離子膜電解工藝降低自用堿單耗的方法

于海軍

（黑龍江昊華化工有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161033）

離子膜電解工藝降低自用堿單耗的方法

于海軍

（黑龍江昊華化工有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161033）

通過對離子膜電解槽生產(chǎn)工藝過程的分析，跟蹤生產(chǎn)實(shí)際，找到節(jié)約燒堿的根源，降低自用堿的使用量，從而降低噸堿單耗，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，達(dá)到了降本增本的目的。

離子膜；電解；燒堿；消耗

黑龍江昊華化工有限公司雙“三十”項(xiàng)目運(yùn)行至今已6年，降低燒堿生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品市場競爭力，保證裝置長、穩(wěn)、優(yōu)運(yùn)行。目前噸堿的單耗和裝置設(shè)計(jì)值相比存在一定的差距，急需加以解決。如果能降低噸堿單耗，不僅能增加市場競爭力，還能提高生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定性。2016年5月噸堿成本堿單耗平均22.3 kg/t產(chǎn)品，裝置設(shè)計(jì)值為20 kg/t產(chǎn)品，行業(yè)最佳實(shí)踐18 kg/t產(chǎn)品，6月成立精益六西格瑪綠帶項(xiàng)目組，通過DMAIC路徑：定義、測量、分析、改善、控制對項(xiàng)目進(jìn)行改善。

1 定義階段

（1）確定基線。自用堿單耗22.3 kg/t堿；目標(biāo)：自用堿單耗20 kg/t堿，極限目標(biāo)：自用堿單耗18 kg/t堿；

（2）數(shù)據(jù)來源?；€為2016年5月實(shí)際消耗數(shù)據(jù)均值；

（3）目標(biāo)及極限目標(biāo)設(shè)定理由，目標(biāo)為裝置設(shè)計(jì)值，極限目標(biāo)為行業(yè)最佳值；

（4）查找影響堿單耗的幾大因素Y1/Y2/Y3，并收集數(shù)據(jù)。

Y1為一次鹽水加堿累積量，數(shù)據(jù)來源于DCS顯示累計(jì)除以當(dāng)天產(chǎn)量，每天收集。

Y2為樹脂塔加堿累積量，數(shù)據(jù)來源于DCS顯示累計(jì)除以當(dāng)天產(chǎn)量，每天收集。

Y3為脫氯加堿累積量，數(shù)據(jù)來源于DCS顯示累計(jì)除以當(dāng)天產(chǎn)量，每天收集。

2 測量階段

（1）確定影響Y1一次鹽水加堿量數(shù)據(jù)的收集計(jì)劃，分別對滴定測量樣品、光譜測定儀樣品做真實(shí)性檢驗(yàn)分析。對影響Y1加堿單耗的11個過程輸入因子做因果矩陣并逐一進(jìn)行打分，從中篩選出了3個分值最高的輸入因子。因原鹽供應(yīng)商固定，含鎂指標(biāo)0.08%～0.12%，符合原鹽指標(biāo)要求故對此項(xiàng)不加分析。其余2個因子化鹽后過堿量及加堿后精鹽水鎂含量做測量系統(tǒng)人的因素分析中數(shù)據(jù)真實(shí)可信。

（2）影響Y2因子有7項(xiàng)，屬生產(chǎn)固定模塊每天加堿量一定，故對Y2的影響因子不加以分析

（3）影響Y3脫氯加堿數(shù)據(jù)DCS收集。對影響Y3加堿單耗的9個過程輸入因子做因果矩陣并逐一進(jìn)行打分，從中篩選出了4個分值最高的輸入因子，經(jīng)團(tuán)隊(duì)討論將加堿位置做快贏，對其余3個因子進(jìn)一步分析，具體措施見表1。

表1 改變真空脫氯加堿位置

（4）結(jié)論。通過秋季檢修對脫氯加堿進(jìn)行快贏改善，堿單耗從22.2 kg/t降低到21.3 kg/t（快贏效果明顯，但和項(xiàng)目目標(biāo)值20 kg/t還存在較大的差距）。

測量階段小結(jié)：（1）通過過程圖共找到32個X；（2）通過因果矩陣共篩選出7個X。（X1—原鹽質(zhì)量、X5—化鹽加堿量、X6—加堿后過堿量、X19—加堿前pH值、X22—脫氯加堿量、X23—加堿后pH值、X24—加堿位置）。

