氯碱行业节能技术分析

赵学军，杨振军，林新伟，马浩，沈文慧

（滨化集团股份有限公司，山东滨州256600）

氯碱行业节能技术分析

赵学军，杨振军，林新伟，马浩，沈文慧

（滨化集团股份有限公司，山东滨州256600）

介绍了氯碱行业能源消耗现状及相关政策，分析了氯碱行业中最新节能技术及应用前景。

氯碱；节能技术；能源管理体系

氯碱生产在中国经济发展过程中作用十分重要。氯碱作为一种基础性的化工产业，在最近几年得到了快速的发展。氯碱行业属能源密集型行业，主要体现在烧碱生产的电耗方面。

1 节能技术分析

随着氯碱行业的快速发展，引进了节能的技术，配置较先进的设备，促进了氯碱行业节能减排水平不断提高，实现了可持续发展的目标。

1.1 氧阴极（ODC）技术的应用

随着对燃料电池开发研究的深入，人们开始意识到可以将其使用的气体扩散电极（GDE）技术引入氯碱工业中来降低电耗，应用于氯碱工业中的GDE称为ODC。借鉴燃料电池的原理，用多孔气体扩散材料作为阴极，使O2在阴极发生还原反应生成OH-，从而抑制H2的形成。ODC型电解示意图见图1。

ODC电解的主要电化学反应如下：

图1ODC氯碱电解示意图

在中国，氯碱工业的总耗电量占整个工业用电的5%左右，其电能主要消耗在氯碱工业的核心装备—离子膜电解槽上，因此，中国也积极加入到国际行列，研究新型离子膜电解槽制备技术—ODC离子膜电解槽。

在河北沧州大化黄骅氯碱有限公司所属的“中国化工电解技术产业化基地”内，建成的国内首台五千吨级的ODC离子膜电解槽实验装置已于2012年6月30日通过中国石化联合会组织的专家72 h考核，各项指标达到的课题任务书提出的相关设计要求，尤其是氯碱电解节电达到30%左右，目前北京蓝星正与国内几家氯碱企业探讨，确定更大规模的产业化示范项目。

2014年2月，滨化集团股份有限公司和伍德迪诺拉公司在山东滨州签订8万t/a烧碱装置合同，这是伍德迪诺拉公司全球第一个盐水氧阴极电解专利技术装置合同工厂。该合同项目分为两期实施，一期4万t/a装置于2015年9月已开车成功。

ODC离子膜电解槽因为阴极没有H2析出，降低了阴极放电电位，一般使单槽电压下降0.85～1.00V，吨碱直流电耗下降600～700 kW·h，若工业用电价格按0.6元/kW·h计算，直流电耗吨碱可节约成本360～420元人民币，其经济效益十分显著。

但是该技术应用需根据企业的自身情况而定，一方面是新技术的成本问题，ODC电极、新型电解槽和所需O2的费用；另一方面，H2的性质和市场利用前景。事实上，用ODC技术每生产1 t烧碱就少生产285 m3的H2，若世界30%的氯碱电解改为ODC技术，ODC技术生产3 900万t/a烧碱就少生产H297.5万t/a。若企业生产的氢气无法消耗的话，采用ODC技术将会给公司带来巨大的效益[1]。

1.2 陶瓷膜的应用

在日益重视节能减排、技术革新的今天，中国氯碱行业积极推动产品结构调整、资源配置优化，离子膜制碱工艺在行业的迅速推广，对盐水精制质量提出非常高的要求。

陶瓷膜法直接过滤工艺是近年新兴的一次盐水精制技术，其独到的过滤技术、投资省、占地少以及优良的操作弹性倍受广大氯碱企业的青睐[2]。

陶瓷膜法直接过滤工艺的优点明显，相对传统工艺和有机膜法过滤，减少了澄清桶、砂滤和预处理，简化了流程，有效降低投资成本，减少占地面积；克服传统工艺中带来的硅污染，且无须对粗盐水进行分段复杂的前处理，只要过碱量控制稳定，反应停留时间足够，经过陶瓷膜过滤之后即可得到合格的精盐水；不受原盐中钙镁比例偏差大的影响，降低对原盐的要求。

1.3 二次盐水精制树脂寿命延长

若树脂寿命和活性较差二次盐水Ca2+、Mg2+含量超标会造成电解槽离子膜污染，Ca2+含量超标使离子膜电解槽电流效率下降，Mg2+含量超标会造成离子膜电解槽槽电压升高，电压效率下降，并缩短离子膜使用寿命，严重者甚至报废，给企业带来不可挽回的经济损失。

天津渤天化工有限责任公司采用南通三圣化工科技有限公司技术充分改善树脂塔的运行环境，使离子交换树脂能够在较长时间内保持良好活性，螯合吸附能力得到最大发挥，从而大幅度延长树脂塔的运行周期。

采用二次盐水精制离子交换树脂塔运行周期延长技术后，对于旭化成二次盐水精制工艺而言，每台采用二次盐水精制离子交换树脂塔运行周期延长技术后，进槽盐水质量得到改善，对降低槽电压，提高电流效率会起到积极作用。

采用二次盐水精制离子交换树脂塔运行周期延长技术后，酸性、碱性废水排放量大大减少，同时使整个烧碱系统水平衡得到进一步优化，降低了污水处理费用，对促进企业节能环保、低碳发展具有积极作用。

