南宁市致协节能技术服务有限公司 广西壮族自治区南宁市 530031
摘要：随着我国科技的进步，制造业水平快速发展。近年来，离子膜烧碱生产系统获得很大发展，为进一步降低产品能耗，行业绿色发展，提供了非常合适的条件，在这种形式下，氯碱企业应不断提升先进技术的应用，主动探讨节能减排新技术，高度重视环保问题，从而确保企业长期健康发展。
关键词：化工工艺；离子膜烧碱；生产系统；节能研究
引言
随着科学技术的发展，技术水平迅速提高，新技术、新工艺层出不穷，良好的离子膜烧碱生产系统为高电流密度电解槽的使用打下基础；国家产业政策要求氯碱行业向着清洁文明方向发展，节能和减排同时作为企业考核指标，都将促进技术的创新与应用。
1我国的离子膜烧碱发展现状和存在的问题
我国是世界烧碱产量及产能最大的国家，自1986年开始从日本首次引进离子膜烧碱生产线，由于其具有节电、省汽、产品质量好、环境污染少等优点，逐步淘汰了隔膜碱等落后生产工艺。2015年底，国内离子膜法碱产能达到3818万吨，约占比98.6%，已成为国内主要的烧碱生产工艺。但是我国广泛使用的离子膜烧碱技术具有诸多问题，主要的是生产原料的浪费较大、生产工艺复杂、生产线具有一定的安全隐患等。除此之外，关键的离子膜主要依靠进口，国产化水平低；受设备制造水平限制，国产离子膜电解槽多具有故障率高、系统不稳定等问题，这些对于生产效率和安全性等方面造成了较大的影响。因此，我们需要针对这些问题进行离子膜烧碱生产工艺技术的改进和优化。
2离子膜烧碱生产系统的节能措施
（1）首先是降低电耗。氯碱行业是高耗能行业，氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝，降低电耗是离子膜碱生产主要的节能降耗途径。影响离子膜碱电耗的因素如整流工序，其将交流电通过变压、整流变为离子膜电解槽用的直流电，其主要损耗为整流电损。据相关统计，整流效率没提高1%，吨烧碱整流电损可降低26.30千瓦时。可通过抑制整流器谐波，提高自然功率因素，减少高次谐波的危害。并选择节能型大功率晶闸管（可控硅）整流器作为电解电源，其效率正常值比二极管整流装置高2%-3%。整流效率每提高2%，吨烧碱可节电45千瓦时。
离子膜电解采用自然循环、复极式、高电流密度电解槽，比普通自然循环复极槽的电耗更低。复极式离子膜法电解槽单台生产能力大，相同生产规模的装置占地面积小，耗用安装材料少，所需厂房面积较小，可以节省投资。自然循环离子膜法电解槽取消了强制循环泵，利用高位槽位差进行电解槽内液体自然循环，减少了离子膜受冲击破损的机率，延长离子膜使用寿命，降低了运行能耗。高电流密度离子膜电解槽和低电流密度离子膜电解槽相比，具有生产率高，一次性投资省，占地面积小，操作管理成本低等优点。因此，高电流密度自然循环复极式离子膜法电解槽集中了复极式和自然循环以及高电流密度的优点，是目前国际上最先进的氯气和烧碱生产装置。
离子膜法电解装置中，电槽单元的极距对于电耗消耗是一个重要的技术指标。其极距越小，单元槽电压越低，电解电耗越低。目前氯碱行业规划推广零极距等节能新技术应用，降低行业能耗。有极距电解槽阴阳极之间的极间距为1.8-2.2mm，溶液电压降200mV左右。零极距通过改进阴阳极结构，采用弹性阴极导电结构和柔性微网阴极，使阴极和阳极间无可压缩间隙，只有膜的厚度。与普通电解槽对比，采用零极距电解槽约可降低槽电压0.15V，吨碱节约电耗105千瓦时。
（2）盐水精制节能措施。可通过调节化盐水温度的蒸汽用量，例如回收冷凝水或余热回收加热化盐水，降低蒸汽消耗量。采用变频调速等措施，优化生产工艺。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用膜法盐水处理，这种分离技术是上个世纪之初提出的，直到六十年代以后才获得急剧发展，同时还有着诸多方面的功能：分离、浓缩、纯化和精制等，表现出一系列的优越性，例如节能、高效、环保等，按照膜孔径的差异主要划分成以下几种类型：微滤膜、超滤膜、纳滤膜等，另一方面，按照所用的材料进行分类，主要能够划分成以下两种类型：无、有机膜。膜分离的长处如下：常温条件下进行，不会发生化学和相态变化，具有相对较强的适应性与选择性，精制步骤非常稳定，具有相对较高的智能化水平，盐水质量高。这种方法适于新建和改建氯碱装置，是盐水精制技术的一大趋势。
