氯堿企業節能降耗技術分析

陳敏(湖南化工設計院有限公司，湖南 長沙 410007)

0 引言

近年來市場對于化工產品的需求量越來越大，燒堿、氯氣等作為基礎大宗化工原料用量也在穩步增長。各大氯堿企業紛紛加大了投資擴建產能，目前國內氯堿企業總體產能過剩，氯堿產品的質量和性能差異較小，企業間同質化競爭日趨加劇，企業面臨的競爭壓力越來越大，一些企業虧損嚴重。

為了更好地生存和發展，氯堿行業積極順應國家經濟發展方向，緊跟市場需求，進行產業轉型升級。除了通過科技創新增加新產品外，提高能效、降低能耗也是氯堿企業提升市場競爭力的重要手段。

從現階段我國化工市場的整體發展形勢來看，多數氯堿生產企業已經意識到了其生產中存在的主要問題，開始結合實際情況，不斷對整體結構進行調整，順應時代發展，響應國家號召，在企業生產過程中，不斷主動進行節能降耗技術的研究。過去一段時間氯堿生產企業在進行資源配置時，主要是以擴大規模為核心，然后再結合實際情況對產業鏈進行合理調整。而目前我國多數氯堿生產企業已經開始探尋新型的循環節能模式，比如一體化的循環節能模式，目的是在保證企業生產效率的基礎之上實現節能降耗，并促進經濟發展[1]。文章將結合實際情況介紹幾種目前我國氯堿生產企業中普遍應用的節能降耗技術，并對其進行詳細分析。

1 氯堿工業節能降耗的必要性分析

氯堿工業是化學工業的重要組成部分，其產品應用范圍相對較廣，不僅是化工行業的基礎原材料，還廣泛應用于建材、交通、電氣、冶金、紡織、食品、包裝、日用化工等及諸多領域。因此，可以說氯堿工業在我國社會發展過程中起到至關重要的作用。雖然相對于部分西方發達國家來說，我國現代化氯堿工業起步相對較晚，但是氯堿工業在我國的發展也已經歷經了上百年，其主要采用隔膜法以及離子交換膜法兩種生產工藝[2]。從現階段的整體技術來看，雖然這兩種工藝的性質不同，但都是需要通過電解進行，因此氯堿工業的生產需要消耗大量電能。氯堿行業不但耗能高，在實際生產過程當中也會消耗大量的物資，且會造成環境污染[3]。

節能減排發展綠色產業已經成為了現階段我國全社會所關注的焦點，也是我國政府相關部門大力倡導的發展方式，氯堿行業作為高能耗高污染行業，其在發展過程當中必須積極響應國家號召，結合實際情況采取相應措施，在保證生產效率的基礎之上，推行清潔生產，實現節能降耗，同時還需要降低生產成本，提高企業整體經濟收益，實現可持續發展[4]。從現階段的氯堿行業整體發展形勢來看，其主要的發展目標就是在安全環保的雙重壓力下提升經濟收益，這需要管理階層具有一定的市場敏銳度以及宏觀觀察力，用發展的眼光去看待氯堿行業的整體發展趨勢，并綜合考慮各企業的實際發展情況，提出具有規模性的系統的企業發展模式，保證其具有一定的針對性以及可行性。氯堿企業在企業實際發展過程當中，需要對于水資源、電資源以及蒸汽能耗等資源進行節約，不斷結合實際情況，創新相應技術，使有限的資源發揮出更大的價值，進而提高資源利用率。

2 氯堿生產中的節能降耗技術

2.1 濕氯氣熱量回收

(1)技術背景。濕氯氣從電解槽內出來后，其溫度較高，達到80～90 ℃，不宜直接進入下一工序，因此需要對其進行降溫處理。而過濾鹽水由于其來自一次鹽水工序，因此溫度相對較低，需要采取相應措施對其進行預熱，然后進入電解槽。可以通過將濕氯氣與過濾鹽水進行換熱的方式實現對濕氯氣的降溫以及對過濾鹽水的預熱。

(2)工藝簡介。為一次鹽水工序送來的過濾鹽水能夠與濕氯氣進行換熱，需要在氯氣主管電解出口處設置一臺肽列管換熱器。過濾鹽水與濕氯氣在肽列管換熱器內進行逆流換熱，其中過濾鹽水走殼程低進高出，濕氯氣走管程高進低出。

2.2 膜脫硝濃縮液中氯化鈉的回收

(1)技術背景。我國傳統氯堿企業在生產過程中采用的是鋇法除硝，不但運行費用高且對環境的破壞較為嚴重，因此目前我國多數氯堿企業已經摒棄了這種方式，使用膜法脫硝裝置。該膜對氯化鈉沒有截流能力，因此如果排放濃縮液，會浪費大量原鹽。針對這一問題，目前我國多數企業采用冷凍工藝對氯化鈉進行回收，但冷凍法施工流程較為復雜且運行成本高，最好的解決辦法是增加一套濃縮液后處理裝置。

