氯堿行業(yè)節(jié)能技術(shù)分析

趙學(xué)軍，楊振軍，林新偉，馬浩，沈文慧

（濱化集團(tuán)股份有限公司，山東濱州256600）

氯堿行業(yè)節(jié)能技術(shù)分析

趙學(xué)軍，楊振軍，林新偉，馬浩，沈文慧

（濱化集團(tuán)股份有限公司，山東濱州256600）

介紹了氯堿行業(yè)能源消耗現(xiàn)狀及相關(guān)政策，分析了氯堿行業(yè)中最新節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用前景。

氯堿；節(jié)能技術(shù)；能源管理體系

氯堿生產(chǎn)在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中作用十分重要。氯堿作為一種基礎(chǔ)性的化工產(chǎn)業(yè)，在最近幾年得到了快速的發(fā)展。氯堿行業(yè)屬能源密集型行業(yè)，主要體現(xiàn)在燒堿生產(chǎn)的電耗方面。

1 節(jié)能技術(shù)分析

隨著氯堿行業(yè)的快速發(fā)展，引進(jìn)了節(jié)能的技術(shù)，配置較先進(jìn)的設(shè)備，促進(jìn)了氯堿行業(yè)節(jié)能減排水平不斷提高，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

1.1 氧陰極（ODC）技術(shù)的應(yīng)用

隨著對燃料電池開發(fā)研究的深入，人們開始意識到可以將其使用的氣體擴(kuò)散電極（GDE）技術(shù)引入氯堿工業(yè)中來降低電耗，應(yīng)用于氯堿工業(yè)中的GDE稱為ODC。借鑒燃料電池的原理，用多孔氣體擴(kuò)散材料作為陰極，使O2在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成OH-，從而抑制H2的形成。ODC型電解示意圖見圖1。

ODC電解的主要電化學(xué)反應(yīng)如下：

圖1ODC氯堿電解示意圖

在中國，氯堿工業(yè)的總耗電量占整個工業(yè)用電的5%左右，其電能主要消耗在氯堿工業(yè)的核心裝備—離子膜電解槽上，因此，中國也積極加入到國際行列，研究新型離子膜電解槽制備技術(shù)—ODC離子膜電解槽。

在河北滄州大化黃驊氯堿有限公司所屬的“中國化工電解技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地”內(nèi)，建成的國內(nèi)首臺五千噸級的ODC離子膜電解槽實(shí)驗裝置已于2012年6月30日通過中國石化聯(lián)合會組織的專家72 h考核，各項指標(biāo)達(dá)到的課題任務(wù)書提出的相關(guān)設(shè)計要求，尤其是氯堿電解節(jié)電達(dá)到30%左右，目前北京藍(lán)星正與國內(nèi)幾家氯堿企業(yè)探討，確定更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化示范項目。

2014年2月，濱化集團(tuán)股份有限公司和伍德迪諾拉公司在山東濱州簽訂8萬t/a燒堿裝置合同，這是伍德迪諾拉公司全球第一個鹽水氧陰極電解專利技術(shù)裝置合同工廠。該合同項目分為兩期實(shí)施，一期4萬t/a裝置于2015年9月已開車成功。

ODC離子膜電解槽因為陰極沒有H2析出，降低了陰極放電電位，一般使單槽電壓下降0.85～1.00V，噸堿直流電耗下降600～700 kW·h，若工業(yè)用電價格按0.6元/kW·h計算，直流電耗噸堿可節(jié)約成本360～420元人民幣，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

但是該技術(shù)應(yīng)用需根據(jù)企業(yè)的自身情況而定，一方面是新技術(shù)的成本問題，ODC電極、新型電解槽和所需O2的費(fèi)用；另一方面，H2的性質(zhì)和市場利用前景。事實(shí)上，用ODC技術(shù)每生產(chǎn)1 t燒堿就少生產(chǎn)285 m3的H2，若世界30%的氯堿電解改為ODC技術(shù)，ODC技術(shù)生產(chǎn)3 900萬t/a燒堿就少生產(chǎn)H297.5萬t/a。若企業(yè)生產(chǎn)的氫氣無法消耗的話，采用ODC技術(shù)將會給公司帶來巨大的效益[1]。

1.2 陶瓷膜的應(yīng)用

在日益重視節(jié)能減排、技術(shù)革新的今天，中國氯堿行業(yè)積極推動產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源配置優(yōu)化，離子膜制堿工藝在行業(yè)的迅速推廣，對鹽水精制質(zhì)量提出非常高的要求。