（3）节水措施。伴随生产规模的逐渐提高，生产用水不断增多。为降低水的使用，改善其利用率，应当采取科学合理的方法，综合利用水资源。
首先，循环使用泵机封冷却水。将全部泵与真空泵的冷却水、蒸汽冷凝水、氯气水封的溢流水均流入回收罐之中，在此基础上，使泵的冷却水重新循环一次，将其收入回水罐之中，输送至相应的凉水塔，循环利用，这样平均一年能够省水大约一千吨，按2元每吨来考虑，节省资金大约0.2万元。
其次，回收树脂塔再生废水。树脂塔运行过程中总计形成废水60t/d。把这部分水排入废水罐之中，然后利用废水泵将其输送至一次盐水工段的配水罐，这样每年能够少用水1.08万吨，按照每吨2元来考虑，节省费用大约为2.16万元。
3离子膜烧碱生产工艺优化策略
首先是温度因素，因温度的升高会降低原料盐水的黏度，进而增大膜的通量，若温度过高，则会加快膜的衰减速度，因此为使其高效运行，可将温度控制在35℃左右；其次是PH值以及游离氯含量，因PH值会影响膜通量，而游离氯对其的损伤不可逆转，因而可分两段加入Na2SO3和盐酸，以此保证PH和游离氯稳定，并借助氧化还原电位监控游离氯含量；再者是膜过滤设置的优化，为控制过滤压力用于保证膜通量合理，需要借助并联工艺，在内部增设循环泵，以便将富硝盐水的浓度控制在合理范围内；最后是冷冻脱硝环节，需要保证冷冻循环泵扬程低、流量大，用于控制温差和盐水流速，同时注意兑卤槽中的盐水停留时间应合适，以免出现堵管，为降低能耗，还应注意将规定范围内，可适当取消NaClO操作装置，而是加设在线PH监测、液体ORP自动测量和调节装置，并同步改进其相关装置和操作工艺，如具体的操作方法、控制指标、控制参数等。在此，笔者认为可取消物料出入管道、NaClO配置槽、阀门、输送泵、计量装置等，同时就一次盐水增设在线ORP、PH值监控装置，并同步改进在线监测、阀门、管道、设备等配套设施。针对一次盐水精制和SO42-去除环节，其部分控制参数和指标应有所调整，如取消与NaClO相关的配置指标、压力指标、流量指标、温度指标等，增加与ORP、PH相关的参数和指标，而其他控制指标和参数保持不变。
4优化效果评价
经改造和优化后的离子膜烧碱盐水工艺彰显出了显著的经济效益和社会效益，其中在节约资源、稳定系统、降低成本、保护环境等方面进步明显，从而将我国离子膜烧碱生产工艺水平提升到一个新台阶，其具体效果主要体现在下述几点：一是在一系列工艺操作和相关装置的改造的基础上，返回的淡盐水中的游离氯被控制在5-50mg.L-1之间，符合离子膜电解以及一次盐水处理的参数要求，既节约了原材料和人力物力，也利于提高烧碱生产系统的安全性与可靠性；二是粗盐水中不再加入NaClO处理装置，而是改用在线监测设备，可有效去除其中的菌藻类物质和有机物，也符合相关质量控制指标；三是膜法除硝工艺相比钡盐法工艺可以有效降低硫酸根到5ppm以下，满足离子膜烧碱尤其是零极距电解槽工艺控制要求，保护了离子膜和电解槽，大大延长了其使用周期。四是除硝产品芒硝可以脱水干燥后作为化工原料直接出售，不带来二次污染和加大二次处理费用。总之，优化后的离子膜烧碱生产系统简化了工艺操作，降低了资源消耗，节约了人力物力，实现了小投资、高回报、节约环保的重要生产目标。
结语
综上所述，伴随科技的不断进步，经济的不断发展，一系列新技术不断被推出，良好的离子膜烧碱生产系统为高电流密度电解槽的使用做好了铺垫；国家产业政策明确指出了氯碱行业今后会不断趋向于清洁文明，同时节能和减排都属于企业运行过程中的考核指标，都会推动技术的发展以及应用。
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论文作者:刘敬东
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/8
标签：烧碱论文; 离子论文; 电解槽论文; 盐水论文; 电耗论文; 装置论文; 工艺论文; 《防护工程》2019年9期论文;