因?yàn)閄1原鹽產(chǎn)地穩(wěn)定、質(zhì)量穩(wěn)定，故對X1不加分析。

Y2屬于生產(chǎn)固定模塊，加堿一定故不做分析。

Y3中的X24利用秋季檢修進(jìn)行快贏改善。

3 分析階段

將分別驗(yàn)證Y1的2個輸入因子X5、X6和1個輸出因子X7鎂含量。Y3的3個因子X19、X22、X23對各自相關(guān)Y3的影響，進(jìn)一步識別根本原因，過堿量平均值的過程能力見圖1。

圖1 過堿量平均值（g/L）的過程能力

由圖1看出，過堿量控制比較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，但過堿量控制在0.26～3.08 g/L，可保證Mg2+和OH-的充分反映，但過量的加堿不僅增加了自用堿的消耗，在后序中和時也增加了酸的消耗。現(xiàn)在工藝控制雖然穩(wěn)定，但是CPK=1.41表現(xiàn)能力過剩，見圖2。

圖2 含鎂（mg/L）的過程能力

由圖2看出，CPK=4.1，說明含鎂控制能力過剩。

加堿前CPK=0.24過程能力弱，圖形顯雙峰狀態(tài)，表現(xiàn)2個極端希望用此綠帶項(xiàng)目加以改善，312pH值的過程能力見圖3。

圖3 312pH值的過程能力

脫氯加堿控制過程能力CPK為0.42，過程能力一般，另外加堿波動比較大，是否可找到穩(wěn)定的區(qū)間、是工程技術(shù)人員首先要解決的問題，也是該項(xiàng)目能否成功的關(guān)鍵。

用多元回歸分析方法對3項(xiàng)需要解決措施進(jìn)行了回歸分析、并逐項(xiàng)分析了相關(guān)性。通過團(tuán)隊(duì)協(xié)商一致，將在下一階段重點(diǎn)尋找鹽水過堿量對堿單耗有顯著影響；脫氯加堿后pH值對堿單耗有顯著影響，見圖4。

4 改善階段

4.1 Y1、X6精制加堿過堿量水平選擇分析

精制加堿除鎂原理為在鹽水中加入氫氧化鈉溶液，使其和鹽水中的Mg2+反應(yīng)，生成不溶性的氫氧化鎂沉淀，其反應(yīng)式如下：

Mg2++2OH-→Mg（OH）2↓

氫氧化鈉的加入量必須超過反應(yīng)式的理論需要量，本工藝控制過量氫氧化鈉為0.1～0.3 g/L。

圖4 脫氯塔用堿（T）_1的過程能力

但在實(shí)際生產(chǎn)中為了將Mg2+除凈，過堿量長期控制高限0.26～0.3 g/L，增加了自用堿單耗。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，為保持生產(chǎn)穩(wěn)定改善3天過堿量值，分析鎂含量的變化量（是否超出生產(chǎn)要求的指標(biāo)Mg2+含量≤0.02 mg/L）

試驗(yàn)方案：

（1）第一天過堿量設(shè)定為：（0.26±0.02）mg/L；

（2）第二天過堿量設(shè)定為：（0.22±0.02）mg/L；

（3）第三天過堿量設(shè)定為：（0.18±0.02）mg/L。

樣本數(shù)量為36個/水平

結(jié)論：P值小于0.05，接受備擇假設(shè)，改善前狀態(tài)：0.26～0.30 g/L。

改善后狀態(tài)：0.16～0.20 g/L改善后鎂離子含量沒有超出指標(biāo)要求，達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)，見圖5。

圖5 含鎂（mg/L）按改善前、改善后的單值控制圖

4.2 X23改善計(jì)劃及與X23相關(guān)X19試驗(yàn)范圍確定

脫氯加堿原理：脫氯加堿屬化學(xué)脫氯，含氯淡鹽水在堿性條件下pH值為10.0～11.0后加入10 wt%亞硫酸鈉溶液以徹底除去殘余的游離氯。脫氯后鹽水送至一次鹽水工序，化學(xué)反應(yīng)式如下：

