離子膜燒堿生產(chǎn)節(jié)能降耗舉措論述

徐春江

摘要：本文首先簡要分析離子膜燒堿生產(chǎn)工藝，其次詳細(xì)闡述離子膜燒堿生產(chǎn)中節(jié)能降耗技術(shù)（主要包括采鹵泵換型技術(shù)、一次鹽水膜法過濾技術(shù)和燒堿裝置脫除氯酸鹽工藝技術(shù)），然后對離子膜燒堿生產(chǎn)中膜法脫硝工藝的應(yīng)用進(jìn)行闡述，最后再基于節(jié)電方向和用水方向，對離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展舉措進(jìn)行總結(jié)與歸納。通過各項分析，旨在提升產(chǎn)品市場競爭力，將生產(chǎn)成本控制在合理范圍內(nèi)，充分彰顯出節(jié)能減排技術(shù)的運(yùn)用價值，以滿足保護(hù)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等內(nèi)在需求，僅供參考。

關(guān)鍵詞：離子膜燒堿;節(jié)能降耗舉措

一、離子膜燒堿生產(chǎn)工藝

在離子膜電解裝置中，每個單元槽是由陰陽極室組成，用一張離子膜將相連的兩個單元槽框隔開，以阻止陰陽極室內(nèi)的堿和氯氣相混合。利用離子膜的選擇透過性，讓一定量的離子通過這一特性來電解鹽水溶液，可以得到高純度、高濃度的燒堿，即離子膜可讓Na+（或任何陽離子）、水和從陽極趨向陰極的任何相當(dāng)于分子大小的不帶電荷物質(zhì)通過，但阻擋陰離子通過，例如氯離子及氫氧根離子。

在電槽陽極室，鹽水中的NaCl 溶解于水中離解成Na+和Cl-。在陰極室，H2O離解成H+和OH-。當(dāng)直流電通過電極時，這些帶電的離子按照同性相斥、異性相吸的原理移動。帶正電荷的氫離子移向陰極，在陰極得到電子，變成不帶電的氫原子，兩個氫原子結(jié)合變成氫分子，從陰極析出，經(jīng)陰極室放出H2。同樣，帶負(fù)電荷的氯離子移向陽極，在陽極上失電子放電，生成氯氣。根據(jù)離子膜的選擇透過性，通電后，帶正電的Na+能穿過離子膜進(jìn)入陰極室與OH-結(jié)合生成NaOH。

在離子膜電解裝置運(yùn)行過程中，陽極側(cè)中的微量的NaCl會隨著水從陽極室透過膜遷移到陰極室，從而影響堿的品質(zhì)。陰極側(cè)少量的OH-由于受陽極的吸引而反遷到陽極室，從而導(dǎo)致陰極效率的降低，反遷移的OH-一部分會在陽極上放電生成O2 使氯氣純度下降，另一部分會與氯氣反應(yīng)，生成的ClO-并在陽極液中積累，這會影響電槽及部件的壽命。陽極側(cè)約有50%的氯化鈉電解，剩余氯化鈉的淡鹽水隨溶解的氯氣一道流出電解槽。淡鹽水中溶解的氯，其溶解量與電解后鹽水的溫度和pH有著密切的聯(lián)系，鹽水中游離氯的存在，會對鹽水精制系統(tǒng)的設(shè)備和管道造成嚴(yán)重腐蝕，同時會破壞二次鹽水螯合樹脂，所以必須去除淡鹽水中游離氯和氯酸鹽。

二、離子膜燒堿生產(chǎn)中節(jié)能降耗技術(shù)

燒堿工業(yè)是高能耗行業(yè)，其綜合能耗（包括水、電、汽、冷等）費(fèi)用占成本的80%左右。隨著能源價格的不斷上升，推進(jìn)節(jié)能型循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式是燒堿企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提升競爭能力的根本途徑。采用新材料、新工藝和新技術(shù)是加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、降低能耗的企業(yè)生存之道。

（1）整流電損，對于整流工序中的能耗產(chǎn)生了深刻影響，通過整流效率的提升，與節(jié)能要求相符，而整流效率，與選擇整流機(jī)組之間有著密切的聯(lián)系，所以應(yīng)加強(qiáng)晶閘管整流裝置的應(yīng)用，確保整流效率的穩(wěn)步提升，同時加強(qiáng)整流機(jī)組的合理工藝運(yùn)行，從而提高整流效率。

