離子膜燒堿生產(chǎn)中節(jié)能降耗措施探索

喬玉元（中國(guó)石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博255411）

1 離子膜燒堿生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

只要離子膜電解裝置處于運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中，其便會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，而這將導(dǎo)致溫度、pH、堿含量和其他含氯新鮮鹽水的指示發(fā)生變化，電解后鹽水中的游離氯無(wú)法去除，并且以兩種形式存在。第一部分是溶解的氯。溶解量與電解后鹽水的溫度和濃度以及溶液上部中氯氣的分壓有關(guān)。第二部分是由于電解中的OH-，反滲透使鹽溶液中有很多OH，因此發(fā)生以下反應(yīng)：Cl2+2OH——CIO+H2O。鹽水中存在游離氯，會(huì)腐蝕鹽水精制系統(tǒng)的設(shè)備和管道，在初級(jí)鹽水處理過(guò)程中阻礙沉積物的形成。二次鹽水處理過(guò)濾器的過(guò)濾器元件和螯合樹(shù)脂塔中的損壞極為有害。因此，不能將新鮮的含氯鹽水送入鹽溶解工序，必須進(jìn)行氯酸鹽處理，通過(guò)氯酸鹽處理使部分氯酸鹽分解，從而使系統(tǒng)內(nèi)氯酸鹽含量維持相對(duì)平衡狀態(tài)。氯酸鹽分解是利用在酸性條件下，加熱電解后鹽水使其中的氯酸鹽分解成氯化鈉和氯氣。其反應(yīng)式如下：

2 離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展方向

2.1 節(jié)電方向

首先，使節(jié)約照明用電這一方面，在以往，所有照明燈都使用自鎮(zhèn)（125w）汞通量燈，這一種照明燈極易因電壓原因而燒壞燈芯，因此需要經(jīng)常更換。而若想降低成本并節(jié)省電能，需將所有照明燈全部更換40W 節(jié)能燈。節(jié)能燈經(jīng)久耐用若使用得到可使用一年之久，每年可節(jié)省20，000 kW·h電量，按照一瓦電費(fèi)為0.4kw·h 計(jì)算，一套中等規(guī)模的燒堿裝置相當(dāng)于每年節(jié)省80 萬(wàn)元用電費(fèi)用。其次，則是動(dòng)力電能節(jié)約，若想切實(shí)節(jié)約動(dòng)力電能損耗，可將泵的回流轉(zhuǎn)為由變頻器調(diào)節(jié)，即對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行修改，以調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速電機(jī)，該電機(jī)可以以更高的效率開(kāi)展工作，并使電機(jī)和泵的使用壽命大幅度延長(zhǎng)，從而減少泵的機(jī)械磨損和維修時(shí)間。第三是零極距改造，零極距電槽是通過(guò)在兩個(gè)復(fù)極單元電解槽之間增加彈性網(wǎng)從而縮短電極之間的距離，減小電阻，從而達(dá)到降低電耗的目的，通過(guò)將普通離子膜電槽改造成零極距電解槽，噸堿直流電耗可降低70KWh/t。

