离子膜烧碱工艺中能耗问题分析研究

离子膜烧碱工艺中能耗问题分析研究

白茂林

新疆圣雄氯碱有限公司  838100

摘要：氯碱工艺在国内起源于上世纪90年代，氯碱产品广泛应用于人们的日常生活和国防经济建设中。所采用的原料容易获取，工艺技术生产过程时间短，产能量大，电解法得到的次生产品也可应用于诸多行业。但该工艺在生产过程，面临着两大问题，一个是市场需求与实际产能的对应关系，当发生产能过剩时，产生的附带产品氯气等，具有有毒、易燃、易爆、腐蚀性强等特点，而该类产品在大量存储和运输过程，势必要投入大量的成本，并且具有很高的风险。

关键词： 离子膜；烧碱工艺；能耗；优化

1.离子膜法烧碱工艺优点

1.1能耗较低。离子膜法不需要进行蒸发，能够减少该步骤能耗，此外，电解以及水循环工段能耗也会相应减少，从而降低能耗。

1.2污染小。离子膜法烧碱工艺中产生的废液以及废气都可以循环使用，几乎不会对环境造成破坏。

1.3产品纯度高。离子膜法烧碱工艺能够生产出高品质的产品，其纯度能够满足化纤行业生产的要求。

1.4生产安全性高。离子膜法烧碱工艺生产灵活稳定，电解槽能够适应大幅度的电流变化，灵活控制生产，此外，离子膜法烧碱工艺操作简便，维护简单，降低了工人的工作强度。

2.烧碱工艺中能耗问题分析

2.1电解液中电耗能的问题。

产生电耗过大的问题，主要是因为在整个离子膜的电解过程中，电解质中在不断电解过程中会增加了大量的杂质，而在生产中影响的有NH4对电解槽的电流效率有影响的Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Hg2+、I、SO42-、SiO2，会导致电压升高的Mg2+、Ni2+、Fe2+、Al3+、SiO2。特别是在电解压处理过程中，企业使用除I-技术I-与盐水中的Ba2+形成碘酸钡和高碘酸钡，此化合物阻止了BaSO4沉淀的形成，又阻止了螯合树脂的吸附，它们随精盐水进入电解槽，渗透到离子膜内部，从而影响电解槽的电流效率，造成能耗过大。因此，虽然各生产企业使用电解液的质量（如海盐、井矿盐、湖盐）、电解槽电解过滤能力不同，其中所杂质含量各有区别，但离子膜法电解系统对电解液的要求基本一致。电解液精制是将电解液中的有害物质通过特定工艺技术除掉，以达到离子膜电解槽的使用要求。

2.2蒸发工段能耗问题

在企业实际的生产过程当中，一次实际的离子膜烧碱过程如下：在电解液精制反应器内加入纯碱、烧碱，使电解液中的Ca2+、Mg2+生成沉淀，经过道尔澄清桶沉降分离，再经过砂滤器过滤大量的杂质。一次盐水经涂有α-纤维素的碳素烧结管过滤器，除去固体悬浮物。Na2SO3加入盐水中，去除其中的游离氯；配制好的α-纤维素先预涂碳素烧结管，另一部分与盐水一起加入过滤器，以防止过滤元件堵塞和延长过滤周期，过滤器交替使用，定期反洗。电解过程中通过蒸发过滤杂质，就需要增加大量的加热和冷却，但传统初冷器冷却一般都采用水池、冷却塔、水泵及连接管道组成的敞开式冷却系统，冷却效果差、能耗高、焦油产量低。

3.化工工艺离子膜烧碱生产系统节能改造措施

3.1以膜法脱硝代替钡法脱硝

（1）钡法脱硝技术

该化工企业烧碱生产装置原来主要应用钡法脱硝技术进行处理，其主要原理为：钡离子和硫酸根离子结合获得硫酸钡沉淀，随后经过澄清处理去除其中的固体。这种处理方法的优点在于：适合对任意含量范围硫酸根离子的去除，而且所应用设备投资较小，实际操作过程简单。而缺点在于：氯化钡属于剧毒物，对于生产过程副产物和氯化钡包装物进行回收的难度较大，工作人员如果长期与氯化钡溶液接触会直接威胁其身体健康。生产工艺运行费用较高，该企业12万t每年生产装置的氯化钡单耗约为27kg/t，每年需消耗氯化钡量约为3240t。除此之外，盐水当中的钡离子会对离子膜形成污染，更换频率较高。

