离子膜烧碱生产中节能降耗措施探索

乔玉元（中国石化股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂，山东 淄博255411）

1 离子膜烧碱生产工艺现状

只要离子膜电解装置处于运行状态当中，其便会产生波动，而这将导致温度、pH、碱含量和其他含氯新鲜盐水的指示发生变化，电解后盐水中的游离氯无法去除，并且以两种形式存在。第一部分是溶解的氯。溶解量与电解后盐水的温度和浓度以及溶液上部中氯气的分压有关。第二部分是由于电解中的OH-，反渗透使盐溶液中有很多OH，因此发生以下反应：Cl2+2OH——CIO+H2O。盐水中存在游离氯，会腐蚀盐水精制系统的设备和管道，在初级盐水处理过程中阻碍沉积物的形成。二次盐水处理过滤器的过滤器元件和螯合树脂塔中的损坏极为有害。因此，不能将新鲜的含氯盐水送入盐溶解工序，必须进行氯酸盐处理，通过氯酸盐处理使部分氯酸盐分解，从而使系统内氯酸盐含量维持相对平衡状态。氯酸盐分解是利用在酸性条件下，加热电解后盐水使其中的氯酸盐分解成氯化钠和氯气。其反应式如下：

2 离子膜烧碱生产系统节能发展方向

2.1 节电方向

首先，使节约照明用电这一方面，在以往，所有照明灯都使用自镇（125w）汞通量灯，这一种照明灯极易因电压原因而烧坏灯芯，因此需要经常更换。而若想降低成本并节省电能，需将所有照明灯全部更换40W 节能灯。节能灯经久耐用若使用得到可使用一年之久，每年可节省20，000 kW·h电量，按照一瓦电费为0.4kw·h 计算，一套中等规模的烧碱装置相当于每年节省80 万元用电费用。其次，则是动力电能节约，若想切实节约动力电能损耗，可将泵的回流转为由变频器调节，即对节流阀进行修改，以调节变频器转速电机，该电机可以以更高的效率开展工作，并使电机和泵的使用寿命大幅度延长，从而减少泵的机械磨损和维修时间。第三是零极距改造，零极距电槽是通过在两个复极单元电解槽之间增加弹性网从而缩短电极之间的距离，减小电阻，从而达到降低电耗的目的，通过将普通离子膜电槽改造成零极距电解槽，吨碱直流电耗可降低70KWh/t。

2.2 用水方向

伴随不断扩增的生产规模，在离子膜烧碱生产过程当中，用水量也不断增加，而为能够使公用工程建设合理减少，需对水资源加以节约，同时使水资源利用效率得到提升，并充分且综合的对水资源进行利用。而若想切实做到这一点，首先需循环利用泵机封冷却水，因此，需将来自所有泵、水封溢水、蒸汽冷凝水收集到回收罐中，送不同用户使用。这一方式每年可节省1000 吨水，而水的价格按3 吨计算，相当于每年节约用水费用30万元。其次，应对树脂塔再生废水进行回收，为确保离子膜稳定和高质量的电解性能，盐水的二次纯化必须通过离子交换树脂进行。螯合树脂可以与二价金属离子结合形成稳定的结构，从而达到进一步降低Ca 和Mg 浓度的效果。螯合树脂运行一段时间后，钠型树脂逐渐转变为钙型树脂，螯合能力下降。在这一阶段，必须对螯合树脂进行再生，并产生再生后的碱性和酸性废水，将这些废水收集到再生废水罐中后，通过酸碱中和后送化盐工序使用。第三，氢气洗涤液的利用，电槽出来的氢气中含有大量盐雾，需进行洗涤处理，洗涤水可送化盐或配碱工序代替直流水使用。

