對(duì)離子膜燒堿工藝中能耗問(wèn)題探索

（天能化工有限公司，石河子市，832000） 周　云

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對(duì)離子膜燒堿工藝中能耗問(wèn)題探索

（天能化工有限公司，石河子市，832000） 周云

摘要對(duì)燒堿工業(yè)中最常使用的離子膜法進(jìn)行了介紹，并分析了離子膜法燒堿制造工藝的特點(diǎn)。對(duì)離子膜法燒堿制造工藝流程進(jìn)行了分析，提出建議。

關(guān)鍵詞離子膜法；燒堿；能耗；生產(chǎn)工藝

1　引言

離子膜法燒堿制造工藝是燒堿生產(chǎn)中最常用的生產(chǎn)工藝，隨著該工藝的不斷發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)燒堿制造工藝，離子膜法具有明顯優(yōu)勢(shì)，一是離子膜法生產(chǎn)燒堿質(zhì)量好，二是離子膜法生產(chǎn)燒堿能夠根本上避免水質(zhì)污染，三是離子膜法燒堿制造工藝對(duì)工作人員身體危害較小。雖然離子膜法燒堿制造優(yōu)勢(shì)突出，但是，該能耗較大，限制了離子膜法燒堿工藝的發(fā)展。所以，采取措施降低離子膜法燒堿工藝中的能耗問(wèn)題，是目前燒堿制造工藝發(fā)展的主要方面。

2　離子膜法燒堿工藝優(yōu)點(diǎn)

離子膜法燒堿工藝是上世紀(jì)八十年代發(fā)展的最新燒堿制造工藝，相對(duì)于傳統(tǒng)的燒堿制造工藝，如金屬陽(yáng)極隔膜法燒堿工藝，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。（1）工藝簡(jiǎn)單易操作。離子膜法燒堿工藝使用高濃度電解液，不需要進(jìn)行蒸發(fā)就能夠得到高濃度的燒堿。（2）能耗較低。離子膜法不需要進(jìn)行蒸發(fā)，能夠減少該步驟能耗，此外，電解以及水循環(huán)工段能耗也會(huì)相應(yīng)減少，從而降低能耗。（3）污染小。離子膜法燒堿工藝中產(chǎn)生的廢液以及廢氣都可以循環(huán)使用，幾乎不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。（4）產(chǎn)品純度高。離子膜法燒堿工藝能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，其純度能夠滿(mǎn)足化纖行業(yè)生產(chǎn)的要求。（5）生產(chǎn)設(shè)備占地較小。離子膜法燒堿工藝相對(duì)于其他燒堿制造工藝裝置較少，占地小。（6）生產(chǎn)安全性高。離子膜法燒堿工藝生產(chǎn)靈活穩(wěn)定，電解槽能夠適應(yīng)大幅度的電流變化，靈活控制生產(chǎn)，此外，離子膜法燒堿工藝操作簡(jiǎn)便，維護(hù)簡(jiǎn)單，降低了工人的工作強(qiáng)度。

3　離子膜燒堿工藝生產(chǎn)流程

3.1配水

電解食鹽水的過(guò)程中，食鹽水在未進(jìn)行處理時(shí)硫酸根含量大大過(guò)量，所以對(duì)食鹽水在電解前要進(jìn)行脫除硫酸根處理。未處理的食鹽水一般由兩部分組成，一部分已經(jīng)經(jīng)過(guò)自動(dòng)控制設(shè)備的處理，而另一部分是經(jīng)過(guò)硫酸鋇處理后的沉淀上清液。除此之外，還包括一部分回收使用的循環(huán)水，通過(guò)科學(xué)的配比，將各部分水調(diào)和成最終的電解食鹽水。

3.2化鹽及鹽水精制

食鹽水調(diào)和完成后，需要進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，調(diào)至合適溫度，并且將此食鹽水通過(guò)電離池的底部逆流導(dǎo)出，與原鹽混合。在此食鹽水中要緩慢加入氫氧化鈉溶液，結(jié)合生成氫氧化鎂，將有機(jī)物除去。完成混合后的食鹽水首先進(jìn)行預(yù)處理，將食鹽水中的懸浮物處理干凈，然后對(duì)經(jīng)過(guò)初步處理的食鹽水進(jìn)行再次精制。此后，將經(jīng)過(guò)初步處理的食鹽水送入填充有樹(shù)脂的精制塔中，從而確保食鹽水中的離子含量能夠滿(mǎn)足電解的標(biāo)準(zhǔn)，方便之后的電解操作。