陶瓷膜法直接過濾工藝是近年新興的一次鹽水精制技術(shù)，其獨(dú)到的過濾技術(shù)、投資省、占地少以及優(yōu)良的操作彈性倍受廣大氯堿企業(yè)的青睞[2]。

陶瓷膜法直接過濾工藝的優(yōu)點(diǎn)明顯，相對傳統(tǒng)工藝和有機(jī)膜法過濾，減少了澄清桶、砂濾和預(yù)處理，簡化了流程，有效降低投資成本，減少占地面積；克服傳統(tǒng)工藝中帶來的硅污染，且無須對粗鹽水進(jìn)行分段復(fù)雜的前處理，只要過堿量控制穩(wěn)定，反應(yīng)停留時間足夠，經(jīng)過陶瓷膜過濾之后即可得到合格的精鹽水；不受原鹽中鈣鎂比例偏差大的影響，降低對原鹽的要求。

1.3 二次鹽水精制樹脂壽命延長

若樹脂壽命和活性較差二次鹽水Ca2+、Mg2+含量超標(biāo)會造成電解槽離子膜污染，Ca2+含量超標(biāo)使離子膜電解槽電流效率下降，Mg2+含量超標(biāo)會造成離子膜電解槽槽電壓升高，電壓效率下降，并縮短離子膜使用壽命，嚴(yán)重者甚至報廢，給企業(yè)帶來不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

天津渤天化工有限責(zé)任公司采用南通三圣化工科技有限公司技術(shù)充分改善樹脂塔的運(yùn)行環(huán)境，使離子交換樹脂能夠在較長時間內(nèi)保持良好活性，螯合吸附能力得到最大發(fā)揮，從而大幅度延長樹脂塔的運(yùn)行周期。

采用二次鹽水精制離子交換樹脂塔運(yùn)行周期延長技術(shù)后，對于旭化成二次鹽水精制工藝而言，每臺采用二次鹽水精制離子交換樹脂塔運(yùn)行周期延長技術(shù)后，進(jìn)槽鹽水質(zhì)量得到改善，對降低槽電壓，提高電流效率會起到積極作用。

采用二次鹽水精制離子交換樹脂塔運(yùn)行周期延長技術(shù)后，酸性、堿性廢水排放量大大減少，同時使整個燒堿系統(tǒng)水平衡得到進(jìn)一步優(yōu)化，降低了污水處理費(fèi)用，對促進(jìn)企業(yè)節(jié)能環(huán)保、低碳發(fā)展具有積極作用。

天津渤天化工有限責(zé)任公司已將樹脂塔每天再生一臺次改為每10天再生一臺次[3]。

1.4 三效逆流離子膜燒堿蒸發(fā)濃縮技術(shù)

三效逆流蒸發(fā)工藝中，蒸發(fā)的操作流程為逆流，即堿液的流向與加熱蒸汽的流向相反。因其充分利用了蒸汽的熱量，同傳統(tǒng)的二效蒸發(fā)及三效順流工藝相比，三效逆流及多效蒸發(fā)具有汽耗低的顯著特點(diǎn)。基本原理為32%堿液通過原液堿泵送到Ⅲ效加熱器，蒸發(fā)濃縮后的堿液由Ⅲ效堿泵送到進(jìn)Ⅱ效加熱器，堿液在Ⅱ效加熱器與殼程加熱蒸汽進(jìn)行間接換熱使溫度升至沸點(diǎn)，蒸發(fā)濃縮后的堿液由Ⅱ效堿泵送到Ⅰ效加熱器進(jìn)行間接加熱升溫蒸發(fā)，堿液在Ⅰ效加熱器里與管間加熱蒸汽進(jìn)行間接換熱使溫度升至沸點(diǎn)，最后從Ⅰ效加熱器底部流出進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)罐，沸點(diǎn)狀態(tài)下的堿液進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)罐后產(chǎn)生急劇蒸發(fā)濃縮，這時堿液濃度為50%。堿液溫度約170℃，由Ⅰ效堿泵出料并經(jīng)成品冷卻器與循環(huán)冷卻水進(jìn)行間接換熱冷卻，最后從成品冷卻器出來的就是最終的成品堿液。堿液濃度為50%，堿液溫度為45℃以下。

