設(shè)計(jì)偏差

脫水單元部分設(shè)備、管道及儀表部件的選材方面出現(xiàn)了偏差，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，不僅加大了設(shè)備、管道的故障率，同時(shí)選用的不耐鹽酸腐蝕的inconel600已經(jīng)帶入物料流,污染了最終產(chǎn)品；脫水單元空氣干燥尾氣洗滌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與原HYDRO工廠實(shí)際優(yōu)化成的填料塔不同，已導(dǎo)致目前試生產(chǎn)過(guò)程中空氣尾氣系統(tǒng)失衡等問(wèn)題；原海德魯工廠設(shè)計(jì)的氯化氫干燥器噴淋洗滌塔應(yīng)急加酸管道及優(yōu)化后的脫氣槽尾氣大管徑管道，公司方實(shí)際并未設(shè)計(jì)，造成了在運(yùn)行過(guò)程中管道系統(tǒng)、換熱器等的堵塞、氣體脫出不暢、壓力難以達(dá)到大氣壓、離心機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題的出現(xiàn)；原海德魯工廠不純蒸汽洗滌塔設(shè)計(jì)為FRP篩板塔，而甲方誤優(yōu)化成了不能完全適應(yīng)實(shí)際工況的鋼襯PTFE填料塔，故障率高。

4.6 氣力輸送單元

無(wú)水氯化鎂的輸送系統(tǒng)與原海德魯設(shè)計(jì)出現(xiàn)了較大的偏差，氣力輸送單元存在輸送量小于設(shè)計(jì)負(fù)荷，物料消耗遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)指標(biāo)。目前已出現(xiàn)了在氯化鎂輸送過(guò)程中，整個(gè)電解廠房彌漫著氯化鎂粉塵，若物料量提高時(shí)，環(huán)境會(huì)進(jìn)一步惡化，這不僅影響電解正常生產(chǎn)及增大物料的損耗，電解車(chē)間粉塵問(wèn)題嚴(yán)重，影響到電力系統(tǒng)、電解槽自身的安全運(yùn)行及生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。

4.7 氯氣平衡

目前金屬鎂裝置、30萬(wàn)t/a PVC裝置、50萬(wàn)t/a PVC裝置及30萬(wàn)t/a鉀堿裝置均處于試車(chē)試生產(chǎn)階段，生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到滿負(fù)荷連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，金屬鎂裝置副產(chǎn)的氯氣濃度和產(chǎn)量均不穩(wěn)定、波動(dòng)大，無(wú)法用于PVC裝置，產(chǎn)生的不合格氯氣用堿液吸收，增加了產(chǎn)品的浪費(fèi)及成本的增加。協(xié)調(diào)好氯氣與PVC系統(tǒng)的平衡銜接，解決氯氣不能平衡的癥結(jié)，這主要體現(xiàn)在電解槽爪渣操作、石墨陽(yáng)極更換、氯氣罩、氯風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)、雷德勒輸送系統(tǒng)等在操作、管理及設(shè)計(jì)上都有弊端。

5 問(wèn)題探討

(1)三氯化氮。30萬(wàn)t/a鉀堿裝置所用原料來(lái)自鉀肥分公司生產(chǎn)的氯化鉀，其在生產(chǎn)過(guò)程中加入了浮選藥劑，藥劑中含有大量無(wú)機(jī)胺和有機(jī)胺(總胺含量≤4 mg/kg，實(shí)際值>30 mg/kg)，故在電解出的氯氣中含大量的三氯化氮；金屬鎂裝置生產(chǎn)金屬鎂的原料是鹽湖提取鉀鹽后的老鹵，其中含有氨氮量，水氯鎂石經(jīng)脫水后電解，在陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣中也會(huì)混有一定量的三氯化氮。三氯化氮在管道或設(shè)備中一旦聚集到一定程度極易發(fā)生爆炸，給裝置的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)重大安全隱患。氯氣中去除三氯化氮的方法，目前在30萬(wàn)t/a鉀堿裝置增加了一套除氨裝置，也考慮了從老鹵源頭對(duì)氨氮含量進(jìn)行控制，盡可能采用氨氮含量低的老鹵來(lái)灘曬水氯鎂石，但問(wèn)題仍存在。

(2) 電解質(zhì)粒度及MgCl2粒度。脫水單元生產(chǎn)的無(wú)水氯化鎂顆粒影響到電解單元的產(chǎn)能，在造粒塔內(nèi)控制好水氯鎂石臨界粒度，找到合適粒徑的水氯鎂石的顆粒，可以增加無(wú)水氯化鎂產(chǎn)能，減少粉塵，增加氣力輸送能力，但改變水氯鎂石的粒徑，會(huì)對(duì)空氣干燥器及氯化氫干燥器有一定的影響，需進(jìn)行試驗(yàn)研究。另外，電解槽中電解質(zhì)的顆粒粒徑也有一定影響度：粒度太大，會(huì)降低生產(chǎn)能力；粒度太小時(shí)，會(huì)造成加入的原料漂浮在熔融液上方，堵塞氯氣的及時(shí)排出，造成電解槽的電流效率下降。

6 小結(jié)

化工行業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是復(fù)雜而危險(xiǎn)的，金屬鎂生產(chǎn)工序包括物料平衡、負(fù)荷平衡、能量平衡、工序平衡、設(shè)備能力平衡等環(huán)節(jié)的產(chǎn)能與工序間的匹配，做好整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)平衡會(huì)降低生產(chǎn)過(guò)程的空載率和設(shè)備安全與運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在金屬鎂生產(chǎn)工藝中，工藝指標(biāo)的把控及設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)從基礎(chǔ)工作做起，嚴(yán)格按照工藝規(guī)程及操作規(guī)程精心操作，對(duì)原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行消化吸收及后期的優(yōu)化，掌握與維護(hù)好原海德魯工廠的操作，使員工在本職崗位上發(fā)揮最大作用。