離子膜燒堿生產節(jié)能降耗舉措論述

徐春江

摘要：本文首先簡要分析離子膜燒堿生產工藝，其次詳細闡述離子膜燒堿生產中節(jié)能降耗技術（主要包括采鹵泵換型技術、一次鹽水膜法過濾技術和燒堿裝置脫除氯酸鹽工藝技術），然后對離子膜燒堿生產中膜法脫硝工藝的應用進行闡述，最后再基于節(jié)電方向和用水方向，對離子膜燒堿生產系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展舉措進行總結與歸納。通過各項分析，旨在提升產品市場競爭力，將生產成本控制在合理范圍內，充分彰顯出節(jié)能減排技術的運用價值，以滿足保護環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等內在需求，僅供參考。

關鍵詞：離子膜燒堿;節(jié)能降耗舉措

一、離子膜燒堿生產工藝

在離子膜電解裝置中，每個單元槽是由陰陽極室組成，用一張離子膜將相連的兩個單元槽框隔開，以阻止陰陽極室內的堿和氯氣相混合。利用離子膜的選擇透過性，讓一定量的離子通過這一特性來電解鹽水溶液，可以得到高純度、高濃度的燒堿，即離子膜可讓Na+（或任何陽離子）、水和從陽極趨向陰極的任何相當于分子大小的不帶電荷物質通過，但阻擋陰離子通過，例如氯離子及氫氧根離子。

在電槽陽極室，鹽水中的NaCl 溶解于水中離解成Na+和Cl-。在陰極室，H2O離解成H+和OH-。當直流電通過電極時，這些帶電的離子按照同性相斥、異性相吸的原理移動。帶正電荷的氫離子移向陰極，在陰極得到電子，變成不帶電的氫原子，兩個氫原子結合變成氫分子，從陰極析出，經陰極室放出H2。同樣，帶負電荷的氯離子移向陽極，在陽極上失電子放電，生成氯氣。根據(jù)離子膜的選擇透過性，通電后，帶正電的Na+能穿過離子膜進入陰極室與OH-結合生成NaOH。

在離子膜電解裝置運行過程中，陽極側中的微量的NaCl會隨著水從陽極室透過膜遷移到陰極室，從而影響堿的品質。陰極側少量的OH-由于受陽極的吸引而反遷到陽極室，從而導致陰極效率的降低，反遷移的OH-一部分會在陽極上放電生成O2 使氯氣純度下降，另一部分會與氯氣反應，生成的ClO-并在陽極液中積累，這會影響電槽及部件的壽命。陽極側約有50%的氯化鈉電解，剩余氯化鈉的淡鹽水隨溶解的氯氣一道流出電解槽。淡鹽水中溶解的氯，其溶解量與電解后鹽水的溫度和pH有著密切的聯(lián)系，鹽水中游離氯的存在，會對鹽水精制系統(tǒng)的設備和管道造成嚴重腐蝕，同時會破壞二次鹽水螯合樹脂，所以必須去除淡鹽水中游離氯和氯酸鹽。

二、離子膜燒堿生產中節(jié)能降耗技術

燒堿工業(yè)是高能耗行業(yè)，其綜合能耗（包括水、電、汽、冷等）費用占成本的80%左右。隨著能源價格的不斷上升，推進節(jié)能型循環(huán)經濟模式是燒堿企業(yè)降低生產成本、提升競爭能力的根本途徑。采用新材料、新工藝和新技術是加快產業(yè)結構轉型、降低能耗的企業(yè)生存之道。

（1）整流電損，對于整流工序中的能耗產生了深刻影響，通過整流效率的提升，與節(jié)能要求相符，而整流效率，與選擇整流機組之間有著密切的聯(lián)系，所以應加強晶閘管整流裝置的應用，確保整流效率的穩(wěn)步提升，同時加強整流機組的合理工藝運行，從而提高整流效率。

（2）加熱溶解固體鹽的蒸汽和動力電耗，為能耗的主要原因，這在鹽水精制工序中得到了充分體現(xiàn)，對此應將工廠的余熱利用起來，為加熱溶解固體鹽創(chuàng)造有力條件，滿足熱能消耗的節(jié)約化需求，同時通過鹽水自流流程的應用，可以防止動力電消耗現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）電解工序，為離子膜法燒堿生產中耗能最為嚴重的環(huán)節(jié)，其中，槽電壓和電流效率為直流電耗的重要影響因素。直流電耗與槽電壓之間的關系密切，兩者屬于正相關的關系。所以在電解工序中，不僅要降低電解槽的槽電壓，也要致力于電流效率的提升，從而與節(jié)能目標相契合。在電流密度與膜電壓降、電極過電位等之間密切聯(lián)系的影響下，為了不對設備生產能力造成任何影響，應借助降低電流密度這一方式，以此來與降低槽電壓需求相契合，并控制電解槽陽極液的pH值，減少氯氣在陽極液中的溶解和副反應的產生及選擇經濟電流密度來進一步提高電解槽電流效率。

