化工工艺离子膜烧碱生产系统的节能分析

李阳

关键词：化工工艺;离子膜;烧碱生产系统;节能

0 引言

经济全球化使各行业市场竞争日趋激烈，以往的粗放式生产模式已然无法满足现代社会的发展需求，企业必须以现有资源为依托，充分研判市场行情与先进工艺技术，优化生产效益。然而，在实际生产运营中，企业管理人员如何抓准时代契机，结合自身优势，对离子膜烧碱生产系统进行科学优化，使其展现出更为优质的节能效果，同时创造更大的经济价值，值得我们更为深入地探索。

1 某企业生产经营概况

某化工企业采用离子膜法生产烧碱，年生产能力12万t，其中一期6万t每年装置于2010年投产，二期6万t每年装置于2016年投产。2018年开始，该企业针对生产装置中所配置的自然循环复极型离子膜电解槽，相继采取单元电解槽数量增加、清洗装置安装、烧碱高位槽高度提升等措施，实现了对其电解装置电量消耗的缩减。近几年来，该企业积极引入先进的节能技术和设备，同时结合自身所应用设备特征，针对离子膜法烧碱设备开展了全方位节能改造，整体效果非常显著，达到了节能减耗，提高生产效益的目的。

2 化工工艺离子膜烧碱生产系统节能改造措施

若想实现节能降耗，必须从企业既有生产实际出发，以社会需求为导向，通过设备与工艺技术创新拉动产能优化。在实际生产中，结合本文所述化工厂实际，企业管理人员主要分别从以下五个方面对现有设施和工艺进行了升级改造：

2.1 循环冷却水系统升级

该企业烧碱生产装置当中的冷却塔以往由380V低压电动机实现驱动，此电动机运行电流约为180A，功率因数为0.9，而运行功率则为1.732*380*180*0.9÷1000=106.6kW。此冷却塔一般在每年的4-10月份运行，运行天数约为214天，其年耗电量约为106.6*214*24=547500kW·h。

经过对比论证，该化工企业与当地节能服务公司达成合作，对此冷却塔进行升级改造，使用循环冷却水回水作为对水轮机进行拖动的动力来源，使电动机处于完全停运状态，因此其年节电量达到547500kW·h。此项目由所合作节能服务公司进行全额投资，约定效益分成期限为4年，待期满之后，其中所涉及到的各类节能设施均归该化工企业所有。

2.2 以膜法脱硝代替钡法脱硝

2.2.1 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。

2.2.2 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。

对两种处理技术进行经济型比选，膜法脱硝技术每年所需资金投入更小，节能效果更好。

2.3 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與维修费用投入。

2.4 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。

2.5 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。

3 结束语

总而言之，对自身工艺技术的持续升级改造已经成为新时代对化工企业的必然要求，必须要勇于抛弃陈旧、低效的设备与生产工艺，以技术创新带动产业发展，使企业在激烈的市场竞争中占有一席之地，为国家经济建设注入源源不断的活力。

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]张家斌，刘召雷，韩振辉，等.离子膜法烧碱装置的节能改造[J].氯碱工业，2015，51（3）：42-43+45.

[3]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.

[4]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.