（2）加熱溶解固體鹽的蒸汽和動力電耗，為能耗的主要原因，這在鹽水精制工序中得到了充分體現(xiàn)，對此應(yīng)將工廠的余熱利用起來，為加熱溶解固體鹽創(chuàng)造有力條件，滿足熱能消耗的節(jié)約化需求，同時通過鹽水自流流程的應(yīng)用，可以防止動力電消耗現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）電解工序，為離子膜法燒堿生產(chǎn)中耗能最為嚴(yán)重的環(huán)節(jié)，其中，槽電壓和電流效率為直流電耗的重要影響因素。直流電耗與槽電壓之間的關(guān)系密切，兩者屬于正相關(guān)的關(guān)系。所以在電解工序中，不僅要降低電解槽的槽電壓，也要致力于電流效率的提升，從而與節(jié)能目標(biāo)相契合。在電流密度與膜電壓降、電極過電位等之間密切聯(lián)系的影響下，為了不對設(shè)備生產(chǎn)能力造成任何影響，應(yīng)借助降低電流密度這一方式，以此來與降低槽電壓需求相契合，并控制電解槽陽極液的pH值，減少氯氣在陽極液中的溶解和副反應(yīng)的產(chǎn)生及選擇經(jīng)濟(jì)電流密度來進(jìn)一步提高電解槽電流效率。

另外，積極推廣與應(yīng)用國家鼓勵的“四新”節(jié)能技術(shù)，不斷提高技術(shù)水平，是進(jìn)一步促進(jìn)燒堿企業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展的必由之路?？刹捎萌缦碌墓?jié)能降耗技術(shù)：

（一）采鹵泵換型技術(shù)

在采鹵工序中，三臺采鹵泵得到廣泛應(yīng)用。其中，出現(xiàn)的問題是流量的匹配，要想促進(jìn)生產(chǎn)活動的順利進(jìn)行，對于兩個泵的同時運(yùn)行提出了明確的要求。在該運(yùn)行模式的影響下，會明顯增加鹽水提取的能耗量，從而很難將該項技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮出來，所以必須要從實(shí)際工作條件出發(fā)，并深入分析執(zhí)行器速度要求，在多段速度的影響下，應(yīng)對最大流量考慮到位。與此同時，在井的鹽水提取方面，采用快速去除內(nèi)部結(jié)晶的方法，要求在潛水電機(jī)上安裝好進(jìn)口部分。在進(jìn)口部分中，應(yīng)合理安裝泵體，進(jìn)水段也可以在泵體下方進(jìn)行連接。通過該方式的應(yīng)用，可以滿足性能穩(wěn)固、使用快捷、經(jīng)濟(jì)等需求，從而不斷提高鹽水泵內(nèi)部結(jié)晶的處理水平。

（二）一次鹽水膜法過濾技術(shù)

離子膜電槽對入槽鹽水的品質(zhì)要求極高，鹽水質(zhì)量直接影響電槽的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也影響電槽及核心部件——離子膜。在以往的燒堿裝置中，一次鹽水精制過濾工藝中傳統(tǒng)的“道爾澄清+預(yù)涂過濾”法廣泛應(yīng)用，但是該方法中鹽水精制流程比較長，且鹽水質(zhì)量的穩(wěn)定性欠缺，離子膜極容易受鹽水中雜質(zhì)污染而減少離子膜壽命，同時造成膜電壓上升、電耗升高?，F(xiàn)階段，膜法一次鹽水工藝具有較強(qiáng)的先進(jìn)性，膜法有“無機(jī)陶瓷膜”法和“浮上澄清+有機(jī)聚合物膜過濾”法。其中，無機(jī)膜工藝在新建裝置中占有較高的比重。與有機(jī)膜過濾器相比，無機(jī)陶瓷膜具有優(yōu)良的物理化學(xué)特性，它采用高效的“錯流”過濾方式，該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是工藝流程簡單、操作簡便，沒有有機(jī)膜過濾器分步處理復(fù)雜，同時取代了浮上桶和戈爾膜過濾器（浮上桶和有機(jī)膜過濾器操作都很復(fù)雜）;二是占地面積小，施工周期短;三是投資相對較少。