2.2 用水方向

伴隨不斷擴(kuò)增的生產(chǎn)規(guī)模，在離子膜燒堿生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，用水量也不斷增加，而為能夠使公用工程建設(shè)合理減少，需對(duì)水資源加以節(jié)約，同時(shí)使水資源利用效率得到提升，并充分且綜合的對(duì)水資源進(jìn)行利用。而若想切實(shí)做到這一點(diǎn)，首先需循環(huán)利用泵機(jī)封冷卻水，因此，需將來(lái)自所有泵、水封溢水、蒸汽冷凝水收集到回收罐中，送不同用戶使用。這一方式每年可節(jié)省1000 噸水，而水的價(jià)格按3 噸計(jì)算，相當(dāng)于每年節(jié)約用水費(fèi)用30萬(wàn)元。其次，應(yīng)對(duì)樹(shù)脂塔再生廢水進(jìn)行回收，為確保離子膜穩(wěn)定和高質(zhì)量的電解性能，鹽水的二次純化必須通過(guò)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行。螯合樹(shù)脂可以與二價(jià)金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到進(jìn)一步降低Ca 和Mg 濃度的效果。螯合樹(shù)脂運(yùn)行一段時(shí)間后，鈉型樹(shù)脂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殁}型樹(shù)脂，螯合能力下降。在這一階段，必須對(duì)螯合樹(shù)脂進(jìn)行再生，并產(chǎn)生再生后的堿性和酸性廢水，將這些廢水收集到再生廢水罐中后，通過(guò)酸堿中和后送化鹽工序使用。第三，氫氣洗滌液的利用，電槽出來(lái)的氫氣中含有大量鹽霧，需進(jìn)行洗滌處理，洗滌水可送化鹽或配堿工序代替直流水使用。

3 節(jié)能降耗技術(shù)

3.1 采鹵泵換型技術(shù)

山東淄博某企業(yè)所使用采鹵工序主要通過(guò)三臺(tái)采鹵泵，在經(jīng)過(guò)一年運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)主要問(wèn)題，首先，便是一種流量匹配問(wèn)題。為能夠滿足生產(chǎn)要求，兩個(gè)泵必須同時(shí)運(yùn)行，這種運(yùn)行模式使鹽水提取的能耗增加了近一倍有余，這便導(dǎo)致這一技術(shù)不具備將強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性，其必須基于實(shí)際工作條件和執(zhí)行器速度要求。如果是多段速度，則必須考慮到最大流量，并且各種泵和閥皆存有泄漏現(xiàn)象，但是可以通過(guò)相應(yīng)曲線對(duì)其加以調(diào)整?；旧?，其主要是由執(zhí)行器向后計(jì)算，同時(shí)考慮到泄漏量和泵末端適當(dāng)放大率另一個(gè)是制造質(zhì)量和技術(shù)性能，鹽水提取泵是在兩端均帶有機(jī)械密封的多級(jí)泵。另一種實(shí)用新型技術(shù)是用于井的鹽水提取，與泵的一種用于快速去除內(nèi)部結(jié)晶的方法，其結(jié)構(gòu)是將進(jìn)口部分安裝在潛水電機(jī)上，將泵體安裝在進(jìn)口部分上，將出口管安裝在泵體上，并引入水連接到泵體，水導(dǎo)入套管覆蓋進(jìn)水段和電機(jī)內(nèi)部。進(jìn)水段也可以連接在泵體下方，潛水電機(jī)安裝在泵體上，旁路水套連接在進(jìn)水段和軟管下方出口與泵體的側(cè)面，鹽水提取泵進(jìn)水口延伸至旁路套進(jìn)水口，將新鮮水從地面通過(guò)出水管直接引入泵體，隨后將鹽水通過(guò)鹽水泵吸入口壓入泵體，到達(dá)泵套鹽水，然后使鹽水通過(guò)鹽水泵送水套，將管道入口壓入鹽水萃取井中，鹽水抽水泵電機(jī)進(jìn)行變頻和減速以攪動(dòng)淡水，攪拌速度選擇為正常運(yùn)行速度的20%。這一方式優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)編、性能穩(wěn)固、使用方便快捷、省力、經(jīng)濟(jì)、可快速處理鹽水泵內(nèi)部結(jié)晶[3]。

3.2 鹽泥泵換型技術(shù)