(2)工藝簡介。將膜法脫硝裝置得到的濃縮鹽水與蒸發的弱堿性純水進行混合，并通過靜態混合器使混合均勻，對于剩余雜質，需要通過保安過濾器對其進行過濾，將鹽水送入濃縮鹽水配水罐[5]。通過進料泵進入膜法除硝裝置，過濾單元，將鹽水分離為滲透液和濃縮液，將濃縮液送出外界，而滲透液回收氯化鈉。

2.3 氯化氫合成爐副產蒸汽

(1)技術背景。氯氣和氫氣在氯化氫合成爐中進行劇烈的放熱反應，為提高能源利用率，可以采取相應措施對這部分熱量回收利用，傳統方式是通過副產熱水對其進行回收，但是相對來說利用率低，現階段多數工業采用副產蒸汽合成爐，相對來說，其對熱量的回收率和利用率更高。

(2)工藝簡介。經過緩沖罐和穩壓閥后，將氯氣和氫氣的壓力穩定在設定值，并將其送入合成爐進行燃燒反應。自動檢測氫氣與氯氣的流量，并通過比例調節器對其進行自動跟蹤調節，保證氯化氫氣體的氯氫配比，對其進行三級吸收。以純水為吸收劑，吸收31%高純酸鹽，用純水冷卻合成爐夾套高溫區，將氯化氫合成熱吸收。

2.4 蒸汽冷凝水回收

(1)技術背景。在燒堿生產中，蒸汽是加熱鹽水和堿液的熱源介質，能產生較高質量的蒸汽冷凝水，部分氯堿企業直接將蒸汽冷凝水排入地溝，造成大量浪費，事實上可以將其送入脫鹽水裝置，從而實現回收利用。

(2)工藝簡介。通過管道將換熱器冷凝水傳輸至蒸汽冷凝水收集槽，將蒸汽冷凝水通過泵送至脫鹽水裝置。

2.5 濃水回收

(1)技術背景。反滲透工藝是現階段我國多數氯堿企業常用的脫鹽技術，其主要優勢就是效率相對較高，且對環境的污染較低，因此應用范圍相對較廣。但是其在實際應用過程當中，會產生25%的濃水排放，對水資源造成較大浪費[6]。針對這些問題可以采用反滲透濃水回用技術，相對來說其施工工藝較為便捷且投資較低，不但能夠大大提高水資源的利用率，還能夠降低水資源消耗。

(2)工藝簡介。利用反滲透濃水的壓力，將其引入濃水回收裝置，然后對其進行脫鹽，再回收濃水，引入原水箱。該冷水壺用裝置不需要耗電，且不需要加壓泵，只需要將專利膜設備與反滲透裝置放在模架上，反洗系統共用脫鹽水裝置，不需要增加水箱，將反滲透濃水直接過濾。回收水的整體性能較原水更好，循環到水處理系統后，能夠將原水的品質進行提高，并降低了反滲透膜的負擔，能夠將膜的使用壽命延長至3～5年。

2.6 氫氣的回收利用

2.6.1 氫氣鍋爐

(1)技術背景。鹽酸的生產過程危險性較高，容易因為操作失誤而發生安全事故，因此需要相關工作人員對鹽酸的生產過程有全面的了解和深刻的認知，嚴格按照規定的流程進行生產，根據實際需求合理控制氫氣與氯氣的比例。在鹽酸的實際生產過程當中，企業需要結合實際情況降低生產成本，這大大限制了企業的實際發展與鹽酸的生產效率。為提高生產效率并降低生產成本，目前我國部分企業開始逐漸在原有的生產技藝的基礎之上，引入天然氣轉化裝置。天然氣轉化裝置的主要優勢就是可以提高氫氣的純凈性并降低其成本，使氫氣和氯氣進行化學反應，從而生產鹽酸。這種生產方式能夠在保證鹽酸生產效率以及最終鹽酸質量的基礎之上，最大程度地降低生產成本，提高經濟收益，同時對水資源進行了合理利用，實現了節能降耗。燃燒氫氣會產生水蒸氣，水蒸氣不但不會對環境造成污染，而且還能夠投入使用。鹽酸的生產過程中需要大量蒸汽，部分企業選擇從國外進口氫氣鍋爐。雖然氫氣鍋爐的應用具有一定優勢，但是在實際的實踐過程中仍然存在部分缺陷，氫氣鍋爐的購買以及維修的成本相對較高，增加了企業的生產成本。目前，我國已經生產出了完全國產化的氫氣鍋爐系統，大大降低了企業的生產成本，并提高了能源的應用效率。