3.3鹽水電解

經(jīng)過(guò)以上步驟處理的食鹽水已經(jīng)能夠滿(mǎn)足電解食鹽水的標(biāo)準(zhǔn)，可以經(jīng)行電解操作，在陽(yáng)極室中，食鹽水經(jīng)過(guò)電解操作能夠?qū)⑹雏}水中的氯氣分出，完成氯氣的操作。之后，食鹽水繼續(xù)送入脫氯泵。在此步驟中，要確保操作環(huán)境處在較低溫度下，所以，對(duì)陽(yáng)極液首先要經(jīng)過(guò)降溫之后才能進(jìn)行電解操作。

3.4淡鹽水脫氯處理

經(jīng)過(guò)以上步驟操作后能夠除去食鹽水中的大部分氯氣，但是該食鹽水中還存在一定量的游離氯，這些氯具有很強(qiáng)的腐蝕性，在電解操作中，會(huì)對(duì)設(shè)備造成極大的損壞，降低設(shè)備使用壽命。所以，對(duì)食鹽水進(jìn)一步脫氯操作，是電解過(guò)程順利完成的保證，可以使用具有還原性的試劑除去一定量的游離氯。此外，在脫氯過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氯，產(chǎn)生的游離氯不可以隨意排放，所以要設(shè)計(jì)操作對(duì)脫氯過(guò)程中產(chǎn)生的大量氯循環(huán)再次利用，既可以保護(hù)環(huán)境，還能節(jié)省原料與能源。

4　離子膜燒堿工藝中能耗問(wèn)題措施

在離子膜燒堿工藝中，電解液是造成能耗問(wèn)題的關(guān)鍵，在實(shí)踐過(guò)程中，在目前的設(shè)備條件下，食鹽水中的雜質(zhì)以及設(shè)備的損耗是造成能耗大的首要原因，所以，采取措施解決以上兩個(gè)問(wèn)題，是降低離子膜燒堿工藝能耗問(wèn)題的關(guān)鍵。

4.1離子膜燒堿工藝能耗產(chǎn)生原因

電解液中電耗能的問(wèn)題：離子膜燒堿工藝能耗過(guò)大，一個(gè)重要原因就是在對(duì)食鹽水的電解過(guò)程中，由于電解過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，雜質(zhì)含量也會(huì)不斷增長(zhǎng)，尤其是在電解過(guò)程中的除碘操作，此操作中，一般工藝是將碘離子與鋇離子生成碘酸鋇或者高碘酸鋇，由于以上兩種化合物生成會(huì)阻礙硫酸鋇的生產(chǎn)，同時(shí)也會(huì)阻礙吸附劑的吸附作用，這些碘化合物會(huì)進(jìn)入電解槽，進(jìn)入離子膜內(nèi)部從而影響電解效率，造成能量損失。所以，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，雖然每個(gè)企業(yè)會(huì)使用不同質(zhì)量的電解液，電解槽過(guò)濾水平也會(huì)有所差異，造成電解液中離子含量也各不相同，但是離子膜燒堿工藝中電解液基本要求是一樣的，就是通過(guò)特定的操作，將電解液中有害雜質(zhì)盡量的除去，從而滿(mǎn)足離子膜燒堿工藝電解需要。