Cl2+2NaOH→NaOCl+NaCl+H2O

NaOCl+Na2CO3→Na2SO4+NaCl

但在實(shí)際生產(chǎn)中為了將Cl2除凈，控制含氯淡鹽水ORA＜-50 mV，堿pH值長期控制高限為10.5～11.5，增加了自用堿單耗。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)一致認(rèn)為，X19加堿前pH值在分析階段雖然與Y3沒有直接關(guān)聯(lián)，但與X23加堿后pH值有關(guān)聯(lián)，若想X23加堿后pH值低限并平穩(wěn)控制降低堿耗，必須保證加堿前pH值平穩(wěn)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)生產(chǎn)出現(xiàn)過的區(qū)間值，設(shè)定實(shí)驗(yàn)范圍。

（1）X23加堿后pH值：由于脫氯加堿屬化學(xué)脫氯，含氯淡鹽水在堿性條件下pH值為10.0～11.0后加入10 wt%亞硫酸鈉溶液以徹底除去殘余的游離氯。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)選定區(qū)間值，加堿后pH值控制為10.0～11.5。

（2）X19加堿前pH值：真空脫氯物理脫氯是指在酸性條件下及真空度作用下把溶解在液體的氯氣吸脫。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)選定區(qū)間值控制加堿前pH值控制為0.8～1.6，見表2。

表2 X19、X23加堿前后pH值對比

由于在生產(chǎn)中進(jìn)行試驗(yàn)易造成生產(chǎn)波動，所以在DOE試驗(yàn)前先對歷史觀數(shù)據(jù)進(jìn)行了充分的分析得出以上的試驗(yàn)水平。

4.3 設(shè)計(jì)說明

在現(xiàn)有流程控制上、下限附近綜合考慮安全、環(huán)保和實(shí)驗(yàn)成本的基礎(chǔ)上，通過團(tuán)隊(duì)成員反復(fù)討論后進(jìn)行二因子兩水平實(shí)驗(yàn)。又因加堿前后pH值的平方與Y3有影響，所以采用響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，不需新增投資，但有生產(chǎn)出不合格品的風(fēng)險(xiǎn)，在做實(shí)驗(yàn)期間，加大對產(chǎn)品分析頻次（1天1次提高為1班1次）確保不合格品第一時間發(fā)現(xiàn)以便進(jìn)行處理。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析，團(tuán)隊(duì)人員進(jìn)行認(rèn)真充分的討論，認(rèn)為在現(xiàn)有流程中以一個點(diǎn)為控制限長期運(yùn)行可行性較小，結(jié)合在實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)確定加堿前pH值控制在1.5～1.6；加堿后pH值控制在10.0～10.1。

4.5 試運(yùn)行控制計(jì)劃（見表3）

表3 試運(yùn)行控制計(jì)劃

4.6 試運(yùn)行條件（見表4）

表4 主要參數(shù)試運(yùn)行控制計(jì)劃表

通過改善前后對比，改善后的堿單耗有明顯的下降為20.035 kg/t。

達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)每噸堿的自用堿單耗20 kg/t的目標(biāo)。

4.7 改善措施小結(jié)和標(biāo)準(zhǔn)化

（1）在工藝操作規(guī)程的變更后，車間工藝員對全體操作人員進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)。

（2）在嚴(yán)格執(zhí)行新的工藝參數(shù)同時，班組長加強(qiáng)項(xiàng)目的限制性指標(biāo)控制。

（3）通過近期裝置運(yùn)行來看，自用堿單耗及產(chǎn)品質(zhì)量都處于較好狀態(tài)。

4.8 項(xiàng)目財(cái)務(wù)節(jié)省預(yù)估

經(jīng)過從以上幾個方面的調(diào)整，每噸自用堿單耗下降2.3 kg，按裝置年產(chǎn)能22萬t計(jì)，全年可減少堿消耗506 t，按堿單價2 450元/t（含稅）計(jì)算，全年可減少支出123.97萬元。

收益=堿平均價格（含稅）（元/t）×堿減少消耗量（噸）÷10 000

=2 450×2.3×220 000÷1 000÷10 000

=123.97（萬元）

通過這項(xiàng)持續(xù)改進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施，提高了生產(chǎn)裝置穩(wěn)定性，改善了員工的作業(yè)環(huán)境，社會效益顯著。

天津?yàn)I海新區(qū)對?；髽I(yè)實(shí)施常態(tài)化監(jiān)管

天津港“8·12”重大火災(zāi)爆炸事故發(fā)生兩年來，天津?yàn)I海新區(qū)持續(xù)加強(qiáng)對?；髽I(yè)、安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的分析研判，形成了城市安全風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告、電子地圖，建成?；菲髽I(yè)安防網(wǎng)，監(jiān)管日益實(shí)現(xiàn)常態(tài)化。

