離子膜燒堿企業(yè)節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展探索

路 迪，董曉政

（甘肅北方三泰化工有限公司，甘肅 白銀 730900）

在目前能源緊張，燒堿市場競爭激烈的情況下，氯堿企業(yè)面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。最大限度地降低能源消耗、降低生產成本、增強企業(yè)的競爭力，成為企業(yè)目前的首要任務。在這種形勢下，甘肅北方三泰化工有限公司（以下簡稱三泰公司）近年來持續(xù)開展技術創(chuàng)新，不斷加強先進技術的應用，實施了氯堿生產線技術優(yōu)化提升改造、5 萬t/a 99%片堿、電解槽膜極距、循環(huán)水涼水塔節(jié)能、液堿蒸發(fā)二次蒸汽冷凝液回收等十余項重點技術改造項目。燒堿噸堿電耗由2 280 kW·h 下降至2 220 kW·h，噸堿產品綜合成本較2016 年下降15%，保障了上下游產業(yè)鏈用氯需求，成功將國內全自動包裝及機器人碼垛生產裝置應用于99%片堿生產，解決了99%片堿無法全自動包裝的難題。生產線自動化、智能化、本質化安全水平大幅提升，確保企業(yè)長期健康發(fā)展。

1 離子膜燒堿生產工藝

化鹽水進入化鹽池與原鹽接觸，制得飽和粗鹽水，依次加入燒堿、NaClO 溶液及碳酸鈉溶液，除去鹽水中的鎂離子、菌藻類、腐殖酸等有機物及鈣離子，成為一次精鹽水。一次精鹽水經過樹脂塔進一步除去鈣鎂離子等雜質成為二次精制鹽水。合格的二次精制鹽水通過管線送到電解槽電解產生氯氣、氫氣、燒堿及含氯淡鹽水。生成的濕氯氣送到氯氣處理系統，經過洗滌、冷卻、干燥、壓縮制成液氯。生成的濕氫氣送到氫氣處理系統，經過洗滌、壓縮、冷卻制得氫氣。生成的燒堿除了一部分回到電解槽之外，其余經過冷卻后送往燒堿罐區(qū)外售。含氯淡鹽水則經過脫除游離氯后送回到鹽水處理化鹽。

2 離子膜燒堿生產節(jié)能措施

根據離子膜燒堿生產工藝特點，節(jié)能改造從節(jié)約水耗、電耗以及蒸汽消耗等3 方面進行，結合三泰公司生產實際，在節(jié)能降耗方面采取以下幾項措施。

（1）進行膜極距改造，降低電耗

離子膜生產的主要能耗為電能消耗，電解槽耗電量占電能總消耗量的80%以上，因此，對電解槽新技術的應用是節(jié)能減碳的關鍵。自2016 年以來，結合氯堿行業(yè)膜極距電解槽技術發(fā)展情況，將1#、2#、3#等3 臺普通高電密電解槽（電流密度4.5 kA/m2）通過減小電解單元的陰陽極間距（極距），降低電解槽陰極側溶液電壓降，改造為一代膜極距電解槽（電流密度5.0 kA/m2），電流密度由原來的4.5 kA/m2提高到5.0～5.5 kA/m2，單元槽數由原來的146 片增加到152 片。槽溫88 ℃，陰極出槽堿濃度31.53%，單元槽電壓為3.041 V，燒堿噸堿電耗下降126.77 kW·h，年創(chuàng)效益550 余萬元。改造前后電解槽運行效果比較見表1。

表1 改造前后電解槽運行效果比較

2021 年大檢修期間進一步完成了1#、3# 電解槽二代膜極距電解槽技術改造（電流密度5.5 kA/m2），通過更換陰、陽極極網和涂層，改造陽極循環(huán)堰板，運行電流密度5.5 kA/m2，通過新技術的應用，可有效降低電解槽電壓。2020 年電解槽平均交流電耗為2 218 kW·h/t，預計實施改造后，電解槽平均交流電耗可降至2 210 kW·h/t 以下，年可節(jié)約電量120 萬kW·h，預計年減碳量700 t CO2。