蒸發(fā)工段能耗問(wèn)題。在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，離子膜燒堿工藝的基本操作流程如下：首先將燒堿和純堿加入到電解液精制反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中會(huì)生成鈣、鎂沉淀，經(jīng)過(guò)對(duì)電解液的沉降分離與過(guò)濾操作，能夠除去大量的不溶性雜質(zhì)。然后，初步處理的食鹽水流經(jīng)涂有α-纖維素的碳素?zé)Y(jié)管過(guò)濾器，除去電解液在的固體懸浮物。將亞硫酸鈉加入食鹽水除去游離氯。先將已經(jīng)配置完成的α-纖維素涂抹在碳素?zé)Y(jié)管上，另一部分與鹽水一起加入過(guò)濾器，從而避免過(guò)濾元件被堵塞，延長(zhǎng)過(guò)濾元件的用壽命，此外，過(guò)濾器要交替使用，定期反洗。在電解過(guò)程中，通常要蒸發(fā)除去雜質(zhì)，所以需要反復(fù)的加熱以及冷卻，傳統(tǒng)的冷卻操作一般使用敞開(kāi)式冷卻設(shè)備，此冷卻系統(tǒng)冷卻效果較差而且能耗高，但是會(huì)產(chǎn)生較少的焦油。

4.2能耗問(wèn)題的解決方法

解決電解液雜質(zhì)的方法。除銨工藝。在食鹽水中一般會(huì)有少量的銨存在，在電解槽陽(yáng)極室內(nèi)會(huì)與氯氣反應(yīng)生成易爆的化合物，該化合物的生產(chǎn)會(huì)為生產(chǎn)安全帶來(lái)隱患，所以，在食鹽水中首先進(jìn)行除銨操作，是十分必要的。食鹽水首先流入折流槽中，在折流槽中有次氯酸鈉的存在，與銨反應(yīng)會(huì)生成單氯胺，然后向塔中吹入壓縮空氣，單氯胺就會(huì)被空氣帶出體系，避免了電解中易爆化合物的生產(chǎn)。

除碘工藝。除碘工藝多種多樣，但是基本思路就是將碘離子氧化成碘分子，再將該分子吸附帶出體系。離子膜燒堿工藝中通常是通過(guò)隔膜法將碘帶出反應(yīng)體系，使用離子交換樹(shù)脂吸附除去食鹽水中的碘。目前，比較成熟的工藝是通過(guò)將離子膜燒堿工藝設(shè)備與隔膜法燒堿工藝設(shè)備聯(lián)合，從而除去電解液中的碘。通過(guò)此聯(lián)合操作，能夠在一定程度上處理電解液，降低生產(chǎn)成本。

冷卻工藝。傳統(tǒng)的冷卻操作一般使用水冷法，除此之外，目前先進(jìn)的冷卻工藝是使用水膜蒸發(fā)傳熱冷卻，將水冷與空冷、傳熱與傳質(zhì)融為一體，通過(guò)管外水膜的蒸發(fā)，強(qiáng)化管外傳熱。蒸發(fā)式水冷技術(shù)具有很多的優(yōu)勢(shì)，首先是由于將介質(zhì)與水、空氣分走，使管路不易堵塞結(jié)垢，增加了設(shè)備的使用壽命，在一定程度上就能夠降低生產(chǎn)能耗。

解決設(shè)備的問(wèn)題。離子膜法燒堿工藝相對(duì)于傳統(tǒng)燒堿生產(chǎn)工藝，具有原理簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。但是，目前的離子膜燒堿工藝還不成熟，存在著自動(dòng)化程度低、α-纖維素成本較高等不足，尤其是設(shè)備中砂濾器中的二氧化硅增加了運(yùn)行成本。在對(duì)設(shè)備實(shí)際操作過(guò)程中，要求工作人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行原理有所了解，并且做好安全預(yù)防措施，并且制定完整的安全監(jiān)控體系。這樣才能夠在降低離子膜法燒堿工藝能耗的同時(shí)，進(jìn)一步確保設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行。

5　結(jié)束語(yǔ)

目前，離子膜法燒堿工藝雖然優(yōu)勢(shì)明顯，但是依然存在著能耗大等不足，影響氯堿行業(yè)的發(fā)展。針對(duì)目前的燒堿生產(chǎn)工藝，在實(shí)際生產(chǎn)中要不斷創(chuàng)新操作，改進(jìn)原有耗能工藝，節(jié)約資源，不斷提高燒堿生產(chǎn)效率。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TQ114.2

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文章編號(hào)：1008-0899（2016）06-0048-03