(2)工藝簡介。氫氣經過氯堿裝置的氫處理工序后，被通過管道送入預處理系統，預處理系統對氫氣進行處理后，再將其送入氫氣鍋爐底部的燃燒器，燃燒氫氣產生的熱量能夠加熱進入鍋爐內列管中的除氧水。通過鍋爐頂部的顱外汽水分離罐將生成的蒸汽送入廠區低壓蒸汽管網，其就能夠被應用到氯堿生產、保溫以及生活當中。

2.6.2 氫氣燃料電池

(1)技術背景。氫氣燃料電池的節能環保性能相對更強，因為其可以回收氯堿企業的富余氫氣，因此現階段國際上較多的化工企業都在研究將氫氣燃料電池用于氯堿行業。現階段氫氣燃料電池難以應用于氯堿行業的主要原因就是相對來說其投入成本較高，一旦在氯堿行業內引入氫氣燃料電池的應用，會大幅度提高生產成本，無法保證企業整體經濟效益。目前歐洲部分企業已經開始將阿克蘇諾貝爾公司與Nedstadck合作開發的氫氣燃料電池發電裝置應用于生產模式中，其效果相對較好。

(2)工藝簡介。2 MW的氫氣燃料電池需要部分空氣和1 300 m3/h氫氣，副產熱能1.4 MW，溫度為65～70 ℃，可應用于鹽水預熱。

2.7 一次鹽水精制中磷酸鹽的應用

(1)技術背景。將碳酸鈉和氫氧化鈉為機制系在一次鹽水工序與鈣鎂離子反應，從而除去鈣鎂離子，延長電解槽使用壽命，需要注意的是，一次鹽水中的鈣鎂離子質量分數不能超過1×10-6，通過螯合樹脂塔在二次鹽水工序對其進行吸附，進一步降低鈣鎂離子質量分數，使其低于2×10-8。為保證樹脂的吸附能力，需要再生清洗螯合樹脂塔。樹脂塔的再生費用主要取決于其再生周期，樹脂塔的再生周期主要取決于一次鹽水鈣鎂離子濃度。為縮短螯合樹脂塔再生周期，目前我國多家氯堿企業相關人員針對這一問題進行了深入研究，發現可以將磷酸鹽加入鹽水中，相對來說磷酸鈣以及磷酸鎂的容積更低，因此可以降低鈣鎂離子濃度。只要鈣鎂離子濃度降低就可以大幅度延長螯合樹脂塔的再生周期并降低其運行負荷。

(2)工藝簡介。鈣鎂離子在一次鹽水中與碳酸鈉和氫氧化鈉發生反應，過濾器對發生反應后的鈣鎂離子進行過濾，在后續反應器內加入磷酸或磷酸鈉，其會與鹽水中剩余的微量鈣鎂離子繼續反應，再次通過過濾器對其進行過濾，然后送入螯合樹脂塔精制。磷酸根過量會對電解槽電壓造成一定影響，因此需要對其進行合理控制，保證磷酸根過量質量分數不超過3×10-5。

2.8 氯化氫催化氧化制氯氣

(1)技術背景。近年來我國MDI、TDI、甲烷氯化物等涉氯產品不斷擴產，工業副產氯化氫的總量已經接近了400萬噸/年，未來5年預計總量將會達到500萬噸/年，大量副產HCI的銷路和利用成為了制約眾多行業發展的主要原因。想要解決這一問題，需要通過相應措施實現氯元素循環和反應過程的零排放，將氯化氫直接轉化為氯氣進行利用。氯化氫催化氧化制氯氣技術大大降低了能耗，因此現階段被氯堿行業相關企業重點關注。我國的煙臺萬華氯堿有限責任公司在寧波采用引進技術建成的HCI催化氧化制氯氣工業化裝置；上海氯堿化工股份有限公司自主研發了氯化氫催化氧化制氯氣千噸級中試裝置。從目前的情況來看，其應用效果相對較好。

(2)工藝簡介。氯化氫催化氧化制氯氣技術主要就是采取相應措施，使氯化氫通過催化劑與氧氣的共同作用，使其氧化為氯氣和水，Deacon過程、Shell法和日本住友的技術是現階段的主要代表技術。在催化劑的作用下，氯化氫和氧氣會被預熱，然后進入固定床或流化床反應器發生氧化，從而生產氯氣。

3 結語

氯堿企業是化工行業的重要組成部分，在我國整體發展中起到至關重要的作用，相關工作人員需要充分重視氯堿企業的節能降耗技術。現階段我國多數氯堿企業不斷引進新型節能技術，以其實現其經濟效益與社會價值的共同進步，實現氯堿企業與生態自然環境的和諧發展。