3 节能降耗技术

3.1 采卤泵换型技术

山东淄博某企业所使用采卤工序主要通过三台采卤泵，在经过一年运行后，发现两个主要问题，首先，便是一种流量匹配问题。为能够满足生产要求，两个泵必须同时运行，这种运行模式使盐水提取的能耗增加了近一倍有余，这便导致这一技术不具备将强经济性，其必须基于实际工作条件和执行器速度要求。如果是多段速度，则必须考虑到最大流量，并且各种泵和阀皆存有泄漏现象，但是可以通过相应曲线对其加以调整。基本上，其主要是由执行器向后计算，同时考虑到泄漏量和泵末端适当放大率另一个是制造质量和技术性能，盐水提取泵是在两端均带有机械密封的多级泵。另一种实用新型技术是用于井的盐水提取，与泵的一种用于快速去除内部结晶的方法，其结构是将进口部分安装在潜水电机上，将泵体安装在进口部分上，将出口管安装在泵体上，并引入水连接到泵体，水导入套管覆盖进水段和电机内部。进水段也可以连接在泵体下方，潜水电机安装在泵体上，旁路水套连接在进水段和软管下方出口与泵体的侧面，盐水提取泵进水口延伸至旁路套进水口，将新鲜水从地面通过出水管直接引入泵体，随后将盐水通过盐水泵吸入口压入泵体，到达泵套盐水，然后使盐水通过盐水泵送水套，将管道入口压入盐水萃取井中，盐水抽水泵电机进行变频和减速以搅动淡水，搅拌速度选择为正常运行速度的20%。这一方式优点在于结构简编、性能稳固、使用方便快捷、省力、经济、可快速处理盐水泵内部结晶[3]。

3.2 盐泥泵换型技术

通常来讲，盐水处理过程中有两个盐浆泵，其中一组使用，一组为备用。通常，在选择泥浆泵时应考虑以下几点：首先，整个机器最好为干式泵。发动机采用油室密封，并集成机械密封，可以有效防止高压水和杂质进入发动机腔。其次，在转轮的外部应有一个搅拌轮，以使沉积在水底的污泥能在湍流中被搅拌然后被抽出，有余叶轮、搅拌轮等流动部件均采用高铬含量，高硬度的铸钢制成，具有耐磨，耐腐蚀，吹扫能力强的特点，并可以穿过较大的固体颗粒。而针对现阶段盐泥泵转换技术应加以改善，其中，盐污当中所含有氯化钠为5.92%，所产生的盐污泥量为一天生产三十五吨。换一个角度来讲，即为每天损失2，072 吨氯化钠，相当于原始盐的98%，即2，114 吨。基于当前的408吨/天的产量，这将影响5.18千克/吨的原盐单位消耗。使用洗涤河水中盐渣的方法，向渣池添加工业水管以增加盐渣中溶解的氯化钠的量，通过板式过滤压滤机框架将水溶性氯化钠溶解并送入盐中，而不溶性碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁被送至渣子处理厂进行处理[4]。

3.3 烧碱装置脱除氯酸盐工艺技术改造

烧碱装置目前大部分采用热分解法脱除氯酸盐，通过加入盐酸(酸度在2.3mol/l 左右)和加热（95℃以上）使氯酸盐进行分解。国内较先进的还原剂法脱氯酸盐工艺成熟，对氯酸盐脱除技改项目实施后，节省蒸汽、节约盐酸、降低烧碱消耗，操作弹性更大，能有效解决分解能力不足的问题。采用该技术，一套年产20 万吨烧碱装置每月可减排废水约1000 吨，蒸汽用量降低约为0.7t/h，按照年运行8000小时计算，节约蒸汽约5600吨，折合标油约为448吨/年，年效益355万元。

3.4 一次盐水膜法过滤技术改造

2000年初期所上烧碱装置大多采用澄清桶工艺，该该法盐水精制流程长且盐水质量不稳定，导致离子膜上上槽盐水杂质偏高，从而使离子膜电槽使用周期短且电耗升高快。目前较为先进的是膜法一次盐水工艺（包括有机膜和无机膜），其中近五年新建装置采用无机膜工艺占75%以上。无机膜工艺比有机膜工艺节约投资40%左右，且盐水质量高。通过将一次盐水澄清桶工艺改为无机膜法生产工艺，离子膜单元槽电压将平均下降0.03V，直流电耗降低约22kWh/t，离子膜寿命至少延长半年，通过测算，年产20万吨烧碱装置年节电约为437万kW.h，折合节能量约为53.7万吨标准煤。

4 结语

综合上文所述，我国环境保护形势日益严峻，如何加强环境治理，减少“三废”排放，是整个行业普遍存在的问题，不仅与烧碱的成本和利润有关，更重要的是，与企业自身生存和业务发展息息相关。如何最大程度地利用现有设备，对其进行回收、节约能源、减少能耗并降低生产成本已成为每个氯碱公司重要发展途径。只有不断创新，不断改造，变废为宝，才能够在环保新形势和残酷的市场竞争中实现可持续发展。