天津渤天化工有限责任公司已将树脂塔每天再生一台次改为每10天再生一台次[3]。

1.4 三效逆流离子膜烧碱蒸发浓缩技术

三效逆流蒸发工艺中，蒸发的操作流程为逆流，即碱液的流向与加热蒸汽的流向相反。因其充分利用了蒸汽的热量，同传统的二效蒸发及三效顺流工艺相比，三效逆流及多效蒸发具有汽耗低的显著特点。基本原理为32%碱液通过原液碱泵送到Ⅲ效加热器，蒸发浓缩后的碱液由Ⅲ效碱泵送到进Ⅱ效加热器，碱液在Ⅱ效加热器与壳程加热蒸汽进行间接换热使温度升至沸点，蒸发浓缩后的碱液由Ⅱ效碱泵送到Ⅰ效加热器进行间接加热升温蒸发，碱液在Ⅰ效加热器里与管间加热蒸汽进行间接换热使温度升至沸点，最后从Ⅰ效加热器底部流出进入Ⅰ效蒸发罐，沸点状态下的碱液进入Ⅰ效蒸发罐后产生急剧蒸发浓缩，这时碱液浓度为50%。碱液温度约170℃，由Ⅰ效碱泵出料并经成品冷却器与循环冷却水进行间接换热冷却，最后从成品冷却器出来的就是最终的成品碱液。碱液浓度为50%，碱液温度为45℃以下。

目前，已经开始广泛应用三效逆流降膜蒸发工艺。以生产50%离子膜烧碱为例，三效逆流降膜碱蒸发技术较现有双效碱蒸发技术相比，吨碱汽耗平均由约0.72 t降至约0.52 t。即生产1 t 50%的NaOH溶液可节约蒸汽约0.2 t；比单效碱蒸发技术节约的蒸汽量可达0.55～0.6 t/t氢氧化钠。

天津大沽化工股份有限公司于2011年6月对49%烧碱生产装置采用三效逆流降膜蒸发工艺，当年10月一次开车成功。蒸发装置稳定高效运行后，提高了49%烧碱的产量，降低了49%烧碱的生产成本[4]。

1.5 其他技术

淡盐水膜法脱硝技术是通过膜过滤将硫酸根离子除去，改变了传统加人氯化钡与硫酸反应。生成硫酸钡沉淀的方法，从而大大降低了环境污染，减少了盐泥的的排放量，比钡法除硫酸根工艺降低处理成本约45%～50%。

英力特化工和滨化集团都采用了膜法脱销技术，产生经济效益显著。根据性能测试的数据分析，按10万t/a烧碱年计算，采用氯化钡法费用约750万元/a，采用膜法除硝技术费用约250万元/a，节约生产成本约500万元/a。目前膜法脱硝技术在烧碱行业已有多家企业应用，总能力在800万t/a左右[5]。

淡盐水脱氯采用喷射泵法，该工艺采用氯水加压或蒸汽直接进入喷射泵形成真空，进行真空脱氯，该技术滨化集团已采用。后来发展的钛机械真空泵直接抽真空，在负压状态下淡盐水沸腾脱氯，抽取的氯气经冷却分离后回收到氯气总管中。钛真空泵原进口较多，现在国内钛真空泵技术已成熟，完全满足各类规模要求。

氯气和氢气处理中大量采用透平机，自动化程度高，运行稳定，震动小、调节范围大。实际交流电耗大大降低，从而取代了硫酸纳式泵，成为行业发展的趋势。

2 能源管理体系应用

氯碱企业建立能源管理体系，按照体系的要求规范能源管理，积极主动采用先进的节能管理方法和节能技术，实施能源利用全过程的管理，做到有效、合理地使用能源，提高能源利用效率，降低能源消耗，是氯碱企业节能管理的必然选择。2011年8月，烟台万华氯碱开始着手建立能源管理体系。2012年试运行，目前已运行稳定、正常，取得了较好的绩效。

3 结语

氯碱行业的不断发展，节能观念不断深入人心，使得氯碱生产必须注重节能措施的应用和发展。在氯碱的生产过程中使用节能设备，创新节能技术，采用节能措施，能够有效指导氯碱工业的生产，促进其科学、高效、可持续地发展。

［1］赵学军，袁玮．氧阴极氯碱电解的发展现状及经济分析．中国氯碱，2016，（3），3－10．

［2］张兰贵．一次盐水精制技术发展现状．化工管理．2014，127．

［3］孙俊艳，张军，周龙东，等．二次盐水精制树脂塔运行周期延长技术的应用．中国氯碱．2016，（3）：16－19．

［4］张守特，赵军军，刘立勤．12万t／a三效逆流降膜蒸发装置运行评价分析．天津化工，2014，28（3）：18－21．

［5］解传明，王树成，王真松，等．节能环保新技术新产品在氯碱企业中的应用及经济价值分析．第宁夏青年科学家论坛论文集．

Analysis of energy saving technology in chlor alkali industry

ZHAO Xue-jun，YANG Zhen-jun，LIN Xin-wei，MA Hao，SHEN Wen-hui
（Befar Group Co.,Ltd.,Binzhou 256600，China）

The energy consumption status and Related policies of chlor alkali industry were introduced in this paper.The application progress and prospect of energy saving technology were analyzed.

chlor alkali；energy saving technology；energy management system

TQ083+.4

：B

：1009－1785(2017)05-0037-03

2016-05-10