通常來(lái)講，鹽水處理過(guò)程中有兩個(gè)鹽漿泵，其中一組使用，一組為備用。通常，在選擇泥漿泵時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：首先，整個(gè)機(jī)器最好為干式泵。發(fā)動(dòng)機(jī)采用油室密封，并集成機(jī)械密封，可以有效防止高壓水和雜質(zhì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)腔。其次，在轉(zhuǎn)輪的外部應(yīng)有一個(gè)攪拌輪，以使沉積在水底的污泥能在湍流中被攪拌然后被抽出，有余葉輪、攪拌輪等流動(dòng)部件均采用高鉻含量，高硬度的鑄鋼制成，具有耐磨，耐腐蝕，吹掃能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并可以穿過(guò)較大的固體顆粒。而針對(duì)現(xiàn)階段鹽泥泵轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)加以改善，其中，鹽污當(dāng)中所含有氯化鈉為5.92%，所產(chǎn)生的鹽污泥量為一天生產(chǎn)三十五噸。換一個(gè)角度來(lái)講，即為每天損失2，072 噸氯化鈉，相當(dāng)于原始鹽的98%，即2，114 噸?；诋?dāng)前的408噸/天的產(chǎn)量，這將影響5.18千克/噸的原鹽單位消耗。使用洗滌河水中鹽渣的方法，向渣池添加工業(yè)水管以增加鹽渣中溶解的氯化鈉的量，通過(guò)板式過(guò)濾壓濾機(jī)框架將水溶性氯化鈉溶解并送入鹽中，而不溶性碳酸鈣、硫酸鋇、氫氧化鎂被送至渣子處理廠進(jìn)行處理[4]。

3.3 燒堿裝置脫除氯酸鹽工藝技術(shù)改造

燒堿裝置目前大部分采用熱分解法脫除氯酸鹽，通過(guò)加入鹽酸(酸度在2.3mol/l 左右)和加熱（95℃以上）使氯酸鹽進(jìn)行分解。國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的還原劑法脫氯酸鹽工藝成熟，對(duì)氯酸鹽脫除技改項(xiàng)目實(shí)施后，節(jié)省蒸汽、節(jié)約鹽酸、降低燒堿消耗，操作彈性更大，能有效解決分解能力不足的問(wèn)題。采用該技術(shù)，一套年產(chǎn)20 萬(wàn)噸燒堿裝置每月可減排廢水約1000 噸，蒸汽用量降低約為0.7t/h，按照年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算，節(jié)約蒸汽約5600噸，折合標(biāo)油約為448噸/年，年效益355萬(wàn)元。

3.4 一次鹽水膜法過(guò)濾技術(shù)改造

2000年初期所上燒堿裝置大多采用澄清桶工藝，該該法鹽水精制流程長(zhǎng)且鹽水質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致離子膜上上槽鹽水雜質(zhì)偏高，從而使離子膜電槽使用周期短且電耗升高快。目前較為先進(jìn)的是膜法一次鹽水工藝（包括有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜），其中近五年新建裝置采用無(wú)機(jī)膜工藝占75%以上。無(wú)機(jī)膜工藝比有機(jī)膜工藝節(jié)約投資40%左右，且鹽水質(zhì)量高。通過(guò)將一次鹽水澄清桶工藝改為無(wú)機(jī)膜法生產(chǎn)工藝，離子膜單元槽電壓將平均下降0.03V，直流電耗降低約22kWh/t，離子膜壽命至少延長(zhǎng)半年，通過(guò)測(cè)算，年產(chǎn)20萬(wàn)噸燒堿裝置年節(jié)電約為437萬(wàn)kW.h，折合節(jié)能量約為53.7萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上文所述，我國(guó)環(huán)境保護(hù)形勢(shì)日益嚴(yán)峻，如何加強(qiáng)環(huán)境治理，減少“三廢”排放，是整個(gè)行業(yè)普遍存在的問(wèn)題，不僅與燒堿的成本和利潤(rùn)有關(guān)，更重要的是，與企業(yè)自身生存和業(yè)務(wù)發(fā)展息息相關(guān)。如何最大程度地利用現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行回收、節(jié)約能源、減少能耗并降低生產(chǎn)成本已成為每個(gè)氯堿公司重要發(fā)展途徑。只有不斷創(chuàng)新，不斷改造，變廢為寶，才能夠在環(huán)保新形勢(shì)和殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。