另外，積極推廣與應用國家鼓勵的“四新”節(jié)能技術，不斷提高技術水平，是進一步促進燒堿企業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展的必由之路?？刹捎萌缦碌墓?jié)能降耗技術：

（一）采鹵泵換型技術

在采鹵工序中，三臺采鹵泵得到廣泛應用。其中，出現(xiàn)的問題是流量的匹配，要想促進生產活動的順利進行，對于兩個泵的同時運行提出了明確的要求。在該運行模式的影響下，會明顯增加鹽水提取的能耗量，從而很難將該項技術的經濟性發(fā)揮出來，所以必須要從實際工作條件出發(fā)，并深入分析執(zhí)行器速度要求，在多段速度的影響下，應對最大流量考慮到位。與此同時，在井的鹽水提取方面，采用快速去除內部結晶的方法，要求在潛水電機上安裝好進口部分。在進口部分中，應合理安裝泵體，進水段也可以在泵體下方進行連接。通過該方式的應用，可以滿足性能穩(wěn)固、使用快捷、經濟等需求，從而不斷提高鹽水泵內部結晶的處理水平。

（二）一次鹽水膜法過濾技術

離子膜電槽對入槽鹽水的品質要求極高，鹽水質量直接影響電槽的經濟運行，也影響電槽及核心部件——離子膜。在以往的燒堿裝置中，一次鹽水精制過濾工藝中傳統(tǒng)的“道爾澄清+預涂過濾”法廣泛應用，但是該方法中鹽水精制流程比較長，且鹽水質量的穩(wěn)定性欠缺，離子膜極容易受鹽水中雜質污染而減少離子膜壽命，同時造成膜電壓上升、電耗升高。現(xiàn)階段，膜法一次鹽水工藝具有較強的先進性，膜法有“無機陶瓷膜”法和“浮上澄清+有機聚合物膜過濾”法。其中，無機膜工藝在新建裝置中占有較高的比重。與有機膜過濾器相比，無機陶瓷膜具有優(yōu)良的物理化學特性，它采用高效的“錯流”過濾方式，該技術具有以下優(yōu)點：一是工藝流程簡單、操作簡便，沒有有機膜過濾器分步處理復雜，同時取代了浮上桶和戈爾膜過濾器（浮上桶和有機膜過濾器操作都很復雜）;二是占地面積小，施工周期短;三是投資相對較少。

無機膜工藝相比于有機膜工藝，不僅可以滿足投資的節(jié)約化需求，還能進一步提高鹽水質量?？偠灾?，無機膜法生產工藝的應用，不但可以有效降低離子膜單元槽電壓，而且還可以延長離子膜使用壽命。

（三）燒堿裝置脫除氯酸鹽工藝技術

熱分解法脫除氯酸鹽是利用氯酸鹽在較高的溫度和較強的酸性的條件下，進行分解的特性，但為了滿足這兩種條件，設備就要采用較高檔次的材質，消耗大量的蒸汽， 浪費能源， 同時，加入大量的鹽酸。這就增大了物料消耗，增加了成本。

還原劑法脫除氯酸鹽工藝具有先進性、成熟性的優(yōu)勢，且具有操作彈性大和分解能力強特點。該法對溫度和pH要求不高，可以減少蒸汽、鹽酸的消耗，實現(xiàn)節(jié)約化。

三、離子膜燒堿生產中膜法脫硝工藝的應用

在離子膜法制堿工藝中，SO42-在電解過程中，透過離子膜進入燒堿系統(tǒng)的難度性較高，所以SO42-在鹽水系統(tǒng)中的積累水平會大大提升。當鹽水系統(tǒng)中積累的SO42-濃度超過一定值后，在電解過程中會阻礙Cl-放電，促使OH-放電，這不僅會導致電能的消耗現(xiàn)象，而且也會促使游離態(tài)的氧的出現(xiàn)，也會對電槽等產生一定的影響。因此，必須去除系統(tǒng)中積累的SO42-。

（一）膜法脫硝工藝應用狀況

納濾膜是一種“微孔過濾”，它能讓小分子通過，即只允許單價離子通過，而高價離子被截留。膜法脫硝工藝的工作原理是體現(xiàn)納濾膜對離子截留率的差異性，也就是它能有效截留SO42-等兩價或多價離子，且截留率較高，而對Na+、Cl-等一價離子，其截留率并不高，從而有效分離SO42-。

膜法脫硝工藝過程由預處理部分和膜法脫硝部分等為重要構成要素。從電解脫氯淡鹽水來的淡鹽水，其中微量的游離氯不容忽視，從而會對膜的結構造成損壞。另外，要想將納米膜正常性能發(fā)揮出來，酸堿度必須要控制在適宜的范圍內。對此在淡鹽水進入膜過濾器的前期階段，預處理的落實至關重要，對殘留的游離氯予以清除，并將其溫度和pH值調到合適的范圍內，然后在高壓泵的作用下，淡鹽水進入膜分離系統(tǒng)，實現(xiàn)鹽水中的Na2SO4分離。