（2）循環(huán)水系統優(yōu)化，降低水耗

生產線循環(huán)水系統的水源為協議公司輸送的生消水，隨著生產線產能的逐年增加以及系統在長周期運行過程中管線、板換的結垢現象日益加重，現有循環(huán)水系統已無法滿足生產線高負荷運行的需求，為確保換熱效果，系統補水置換量明顯增加，運行效率下降，電能、水損耗較大。2021 年底完成循環(huán)水系統改造項目，新增反滲透裝置，采用雙極反滲透過濾工藝，利用反滲透膜的特性對生消水進行預處理，可除去水中絕大部分可溶性鹽分，膠體，有機物及微生物，使二級出口的水質最終達到使用要求，提高循環(huán)水系統換熱能力和換熱效果，在滿足生產線增加產能的同時可有效降低電耗及生消水消耗量，預計每年可節(jié)約生消水4.5 萬t；預計年減碳量167 t CO2。

（3）生產線余熱利用，降低蒸汽消耗

將鹽酸合成中氯氫氣燃燒熱全部用于生產中壓蒸汽（0.8 MPa），供液堿蒸發(fā)使用，減少外購中壓蒸汽量（外購中壓蒸汽為1.3 MPa 經減溫減壓后使用），如果在3 臺合成爐滿負荷生產工況下可以實現生產線蒸汽自給自足，月可增產副產蒸汽8 700 t，創(chuàng)效86 萬元。

2016 年8 月4 萬t/a 50%液堿擴能改造項目投產后，產生蒸汽冷凝液約8.5 t/h（32%液堿蒸出冷凝液5.6 t/h，生蒸汽冷凝液2.9 t/h），打破生產線用水平衡。若無法有效回收利用，只能排入廢水系統，造成蒸汽冷凝液的浪費和生產廢水的增加。通過對二次蒸汽冷凝液水質進行分析，冷凝液水質接近工業(yè)純水，通過技術改造，將蒸發(fā)冷凝液回收，由冷凝液泵輸送至電解工序替代純水作為電解槽陰極補充水。解決了冷凝液外排導致生產廢水增加的難題，同時工業(yè)純水溫度為常溫（約20 ℃），加入電解槽時還需用蒸汽加熱以保證電解槽槽溫，而回收后的二次蒸汽冷凝液溫度為60 ℃，補充電解槽陰極補水后無需蒸汽加熱，減少了蒸汽消耗量。節(jié)約蒸汽量2 190 t/a，年創(chuàng)效益130.09 萬元。同時在冷凝液輸送管線上安裝在線pH 值分析以及電導率分析儀，由DCS 盤面工實時監(jiān)控蒸汽冷凝液水質狀況，并將在線電導率分析儀分析數據與電解槽陰極補水進行聯鎖，提高電解槽蒸汽冷凝液用水的本質化安全水平。

實施蒸汽冷凝液替代工業(yè)純水用于合成爐補水技術改造，將片堿工序產生的中壓蒸汽冷凝液（約1.5 t/h）替代工業(yè)純水用于鹽酸合成爐副產蒸汽，在減少工業(yè)純水用量的同時增加了中壓蒸汽產量，由于蒸汽冷凝液作為合成爐補水與常溫純水相比溫度較高，產生更多蒸汽，年節(jié)約成本63 萬元。

氯水換熱器的投用。2018 年實施鹽水預熱工藝改進，用高溫濕氯氣對一次鹽水進行預熱，根據實際測量，鹽水溫度由57 ℃上升到63.1 ℃，每小時節(jié)約低壓蒸汽約1.5 t，同時送入氯氣處理系統的氯氣溫度下降15 ℃，既降低了氯氣處理系統的負荷，又節(jié)約了鹽水加熱蒸汽，年節(jié)創(chuàng)效益160 余萬元，節(jié)能降耗效果明顯。

（4）延長樹脂塔再生時間，降低物耗

三泰公司根據二次鹽水精制十幾年運行狀況，結合生產實際，根據生產負荷與樹脂塔運行負荷，將樹脂塔再生時間延長2 h，延長后，所用物料呈下降趨勢，每小時節(jié)約燒堿0.036 t，鹽酸0.093 t，純水3.93 t，每年可節(jié)約109.47 萬元。

