天脊煤化工集团股份有限公司、天脊集团钾盐有限公司创新开发的一种离子交换法生产硝酸钾节水减排的新工艺，因节水减排效果显著，可让硝酸钾老装置老工艺“焕发青春”，入选了《石化绿色工艺名录（2021年版）》。
耗水回水是难题
“绿色化工、清洁生产”是现代化工行业高质量发展的一大主题。但重要农用肥原料硝酸钾的传统生产工艺的耗水量和排放的污水量很大。传统的硝酸钾生产工艺采用原离子交换法，一个周期有7个阶段，生产1吨产品，仅第三阶段接受氯化铵和第七阶段水洗过程就会消耗43吨新鲜水，全过程废水排放量约44吨，
为实现废水无外排，企业会将废水进行回用。但废水回用又产生了三大难题：一是在保证废水回用不对系统操作造成太大不利影响的同时，要保证废水全部回用，两者之间存在矛盾;二是废水回收后，生产系统出现一定程度的失衡，降低了硝酸钾产量;三是透析铵、透析钾含量升高，不仅影响系统正常运行，也造成了产品质量的波动。
改进工艺过难关
为解决上述问题，技术团队经过多次讨论确定了技改方向，并在生产装置中进行实践。通过多次工艺调整，新工艺实现了废水不外排并分级回收利用，创造性地解决了传统工艺中废水排放量大及超标排放的难题，降低了新鲜水的用量，最终实现废水无外排、系统全利用。
他们研发的新硝酸钾生产工艺将原来的7个阶段调整为6个阶段，取消了传统工艺的第五阶段正洗，即在第二次反洗后直接进行上硝铵阶段。这样一来，既减少废水量，解决了水平衡问题，又缩短工艺流程，提高了硝酸钾产量。新工艺还将过程中产生的废水分为储备槽废水和废水槽废水两类进行回收和循环利用。该工艺实施后，每一个完整循环，少回收废水10吨，回收的废水也完全能满足交换用水的需要。同时，随着过程中废水量的减少，硝酸钾和氯化铵的接收浓度也随之提高。同时，新工艺还采取了三效蒸发，充分利用工艺蒸汽对物料进行预热，缩短了蒸发时间，大幅降低一次蒸汽的用量。
此外，在新工艺的开发和试运行过程中，技术团队还解决了几项技术难题。他们通过调整确定新的分析指标和强化过程分析，解决了废水回收后影响树脂再生的问题;通过根据环境温度变化提高原料溶液浓度，缩短上铵、上钾时间，使离子交换柱总的运行周期满足生产需要等措施，解决了接收时间延长、工艺冷凝液增多影响生产负荷的问题;通过提高原料浓度，控制反洗1和反洗2的流速和时间，减少进水和排水量，并通过用冷凝液预热物料降低冷凝液温度以满足系统要求等措施，解决了水平衡问题;通过确定透析铵、透析钾的最高限值，并添加副料，解决了透析铵、透析钾浓度高的问题;通过更换相关设备、管道及材料，解决了废水回用后，相关设备腐蚀增大的问题。
节水降耗双获利
在运行成本方面，以年产硝酸钾7637.9吨为例，新工艺每吨产品原料消耗氯化钾0.75吨，较传统工艺减少了0.12吨，预计年可节省成本211.8万元;年新鲜水用量0.072万吨，较传统工艺减少了30.53万吨，节省成本117.84万元。
在生产能耗方面，新工艺每吨产品消耗蒸汽3.47吨，较传统工艺减少了4.52吨。此外，新工艺实施后，完全消除了装置对水体的污染，每年可减少排放26.73万吨废水，实现利润60.81万元。
通过强化控制过程和多级提浓减排，新工艺提高了副产品氯化铵的产量，降低了生产成本，进一步提高了市场竞争力。该工艺也先后获得中国石油和化学工业专利奖优秀奖，氮肥、甲醇行业技术进步奖三等奖等。（中国化工报 刘冰逸）
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