李 燕，彭賽軍

(中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京 100026)

1 問(wèn)題的提出

1.1 渤海灣地區(qū)海水淡化

渤海灣地區(qū)唐山、北京、天津、青島等地淡水資源缺乏;根據(jù)國(guó)家海水淡化規(guī)劃資料表明：天津、河北和山東“十三五”期間海水淡化目標(biāo)110萬(wàn)m3/d～125萬(wàn)m3/d。

1.2 渤海灣地區(qū)海鹽生產(chǎn)情況

渤海灣地區(qū)遼寧復(fù)州灣，河北唐山、滄州,天津塘沽、漢沽，山東東營(yíng)、青島、濰坊等沿海有大量的灘涂用于生產(chǎn)海鹽。我國(guó)環(huán)渤海鹽區(qū)鹽田萎縮情況見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)環(huán)渤海鹽區(qū)鹽田萎縮情況

根據(jù)全國(guó)2020年鹽產(chǎn)量9 640萬(wàn)t，其中環(huán)渤海鹽區(qū)遼寧、天津、河北和山東產(chǎn)鹽量約3 200萬(wàn)t/a。

1.3 渤海灣地區(qū)鹽化工產(chǎn)品情況

(1)2020年全國(guó)鉀肥年產(chǎn)量(折純)610.47萬(wàn)t、鉀肥需求量1 213萬(wàn)t。缺口約600余萬(wàn)t。

(2)2020年全國(guó)溴素產(chǎn)量10.5萬(wàn)t、溴素消費(fèi)量約15.5萬(wàn)t，缺口約5萬(wàn)t。

(3)氯化鎂。全國(guó)氯化鎂產(chǎn)能大，主要在青海；氯化鎂市場(chǎng)銷(xiāo)售量約120余萬(wàn)t，產(chǎn)能余量大。

(4)2020年全國(guó)燒堿產(chǎn)量3 643.2萬(wàn)t、純堿產(chǎn)量3 239萬(wàn)t，其中渤海灣地區(qū)有大連堿廠、唐山堿廠、天津堿廠、山東?；?、青島堿業(yè)、連云港堿廠等純堿、燒堿企業(yè)，渤海灣地區(qū)提供海鹽為兩堿原料鹽，海鹽生產(chǎn)占用土地約7 000 km2。

渤海灣地區(qū)分析:淡水缺乏;兩堿工業(yè)用鹽量大;海鹽生產(chǎn)規(guī)模大占用土地多、海鹽場(chǎng)土地退出較快；海鹽副產(chǎn)氯化鉀、溴素為短線產(chǎn)品，氯化鎂為長(zhǎng)線產(chǎn)品。文章提出海水淡化濃鹽水聯(lián)產(chǎn)燒堿純堿工藝：以海水為原料,采用反滲透、納濾海水淡化得到淡水、淡鹽水和濃鹽水； 濃鹽水蒸發(fā)、除鎂得到輕質(zhì)碳酸鎂產(chǎn)品和除鎂母液，除鎂母液循環(huán)至納濾；淡鹽水蒸發(fā)濃縮、空氣吹溴、凈化得到精制鹽水、氫氧化鎂和碳酸鈣；精制鹽水離子膜電解、合成得到液體燒堿產(chǎn)品和氯化氫；精制鹽水吸氨碳酸化得到重堿和重堿母液，重堿煅燒得到純堿產(chǎn)品；重堿母液與氯化氫反應(yīng)得到脫氨母液，脫氨母液高溫蒸發(fā)得到精制鹽和制鹽母液，制鹽母液低溫蒸發(fā)得到氯化銨產(chǎn)品和制銨母液，精制鹽循環(huán)至淡鹽水蒸發(fā)濃縮或成為產(chǎn)品。形成海水、淡水、鹽、鹽化工產(chǎn)業(yè)鏈, 電為主要能源、節(jié)省稀缺土地資源,是環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色低碳創(chuàng)新工藝路線。

2 問(wèn)題分析

2.1 循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈

海水淡化濃鹽水聯(lián)產(chǎn)燒堿、純堿工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 海水淡化濃鹽水聯(lián)產(chǎn)燒堿、純堿工藝流程圖