（2）膜法脱硝技术

该处理工艺实际上属于膜浓缩+冷冻脱硝，并应用高分子纳滤膜结合物理方式完成对硫酸根离子的分离。在让浓水当中硫酸根离子浓度达到50g/L之后，对浓硝盐水进行冷冻处理，让硫酸钠形成结晶并析出，经过离子分类，在盐水系统中将结晶滤除。这一处理工艺的主要优势在于：①无毒无害。由于在应用此工艺进行生产的过程中不会应用到精制剂，所以盐水系统并不会产出对离子膜形成危害的一些杂质离子；②排放低（几乎可达到零排放）。其生产过程中所产生的副产物芒硝纯度非常高，可将其作为一种产品进行销售，并且此过程没有废液和废渣排出；③长期处于安全、稳定的运行状态，实际消耗较低。工艺配置的合理化能够在很大程度上实现对脱硝工程所产生冷量的回收，以缩减冷冻脱硝过程当中由于设备堵塞对正常生产活动的影响；④应用PLC进行全自动控制，需要的工作人员数量较少，而且运行稳定性和可靠性高。

3.2氯气液化机组升级

该化工企业化学氯气液化以往应用6台国产的氟利昂液化机组，其单台产能约为2万t每年，其中四台机组运行，两台备用。由于该机组运行应用时间较长，设备已然较为陈旧，实际制冷效率低，耗电量高，而且故障问题频发，运行维修费用高。企业管理人员经过市场调研发现，同行业企业大都应用性能更高的氯气液化机组，其实际制冷效率更高，并且采取自动化控制模式，可以实现对负荷的自动调节，并不需要配置人员进行管理，不但减少了由于人为操作失误而引发的事故问题，确保生产运行的安全性，同时还降低了人员劳动强度，其实际所需运行维修费用大幅降低。经过论证分析，企业决定购置1台10万t每年液化能力的高性能机组，对原有液化机组进行替代。这一举措不仅节约了生产用电量，也降低了氟利昂消耗与维修费用投入。

3.3氯化氢合成余热回收利用

该化工企业目前对氯化氢合成热主要利用循环水进行降温吸收的处理方式，氯化氢合成热并没有得到科学利用。经过考察之后发现，目前国内副产蒸汽合成炉的相关技术已然较为成熟，其节能效益非常可观，企业管理层决定购置1台31%浓度盐酸每日生产能力为90t的副产蒸汽合成炉，将蒸汽用于氯酸盐分解以及淡盐水加热，并配置闪蒸罐、降膜吸收器以及尾气吸收塔等设备。按照该化工企业目前每天43t的盐酸产量进行计算，每天可以产出副产蒸汽9t，全年约3000t，并且能使循环冷却水泵降低约30%的负荷，实际经济效益可观。

3.4化盐系统升级

企业离子膜烧碱装置中所配置的一次盐水工序化盐桶经过十余年的应用，已经呈现出比较严重的泄漏情况。经考察发现，应用地下化盐池进行化盐处理具有产能更大、清泥过程便利、投资较小、维护费用较低以及可以依据市场变化采用优质精制盐等特征。就节能降耗以及运行管理两方面来说，采取化盐池具备以下几个方面的优势：

（1）能够减少对1台粗盐水输送泵的应用，其额定功率是55kW，每年能够节约电能40万kW·h；

（2）实际维修费用投入几乎为零。

（3）能够在很大程度上降低以人工形式挖盐泥过程的劳动投入，继而缩减挖盐泥所需费用。

（4）为将精制盐当作生产原料创造了有利条件，因此在原盐采购方面又多出一条选择渠道。

结语：

随着世界经济的快速发展，烧碱的需求量也越来越大，虽然我国目前的烧碱的生产总量处于世界的领先地位，但是在相关生产工艺及生产技术方面还处于初始落后阶段。因此合理的进行烧碱生产工艺的改进及优化，能够有效的提高烧碱的生产总量和生产效率，促进我国烧碱产业和生产技术的快速发展。

参考文献：

[1]刘锋.化工工艺离子膜烧碱生产系统的节能研究[J].化工管理，2018（13）：176-177.

[2]黄斌，李佳慧.烧碱蒸发工艺现状及节能改造的建议分析[J].化工管理，2017（5）：47.

[3]魏占鸿，魏羚宇.40万t/a离子膜烧碱电解节能技术的应用[J].中国氯碱，2018（11）：5-8.