無機(jī)膜工藝相比于有機(jī)膜工藝，不僅可以滿足投資的節(jié)約化需求，還能進(jìn)一步提高鹽水質(zhì)量?？偠灾瑹o機(jī)膜法生產(chǎn)工藝的應(yīng)用，不但可以有效降低離子膜單元槽電壓，而且還可以延長離子膜使用壽命。

（三）燒堿裝置脫除氯酸鹽工藝技術(shù)

熱分解法脫除氯酸鹽是利用氯酸鹽在較高的溫度和較強(qiáng)的酸性的條件下，進(jìn)行分解的特性，但為了滿足這兩種條件，設(shè)備就要采用較高檔次的材質(zhì)，消耗大量的蒸汽， 浪費(fèi)能源， 同時，加入大量的鹽酸。這就增大了物料消耗，增加了成本。

還原劑法脫除氯酸鹽工藝具有先進(jìn)性、成熟性的優(yōu)勢，且具有操作彈性大和分解能力強(qiáng)特點(diǎn)。該法對溫度和pH要求不高，可以減少蒸汽、鹽酸的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)約化。

三、離子膜燒堿生產(chǎn)中膜法脫硝工藝的應(yīng)用

在離子膜法制堿工藝中，SO42-在電解過程中，透過離子膜進(jìn)入燒堿系統(tǒng)的難度性較高，所以SO42-在鹽水系統(tǒng)中的積累水平會大大提升。當(dāng)鹽水系統(tǒng)中積累的SO42-濃度超過一定值后，在電解過程中會阻礙Cl-放電，促使OH-放電，這不僅會導(dǎo)致電能的消耗現(xiàn)象，而且也會促使游離態(tài)的氧的出現(xiàn)，也會對電槽等產(chǎn)生一定的影響。因此，必須去除系統(tǒng)中積累的SO42-。

（一）膜法脫硝工藝應(yīng)用狀況

納濾膜是一種“微孔過濾”，它能讓小分子通過，即只允許單價離子通過，而高價離子被截留。膜法脫硝工藝的工作原理是體現(xiàn)納濾膜對離子截留率的差異性，也就是它能有效截留SO42-等兩價或多價離子，且截留率較高，而對Na+、Cl-等一價離子，其截留率并不高，從而有效分離SO42-。

膜法脫硝工藝過程由預(yù)處理部分和膜法脫硝部分等為重要構(gòu)成要素。從電解脫氯淡鹽水來的淡鹽水，其中微量的游離氯不容忽視，從而會對膜的結(jié)構(gòu)造成損壞。另外，要想將納米膜正常性能發(fā)揮出來，酸堿度必須要控制在適宜的范圍內(nèi)。對此在淡鹽水進(jìn)入膜過濾器的前期階段，預(yù)處理的落實(shí)至關(guān)重要，對殘留的游離氯予以清除，并將其溫度和pH值調(diào)到合適的范圍內(nèi)，然后在高壓泵的作用下，淡鹽水進(jìn)入膜分離系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鹽水中的Na2SO4分離。

（二）應(yīng)用體現(xiàn)

1. 節(jié)能

在膜法脫硝中，三級膜分離工藝設(shè)計的運(yùn)用價值顯著，它可以將膜分離技術(shù)充分發(fā)揮出來。經(jīng)過三級分離后，濃縮液中SO42-含量可以達(dá)到80～100g/L，為進(jìn)一步處理高硝水的濃縮創(chuàng)造了有利條件，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)能耗控制目標(biāo)。

在該裝置運(yùn)行過程中，借助有效的管理操作，可以構(gòu)建穩(wěn)定、可靠的離子膜燒堿工程系統(tǒng)環(huán)境，使離子膜淡鹽水中的SO42-與技術(shù)指標(biāo)范圍相契合，確保進(jìn)槽鹽水SO42-濃度控制在5g/L以下，從而進(jìn)一步強(qiáng)化鹽水質(zhì)量。