2.2 工藝流程描述

海水淡化采用反滲透工藝。3.5 °Be′海水反滲透濃縮得到7 °Be′濃鹽水；海水淡化濃鹽水分離采用納濾工藝。7 °Be′納濾分離一價(jià)、二價(jià)離子，得到含硫酸鎂、氯化鎂濃度較高的濃鹽水和含氯化鈉濃度較高的淡鹽水；采用機(jī)械壓縮蒸發(fā)納濾淡鹽水、濃鹽水濃縮工藝。納濾淡鹽水、濃鹽水分別經(jīng)冷凝水熱交換升溫度至沸點(diǎn)進(jìn)入機(jī)械壓縮蒸發(fā)裝置分別濃縮至25 °Be′飽和鹵水；淡鹽水濃縮25 °Be′飽和鹵水采用空氣吹出法溴素生產(chǎn)工藝。飽和鹵水經(jīng)酸化、氧化、吹出、堿液吸收、蒸餾得到溴素和制溴廢液；制溴廢液采用氯化鈣法除去硫酸根離子、兩堿法除去鈣鎂離子。制溴廢液分別加入氯化鈣，燒堿,純堿二步反應(yīng)，固液分離分別得到氫氧化鎂,碳酸鈣和一次精制鹵水；一次精制鹽水采用樹(shù)脂吸附法吸附鈣鎂離子得到二次鹽水，二次鹽水離子膜電解得到液體燒堿、氫氣和氯氣；氫氣和氯氣合成得到氯化氫輸送至純堿生產(chǎn)工序；一次精制鹵水采用吸收氨水、二氧化碳碳酸化，得到重堿和重堿母液，重堿煅燒得到純堿產(chǎn)品；重堿母液與氯化氫反應(yīng)得到脫氨母液，脫氨母液高溫蒸發(fā)得到精制鹽和制鹽母液，制鹽母液低溫蒸發(fā)得到氯化銨產(chǎn)品和制銨母液，精制鹽循環(huán)至淡鹽水蒸發(fā)濃縮或成為產(chǎn)品；納濾濃鹽水飽和鹵水加入純堿得到輕質(zhì)碳酸鎂產(chǎn)品和除鎂鹵水，除鎂鹵水循環(huán)至納濾工序。

2.3 工藝過(guò)程計(jì)算

2.3.1 計(jì)算規(guī)模

海水淡化處理海水能力3 200萬(wàn)m3/a；產(chǎn)品淡水3 140萬(wàn)m3/a；溴素0.3萬(wàn)t/a;氫氧化鎂8.8萬(wàn)t/a；輕質(zhì)碳酸鎂7.8萬(wàn)t/a；燒堿15萬(wàn)t/a、純堿60萬(wàn)t/a、氯化銨80萬(wàn)t/a。

2.3.2 工藝計(jì)算及消耗指標(biāo)

2.3.2.1 海水淡化工藝

海水淡化采用反滲透工藝，海水3 200萬(wàn)m3/a;生產(chǎn)淡化水1 600萬(wàn)m3/a;生產(chǎn)7 °Be′濃鹽水1 600萬(wàn)m3/a。原料海水(3.5 °Be′)、濃鹽水(7 °Be′)組成及1 t淡水能耗見(jiàn)表2～表4。

表2 原料海水成分表(3.5 °Be′)

表3 濃鹽水成分表 (7 °Be′)

表4 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(噸淡化水計(jì))

2.3.2.2 海水淡化濃鹽水分離工藝

海水淡化濃鹽水分離采用納濾工藝，7 °Be′濃鹽水1 600萬(wàn)m3/a;生產(chǎn)淡鹽水1 479萬(wàn)m3/a、濃鹽水121萬(wàn)m3/a。納濾工藝淡鹽水、濃鹽水成分見(jiàn)表5。1 m3濃鹽水能耗見(jiàn)表6。

表5 納濾淡鹽水、濃鹽水成分表

表6 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(1 m3濃鹽水計(jì))

2.3.2.3 納濾淡鹽水、濃鹽水濃縮工藝

表7 25 °Be′鹵水主要成分表

表8 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(1 m3飽和鹵水計(jì))

2.3.2.4 溴素生產(chǎn)工藝

飽和鹽水采用空氣吹出法生產(chǎn)溴素。溴素0.30萬(wàn)t/a(見(jiàn)表9、表10)。

表9 制溴母液組成

表10 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(1 t溴計(jì))