2015年8月12日，位于天津市濱海新區(qū)天津港的瑞海公司危險(xiǎn)品倉庫發(fā)生特別重大火災(zāi)爆炸事故。

事故發(fā)生后，濱海新區(qū)對全區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了深入調(diào)查及系統(tǒng)分析，先后形成了城市安全風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告、城市安全風(fēng)險(xiǎn)電子地圖；對新區(qū)583家危險(xiǎn)化學(xué)品企業(yè)進(jìn)行全面排查摸底，實(shí)現(xiàn)以“一張圖”展示全區(qū)?；菲髽I(yè)分布情況；對全區(qū)94家企業(yè)141處重大危險(xiǎn)源進(jìn)行全面梳理，建立臺賬；對32家企業(yè)48處一級重大危險(xiǎn)源開展定量風(fēng)險(xiǎn)評估，制定專項(xiàng)整治方案。

濱海新區(qū)還建成了危化品企業(yè)安防網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了新區(qū)區(qū)級、功能區(qū)和街鎮(zhèn)級、企業(yè)級三級?；菲髽I(yè)24小時不間斷視頻在線監(jiān)測。目前，濱海新區(qū)?；菲髽I(yè)安防網(wǎng)在線監(jiān)測平臺已完成241家企業(yè)入網(wǎng)，自去年6月份開始全天值守以來，每天通過安防網(wǎng)接收企業(yè)危化品情況日報(bào)表，日報(bào)率達(dá)100%。

同時，天津港集團(tuán)完善安全生產(chǎn)主體責(zé)任落實(shí)體系。公司21個部門和79個企業(yè)按要求遞交《安全生產(chǎn)責(zé)任目標(biāo)認(rèn)定書》及《安全生產(chǎn)承諾書》，并依據(jù)相關(guān)制度制定考核標(biāo)準(zhǔn)。通過持續(xù)強(qiáng)化安委會工作機(jī)制，完善安全管理制度體系。

天津港集團(tuán)對危貨作業(yè)企業(yè)、生產(chǎn)安全事故應(yīng)急管理和物資公司自營加油站等專項(xiàng)開展安全檢查。今年以來，集團(tuán)所屬企業(yè)開展班組級隱患排查13萬余次。

宜賓海豐和銳入選首批綠色工廠示范企業(yè)

近日，國家工業(yè)和信息化部發(fā)布了《2017年第一批綠色制造體系示范名單》，宜賓天原集團(tuán)下屬的海豐和銳公司入選國家首批綠色制造體系綠色工廠示范企業(yè)，這是西南地區(qū)唯一一家獲此殊榮的氯堿化工企業(yè)。

從2008年起，海豐和銳公司先后投入兩千多萬元，通過自主創(chuàng)新，開發(fā)了三段法精餾尾氣凈化回收利用裝置，解決物料流失問題。

該裝置采用目前先進(jìn)的變壓吸附技術(shù)，通過三段吸附處理，第一段回收其中氯乙烯，第二段回收其中的乙炔氣體，第三段回收其中的氫氣，氯乙烯、乙炔、氫氣均是我公司的物料原料，通過變壓吸附處理的惰性氣體進(jìn)行排放處理，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的零污染，每年實(shí)現(xiàn)的效益在500萬元以上。

據(jù)了解，該項(xiàng)技術(shù)獲得了四川省科技進(jìn)步獎。此外，海豐和銳公司還相繼實(shí)施了全工業(yè)廢渣新型干法制水泥技術(shù)項(xiàng)目、低汞觸媒研究與應(yīng)用項(xiàng)目，大力發(fā)展節(jié)能、清潔生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。日前，海豐和銳被列入了國家首批綠色制造體系綠色示范工廠，成為西南地區(qū)氯堿化工行業(yè)唯一入選的企業(yè)。

Ionic membrane electrolysis process alkaliconsumption reduce for private use

YU Hai-jun

（Heilongjiang Haohua ChemicalCo.,Ltd.,Qiqihar161033，China）

Through the analysis ofthe production process ofionic membrane electrolytic tanks，tracking the production practice，find the root of the caustic soda，saving reduce the usage of self-use alkali，alkali consumption reducing tons，furtherreduce production cost.

ion membrane；electrolysis；caustic soda；consumption

TQ114.26

B

1009－1785(2017)08-0011-04

2017-06-12