目前，已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用三效逆流降膜蒸發(fā)工藝。以生產(chǎn)50%離子膜燒堿為例，三效逆流降膜堿蒸發(fā)技術(shù)較現(xiàn)有雙效堿蒸發(fā)技術(shù)相比，噸堿汽耗平均由約0.72 t降至約0.52 t。即生產(chǎn)1 t 50%的NaOH溶液可節(jié)約蒸汽約0.2 t；比單效堿蒸發(fā)技術(shù)節(jié)約的蒸汽量可達(dá)0.55～0.6 t/t氫氧化鈉。

天津大沽化工股份有限公司于2011年6月對49%燒堿生產(chǎn)裝置采用三效逆流降膜蒸發(fā)工藝，當(dāng)年10月一次開車成功。蒸發(fā)裝置穩(wěn)定高效運(yùn)行后，提高了49%燒堿的產(chǎn)量，降低了49%燒堿的生產(chǎn)成本[4]。

1.5 其他技術(shù)

淡鹽水膜法脫硝技術(shù)是通過膜過濾將硫酸根離子除去，改變了傳統(tǒng)加人氯化鋇與硫酸反應(yīng)。生成硫酸鋇沉淀的方法，從而大大降低了環(huán)境污染，減少了鹽泥的的排放量，比鋇法除硫酸根工藝降低處理成本約45%～50%。

英力特化工和濱化集團(tuán)都采用了膜法脫銷技術(shù)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益顯著。根據(jù)性能測試的數(shù)據(jù)分析，按10萬t/a燒堿年計算，采用氯化鋇法費(fèi)用約750萬元/a，采用膜法除硝技術(shù)費(fèi)用約250萬元/a，節(jié)約生產(chǎn)成本約500萬元/a。目前膜法脫硝技術(shù)在燒堿行業(yè)已有多家企業(yè)應(yīng)用，總能力在800萬t/a左右[5]。

淡鹽水脫氯采用噴射泵法，該工藝采用氯水加壓或蒸汽直接進(jìn)入噴射泵形成真空，進(jìn)行真空脫氯，該技術(shù)濱化集團(tuán)已采用。后來發(fā)展的鈦機(jī)械真空泵直接抽真空，在負(fù)壓狀態(tài)下淡鹽水沸騰脫氯，抽取的氯氣經(jīng)冷卻分離后回收到氯氣總管中。鈦真空泵原進(jìn)口較多，現(xiàn)在國內(nèi)鈦真空泵技術(shù)已成熟，完全滿足各類規(guī)模要求。

氯氣和氫氣處理中大量采用透平機(jī)，自動化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定，震動小、調(diào)節(jié)范圍大。實(shí)際交流電耗大大降低，從而取代了硫酸納式泵，成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。

2 能源管理體系應(yīng)用

氯堿企業(yè)建立能源管理體系，按照體系的要求規(guī)范能源管理，積極主動采用先進(jìn)的節(jié)能管理方法和節(jié)能技術(shù)，實(shí)施能源利用全過程的管理，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，是氯堿企業(yè)節(jié)能管理的必然選擇。2011年8月，煙臺萬華氯堿開始著手建立能源管理體系。2012年試運(yùn)行，目前已運(yùn)行穩(wěn)定、正常，取得了較好的績效。

3 結(jié)語

氯堿行業(yè)的不斷發(fā)展，節(jié)能觀念不斷深入人心，使得氯堿生產(chǎn)必須注重節(jié)能措施的應(yīng)用和發(fā)展。在氯堿的生產(chǎn)過程中使用節(jié)能設(shè)備，創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)，采用節(jié)能措施，能夠有效指導(dǎo)氯堿工業(yè)的生產(chǎn)，促進(jìn)其科學(xué)、高效、可持續(xù)地發(fā)展。

［1］趙學(xué)軍，袁瑋．氧陰極氯堿電解的發(fā)展現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)分析．中國氯堿，2016，（3），3－10．

［2］張?zhí)m貴．一次鹽水精制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀．化工管理．2014，127．

［3］孫俊艷，張軍，周龍東，等．二次鹽水精制樹脂塔運(yùn)行周期延長技術(shù)的應(yīng)用．中國氯堿．2016，（3）：16－19．

［4］張守特，趙軍軍，劉立勤．12萬t／a三效逆流降膜蒸發(fā)裝置運(yùn)行評價分析．天津化工，2014，28（3）：18－21．

［5］解傳明，王樹成，王真松，等．節(jié)能環(huán)保新技術(shù)新產(chǎn)品在氯堿企業(yè)中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)價值分析．第寧夏青年科學(xué)家論壇論文集．

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