2. 安全環(huán)保

納濾膜法脫除SO42-，該過程是一個物理過程，免去了添加助劑這一流程。與傳統(tǒng)的鋇法脫除SO42-工藝相比，該方法不需要輔助材料 BaCl2 的投入。傳統(tǒng)鋇法工藝投入的BaCl2，既具有高昂的價格缺陷，而且毒性特點(diǎn)不容忽視，硫酸鋇泥作為副產(chǎn)品之一，與環(huán)保的要求相差甚遠(yuǎn)。納濾膜法的應(yīng)用，可以有效預(yù)防鋇鹽導(dǎo)致環(huán)境污染的出現(xiàn)，其安全性、環(huán)保性優(yōu)勢突出。

3. 自動化程度高

優(yōu)質(zhì)電氣元件裝配，對于整套系統(tǒng)的電氣控制箱產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，在高壓泵運(yùn)行壓力、物料pH 值、富硝鹽水密度等因素的影響下，可以對系統(tǒng)的運(yùn)行狀況予以自動化調(diào)節(jié)，通過自動閥門的應(yīng)用，可以使遠(yuǎn)程操作需求得到實(shí)現(xiàn)，并做好運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集工作?？刂菩盘柤斑h(yuǎn)傳信號，與遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控之間的關(guān)系密切，整套系統(tǒng)的自動、手動切換均可以實(shí)現(xiàn)。在工控上位機(jī)上可以實(shí)時查看各遠(yuǎn)傳儀表信號，同時也可通過返查歷史數(shù)據(jù)來查看某一時間段的運(yùn)行參數(shù)，以了解和判斷脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行變化趨勢，及時進(jìn)行分析和調(diào)整。

四、離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展舉措

（一）節(jié)電方向

離子膜法燒堿電解裝置中，不可忽視的一大技術(shù)指標(biāo)便是電解單元的陰陽極間距，其極距越小，越有助于降低單元槽電解電壓，同時也有助于生產(chǎn)電耗的控制。在極距達(dá)到最小值的情況下，叫做“膜極距”。通常來說，集電板、彈性體等，為零極距電解槽的陰極的重要構(gòu)成。陰極網(wǎng)是由直徑0.2mm的鎳絲編制的帶有特殊涂層且經(jīng)過特殊加工的、表面光滑的網(wǎng)。極網(wǎng)用鎳條固定在槽框上，由于彈性體的存在，使電解槽陰極外凸且具有彈性。安裝離子膜后陰極、離子膜和陽極處于緊貼狀態(tài)，實(shí)際的電極距只有離子膜的厚度，從而將電極的間距降至最小，即零極距電解槽。零極距電解槽通過降低電解槽陰極側(cè)溶液電壓降，從而達(dá)到節(jié)能的效果，與普通電解槽相比，同等電密下，零極距電解槽電壓降低約180mV，相應(yīng)噸堿電耗下降約125kWh。

（二）用水方向

目前，由于生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，離子膜燒堿生產(chǎn)中對于用水量的需求量越來越高。在項目建設(shè)中，應(yīng)貫徹落實(shí)好水資源的節(jié)約化原則，不斷提高水資源利用效率。其中，循環(huán)利用泵機(jī)封冷卻水及妥善收集水封溢水、蒸汽冷凝水等是至關(guān)重要的。同時，樹脂塔再生廢水具有較高的回收效果。在鹽水的二次精制方面，離子交換螯合樹脂能與鹽水中二價金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的螯合物，從而去除鹽水中Ca2+和Mg2+等雜質(zhì)，將其濃度控制在合理范圍內(nèi)。但螯合樹脂隨著時間延長，其螯合吸附能力下降，需使用通過7%鹽酸和4%的燒堿進(jìn)行再生操作，再生過程會產(chǎn)生大量的堿性和酸性等廢水，收集這些酸性、堿性廢水并處理，使其用于一次鹽水化鹽，從而達(dá)到節(jié)水目的。

五、結(jié)束語

綜上所述，在離子膜燒堿生產(chǎn)中，加強(qiáng)節(jié)能降耗的工作勢在必行，同時我國環(huán)境保護(hù)形勢愈發(fā)嚴(yán)格，所以必須要加大環(huán)境治理力度，給予燒堿成本和利潤一定的支持，并為企業(yè)自身生存和發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。所以應(yīng)加強(qiáng)對新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，貫徹落實(shí)好節(jié)約能源和控制能耗等措施，促進(jìn)各個氯堿企業(yè)的正常運(yùn)行?？傊?，通過有效創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，可以不斷強(qiáng)化企業(yè)自身的市場競爭能力。