2.3.2.5 鹵水凈化工藝

制溴廢液分別加入燒堿、純堿二步反應(yīng)，固液分離分別得到氫氧化鎂,碳酸鈣和一次精制鹵水，一次精制鹵水作為制燒堿和純堿原料，氫氧化鎂8.8萬(wàn)t/a；輕質(zhì)碳酸鎂7.8萬(wàn)t/a;一次精制鹵水產(chǎn)量479.48萬(wàn)m3/a(見(jiàn)表11、表12)。

表11 一次精制鹵水成分表

表12 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(1 m3精制鹵水計(jì))

2.3.2.6 燒堿工藝

一次精制鹽水使用樹(shù)脂吸附該鎂離子得到二次鹽水，二次鹽水離子膜電解得到液體燒堿、氫氣和氯氣；氫氣和氯氣合成得到氯化氫輸送至純堿生產(chǎn)工序，燒堿15萬(wàn)t/a；鹽酸13.5萬(wàn)t/a(見(jiàn)表13)。

表13 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(1 t燒堿計(jì))

2.3.2.7 純堿工藝

一次精制鹵水吸收氨水、二氧化碳碳酸化，得到重堿和重堿母液，重堿煅燒得到純堿產(chǎn)品；重堿母液與氯化氫反應(yīng)得到脫氨母液，脫氨母液高溫蒸發(fā)得到精制鹽和制鹽母液，制鹽母液低溫蒸發(fā)得到氯化銨產(chǎn)品和制銨母液，精制鹽循環(huán)至淡鹽水蒸發(fā)濃縮或成為產(chǎn)品，純堿60萬(wàn)t/a；氯化銨80萬(wàn)t/a(見(jiàn)表14)。

在式(10)～式(11)中：y0(i)是不帶噪信號(hào)，y1(i)為處理后的數(shù)據(jù),n是處理信號(hào)的總長(zhǎng)度.Rs,n值越高體現(xiàn)了去噪后的純凈程度越好，摻雜的噪聲越少；Er,m,s值越低代表了處理后數(shù)據(jù)越貼近真實(shí)值.

表14 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(1 t純堿計(jì))

2.3.2.8 納濾鹽水飽和鹵水除鎂工藝

納濾鹽水飽和鹵水加入純堿得到輕質(zhì)碳酸鎂和除鎂鹵水，除鎂鹵水循環(huán)至納濾工序，輕質(zhì)碳酸鎂7.8萬(wàn)t/a；除鎂鹵水65.34萬(wàn)m3/a(見(jiàn)表15、表16、表17)。

表15 除鎂鹵水成分表

表16 主要原材料、燃料、動(dòng)力消耗指標(biāo)(1 t輕質(zhì)碳酸鎂計(jì))

表17 公用工程動(dòng)力需要量

2.4 工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.4.1 工藝規(guī)模和產(chǎn)品方案

建設(shè)規(guī)模。海水淡化處理能力3 200萬(wàn)m3/a；產(chǎn)品淡水3 140萬(wàn)m3/a；溴素0.30萬(wàn)t/a;氫氧化鎂8.8萬(wàn)t/a；輕質(zhì)碳酸鎂7.8萬(wàn)t/a；燒堿15萬(wàn)t/a、純堿60萬(wàn)t/a、氯化銨80萬(wàn)t/a。

產(chǎn)品方案。淡水、溴素、氫氧化鎂、輕質(zhì)碳酸鎂、燒堿、純堿、氯化銨。

2.4.2 工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析指標(biāo)匯總表見(jiàn)表18。

表18 工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析指標(biāo)匯總表

續(xù)表18 (Continue)

3 結(jié)論

1)采用技術(shù)成熟可靠。海水淡化、納濾分鹽、鹵水凈化精制、機(jī)械壓縮蒸發(fā)濃縮、空氣吹出法制溴、復(fù)分解法生產(chǎn)碳酸鎂、離子膜電解制堿和熱法聯(lián)堿均為成熟技術(shù)。

2)市場(chǎng)有保障。淡化水用于缺水地區(qū)；溴素為短線產(chǎn)品；氫氧化鎂、輕質(zhì)碳酸鎂、燒堿、純堿、氯化銨產(chǎn)品參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)具有較強(qiáng)的能力。

3)具有經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益和環(huán)境友好效益。

根據(jù)上述初步分析，該海水淡化及濃鹽水綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，積極的社會(huì)效益和友好的環(huán)境效益。