同時，由于用水量減少，每小時廢水量減少4.1 t，全年減少33 040 t 廢水，該項目實施后，年節(jié)約110萬元。

執(zhí)行五個多月后，目前二次鹽水指標穩(wěn)定，Ca2++Mg2+最高14×10-9、最低1.5×10-9，符合工藝指標Ca2++Mg2+≤20×10-9要求。樹脂塔延長再生周期后鈣鎂離子平均含量波動較小。

3 環(huán)保措施

當前，國家針對環(huán)保領域的管控越來越嚴格，新《環(huán)境保護法》、《固體廢物污染環(huán)境防治法》 以及十九屆四中全會都對環(huán)境保護工作提出了更高更嚴的要求，尤其是十九屆四中全會提出要“實行最嚴格的生態(tài)環(huán)境保護制度”。能否做好環(huán)保工作直接關系到企業(yè)的生死存亡。三泰公司作為化工原料生產企業(yè)，主要污染物包括生產廢水、氯氣尾氣、氯化氫尾氣及一般固體廢物鹽泥和危險廢物廢潤滑油、廢螯合樹脂，為達到環(huán)保管理的要求，公司堅持“今天的欠賬就是明天的災難”的環(huán)保理念，通過技術創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、“賽馬”機制等形成了全員參與、持續(xù)改善的環(huán)保工作模式。通過實施機封水回收利用、蒸汽冷凝液回收利用等技術創(chuàng)新項目和將生活污水全部用于綠化等措施，使得總廢水外排量由“十三五” 初期的106 374.6 t/a 降至當前的30 993.8 t/a，下降了70.9%，廢水排放量由1.23 m3/t 堿降至當前的0.28 m3/t 堿，下降了77%，為企業(yè)做大做強做優(yōu)創(chuàng)造優(yōu)良的環(huán)境。

（1）將膜法除硝工藝產生的副產物芒硝（十水硫酸鈉）進一步提取濃縮加工成工業(yè)無水硫酸鈉產品，最終實現芒硝廢料全部回收利用，在減少芒硝處置費用的同時增加收入400 萬元，達到了企業(yè)經濟效益和生態(tài)環(huán)境效益雙贏的局面。

（2）實施了電解、液堿蒸發(fā)、片堿等工序機泵機封水循環(huán)利用、液堿蒸發(fā)蒸汽冷凝液回收用于電解槽陰極液補水、循環(huán)水排污水循環(huán)利用等一系列技改技措項目，使得總廢水外排量逐年下降，噸堿廢水較氯堿行業(yè)指標下降了72%。

（3）針對電解工序HCl 氣體污染環(huán)境和腐蝕設備的問題，完成了電解工序鹽酸儲罐排氣孔改造，新增鹽酸酸霧吸收塔，將鹽酸儲罐HCl 氣全部吸收，解決了該罐HCl 尾氣對周邊設備的腐蝕問題。

（4）針對片堿制片機下料口結塊堵塞和堿塵潮解掛壁影響片堿工序環(huán)境問題，在原有設備基礎上加裝片堿制片機除塵系統，使片堿制片機料倉潮氣、堿塵和料倉結塊問題得到了極大改善，現場作業(yè)環(huán)境得到了明顯改善。

（5）原有合成爐A/B 氯化氫尾氣從尾氣吸收塔出來后直接排空，通過技術改造用堿液對合成爐氯化氫尾氣進行循環(huán)吸收，確保HCl 尾氣達標排放。

（6）2021 年新增外排廢水COD、氨氮在線監(jiān)測、合成爐氯化氫尾氣濃度在線監(jiān)測、事故氯尾氣濃度在線監(jiān)測、片堿天然氣燃燒尾氣在線監(jiān)測設備，確保廢氣達標排放。