（二）應用體現(xiàn)

1. 節(jié)能

在膜法脫硝中，三級膜分離工藝設計的運用價值顯著，它可以將膜分離技術充分發(fā)揮出來。經過三級分離后，濃縮液中SO42-含量可以達到80～100g/L，為進一步處理高硝水的濃縮創(chuàng)造了有利條件，從而進一步實現(xiàn)能耗控制目標。

在該裝置運行過程中，借助有效的管理操作，可以構建穩(wěn)定、可靠的離子膜燒堿工程系統(tǒng)環(huán)境，使離子膜淡鹽水中的SO42-與技術指標范圍相契合，確保進槽鹽水SO42-濃度控制在5g/L以下，從而進一步強化鹽水質量。

2. 安全環(huán)保

納濾膜法脫除SO42-，該過程是一個物理過程，免去了添加助劑這一流程。與傳統(tǒng)的鋇法脫除SO42-工藝相比，該方法不需要輔助材料 BaCl2 的投入。傳統(tǒng)鋇法工藝投入的BaCl2，既具有高昂的價格缺陷，而且毒性特點不容忽視，硫酸鋇泥作為副產品之一，與環(huán)保的要求相差甚遠。納濾膜法的應用，可以有效預防鋇鹽導致環(huán)境污染的出現(xiàn)，其安全性、環(huán)保性優(yōu)勢突出。

3. 自動化程度高

優(yōu)質電氣元件裝配，對于整套系統(tǒng)的電氣控制箱產生了深遠的影響，在高壓泵運行壓力、物料pH 值、富硝鹽水密度等因素的影響下，可以對系統(tǒng)的運行狀況予以自動化調節(jié)，通過自動閥門的應用，可以使遠程操作需求得到實現(xiàn)，并做好運行數(shù)據(jù)的采集工作。控制信號及遠傳信號，與遠程操作和監(jiān)控之間的關系密切，整套系統(tǒng)的自動、手動切換均可以實現(xiàn)。在工控上位機上可以實時查看各遠傳儀表信號，同時也可通過返查歷史數(shù)據(jù)來查看某一時間段的運行參數(shù)，以了解和判斷脫硝系統(tǒng)的運行變化趨勢，及時進行分析和調整。

四、離子膜燒堿生產系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展舉措

（一）節(jié)電方向

離子膜法燒堿電解裝置中，不可忽視的一大技術指標便是電解單元的陰陽極間距，其極距越小，越有助于降低單元槽電解電壓，同時也有助于生產電耗的控制。在極距達到最小值的情況下，叫做“膜極距”。通常來說，集電板、彈性體等，為零極距電解槽的陰極的重要構成。陰極網是由直徑0.2mm的鎳絲編制的帶有特殊涂層且經過特殊加工的、表面光滑的網。極網用鎳條固定在槽框上，由于彈性體的存在，使電解槽陰極外凸且具有彈性。安裝離子膜后陰極、離子膜和陽極處于緊貼狀態(tài)，實際的電極距只有離子膜的厚度，從而將電極的間距降至最小，即零極距電解槽。零極距電解槽通過降低電解槽陰極側溶液電壓降，從而達到節(jié)能的效果，與普通電解槽相比，同等電密下，零極距電解槽電壓降低約180mV，相應噸堿電耗下降約125kWh。

（二）用水方向

目前，由于生產規(guī)模的不斷擴大，離子膜燒堿生產中對于用水量的需求量越來越高。在項目建設中，應貫徹落實好水資源的節(jié)約化原則，不斷提高水資源利用效率。其中，循環(huán)利用泵機封冷卻水及妥善收集水封溢水、蒸汽冷凝水等是至關重要的。同時，樹脂塔再生廢水具有較高的回收效果。在鹽水的二次精制方面，離子交換螯合樹脂能與鹽水中二價金屬離子結合形成穩(wěn)定的螯合物，從而去除鹽水中Ca2+和Mg2+等雜質，將其濃度控制在合理范圍內。但螯合樹脂隨著時間延長，其螯合吸附能力下降，需使用通過7%鹽酸和4%的燒堿進行再生操作，再生過程會產生大量的堿性和酸性等廢水，收集這些酸性、堿性廢水并處理，使其用于一次鹽水化鹽，從而達到節(jié)水目的。

五、結束語

綜上所述，在離子膜燒堿生產中，加強節(jié)能降耗的工作勢在必行，同時我國環(huán)境保護形勢愈發(fā)嚴格，所以必須要加大環(huán)境治理力度，給予燒堿成本和利潤一定的支持，并為企業(yè)自身生存和發(fā)展奠定良好的基礎。所以應加強對新技術的廣泛應用，貫徹落實好節(jié)約能源和控制能耗等措施，促進各個氯堿企業(yè)的正常運行?？傊?，通過有效創(chuàng)新和技術進步，可以不斷強化企業(yè)自身的市場競爭能力。