下一步，三泰公司圍繞做大做強氯堿化工產業(yè)新機遇、新任務，在環(huán)保減排工作方面再挖潛，力爭在“十四五”期間實現總廢水外排量再下降10%。并結合新建40 萬t/a氯堿項目，探索鹽泥綜合開發(fā)利用的途徑，利用鹽泥溶解、洗滌等技術，消除固廢鹽泥的環(huán)保風險；另一方面公司將從源頭入手，嚴把原鹽質量關，降低工業(yè)鹽雜質含量；更新板框式壓濾機，選擇壓濾效果更好，自控水平高的隔膜式壓濾機，減少鹽泥中水含量，從而減少鹽泥產生量。

4 可持續(xù)發(fā)展

（1）片堿項目的成功上線，增強市場競爭力

2019 年，面對國內燒堿銷售價格持續(xù)下滑，三泰公司實施了5 萬t/a 99%片狀氫氧化鈉生產線建設項目，有效破解了企業(yè)生產運營瓶頸，形成液堿與固堿多元銷售局面，增強市場競爭力。并成功將國內全自動包裝及機器人碼垛生產裝置應用于99%片堿生產。生產線自動化、智能化、本質化安全水平大幅提升，企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強。同時公司積極開拓以國內為主、出口為輔的固堿銷售市場，不斷擴大燒堿產品市場份額，實現企業(yè)利益最大化，提升企業(yè)競爭力。

（2）氯堿-PVC 實現聯產優(yōu)化產業(yè)結構

三泰公司氯堿生產線是銀光集團聚氨酯產業(yè)發(fā)展的重要配套生產線，設計燒堿產能10 萬t/a。生產的氯氣、氫氣等主要供聚銀公司TDI（甲苯二異氰酸酯）生產裝置作為原料使用，配套TDI 產能10 萬t/a。聚銀公司TDI 生產線副產的氯化氫氣體輸送PVC裝置生產聚氯乙烯（配套12 萬t/a PVC），形成氯堿—TDI—PVC 產業(yè)鏈模式，屬典型的循環(huán)經濟產業(yè)鏈。但因各裝置設計運行時間不同（TDI 生產線7 200 h/a；氯堿及PVC 生產線8 000 h/a），存在氯堿、PVC 裝置產能發(fā)揮不充分的問題。

為此，三泰公司在2020 年實施氯化氫系統優(yōu)化改造，新建2 套氯化氫合成爐，并一次性開車成功。實現了氯堿-PVC 聯動生產，在TDI 裝置檢修期間可向PVC 裝置輸送氯化氫氣體9.8 t/h，滿足12 萬t/a PVC 裝置的氯化氫需求。保證PVC、氯堿生產線高負荷生產，充分發(fā)揮了氯堿、PVC 產業(yè)鏈協同效應，優(yōu)化了產業(yè)結構，釋放了氯堿、PVC 產能，為企業(yè)高質量發(fā)展奠定堅實基礎。同時將氯化氫合成過程產生的熱量有效利用，每日副產中壓蒸汽二百余噸。

為充分釋放產業(yè)鏈各裝置產能，三泰公司采用新型副產蒸汽二合一氯化氫合成爐，配套全自動遠程點火系統及遠程視頻監(jiān)護看火，以氯氣和氫氣為原料，合成氯化氫氣體輸送PVC 裝置，實現氯堿—PVC 裝置聯動生產，打通了氯堿-TDI-PVC 循環(huán)產業(yè)鏈。徹底解決了產業(yè)鏈配套模式存在各裝置產能發(fā)揮不充分，及TDI 生產線檢修或單線運行時氯堿、PVC 生產線需降負荷運行的問題，并對該裝置產生的各類廢水全部回收用于化鹽，減少了生產廢水排放量，使公司生產線的產能及潛能得到了充分發(fā)揮。

5 結語

三泰公司將進一步學習和消化吸收先進企業(yè)的管理經驗，關注離子膜燒堿生產技術發(fā)展動態(tài)，及時引進吸收生產成本低、自動化和本質化安全水平高的新工藝、新設備、新材料，并結合公司生產實際對先進技術進行轉化和提升，最終實現可持續(xù)發(fā)展。