赵利军

摘 要：节能降耗的化工行业深化改革已成为下步行业的明确发展方向。如何进行当前工况下的优化，在不扩建、少改建的前提下保证产品质量达标，能耗进一步降低成为各生产企业急需解决的问题。以膜过滤技术、膜法脱硝技术和离子膜法电解槽制烧碱技术为代表的低成本解决方案为规模以上的企业提供了解决方案。而中小型企业可以通过工艺优化和附属产品充分利用提高运营利润，在后期项目上马时顺便进行节能降耗产品的更替或者添加，形成中长期目标对企业的发展有着深远的意义。

关键词：氯碱;生产过程;节能控制技术

1 氯碱生产工艺

在流程工业中，氢氧化钠（NaOH）、氯（Cl2）和氢（H2）是使用电解饱和的氯化钠溶液制备的，该溶液用作氯碱工业的原料，用于生产一系列化学产品。氯碱工业是最基础的化学工业之一，不仅广泛用于化学工业，而且广泛用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石化工业和公共设施。主要过程有三个：隔膜法、双电解池法和汞电解池法。中国最早的氯碱工厂是上海天元化工厂（现为上海天元化工厂的前身），该厂于1930年投入运营，每天生产2t苛性钠。1949年解放时，氯碱工厂很少，苛性钠的年产量仅为15000t，氯产品仅是盐酸，液氯和漂白粉，典型氯碱生产工艺流程图（图1）。

反应原理为电解，而具体反应式为：阳极反应：2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应）H+比Na+容易得到电子，因而H+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并在氢分子的结合过程中成阴极释放趋势。相关的阴极反应：2H++2e-=H2↑（还原反应）在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH-，H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH-的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。总反应可以表示为：

2NaCl+2H2O=通電=2NaOH+Cl2↑+H2↑

依据该原理可以借助相关设备进行烧碱、氯气和氢气的工业化连续制取。在中国限于历史原因，主要运用食盐水溶液的电解方法进行相关产品的制备。而较为典型的办法有隔膜法，其工业化生产流程为：通过相关多孔隔膜在固定反应槽中将阳极区和阴极区进行分割并开始独立电化学反应。其中为促进充分反应过程需要避免任何情况下的两极产物混合。饱和盐水通过管汇灌入阳极区，阴极区随即开始产生碱半产品，同时保证一定流量的未分解盐水陆续外排。通过工艺控制调节盐水流量，确保相关阳极区的液位显著高于阴极最低液面，确保静压差连续而适中，使阳极液透过隔膜流向阴极室，其流向恰与阴极区OH-向阳极区的电迁及扩散方向相反，从而大大减少进入阳极区的OH-数量，抑制析氧反应及其他副反应的发生，阳极效率提高到90%以上。而阴极区由于OH-流失减少，碱液质量浓度可提高到100～140g/L。

2 湿氯气预热过滤盐水

2.1 工艺流程简述

电解槽阳极室产出的湿氯气和淡盐水经气液分离器分离后，氯气进入氯气总管，温度约在80℃，并且被水蒸气所饱和，内含大量热能不但没有被利用，而且要消耗大量自来水将这部分热能移除。另一方面进螯合树脂塔过滤盐水温度需达到60～65℃，而从化盐工序输送到二次盐水精制工序的过滤盐水温度约50℃，要用大量蒸汽将其加热至63℃左右。在电解槽至氯气洗涤塔之间安装钛材质（Φ500mm×6754mm，F=90m2）列管换热器1台，盐水走管程，氯气走壳程，利用从电解槽产出的高温湿氯气预热过滤盐水，将过滤盐水温度提升至65℃左右，不再使用蒸汽加热。

2.2 湿氯气预热过滤盐水经济效果评价

改造完成投入使用后，氯水洗涤塔温度由原来60℃降至40～45℃，过滤盐水经湿氯气预热后，温度由原来50℃提升至62～65℃，降低蒸汽消耗，且氯水洗涤塔冷却负荷大大降低。

改造后过滤盐水平均温升为13℃，每小时利用热量Q=24×13×3886kJ/（m3·℃）=1212432（kJ）。折0.3MPa

低压蒸汽计（汽化潜热为2163.7kJ/kg），每小时节汽G=

1212432÷2163=560.41（kg）。年可节约蒸汽0.56×8000=

4480（t），年降成本约为62.7万元。设备及安装总投资21.4万元，半年内即可收回投资。

3 膜法脱硝技术

膜法脱硝技术原理简单，分为浓缩和冷冻解除两大部分。原料液（盐水）首先通过膜过滤将SO42-离子进行浓缩液阻断。使其原液中原始状态下的10g/L浓度进行处理后40g/L的Na2SO4溶液浓缩强化。然后经过机械过滤后进入冷冻换热器解除Na2SO4溶液中浓度SO42-将其结晶分离。以至于彻底脱除SO42-并得到重要中间产品芒硝。运用浓缩阻断原理能为后续的原料液冷冻提供充要条件，且减少硫酸钡和盐泥的排放和消耗。

4 离子膜法电解槽制烧碱

随着膜技术的成熟，以浓度可调，附属工艺可选择的灵活搭配工艺全面体现在离子膜法电解槽制烧碱的相关工艺当中。相关工艺的运行能在整流、二次盐水精制和后续的电解、脱氯环节进行优化。全面提升系统利用率，其中作为系统核心元件的全氟离子膜是电解槽的运行关键。相关行业中杜邦公司的膜产品能在SPE（固体聚合物电解法）环节优化降低30%的电耗。而在工艺上进一步优化还可以基于当前工况进行反应液杂质、原液浓度、电解液酸度、阳极液浓度、工艺控制温度、流程操作连贯性等方面进行因素分析并进行动态工况优化，确保工艺指标完善，各控制点参数稳定，系统工程安全运行。

5 氯碱生产节能控制展望

添加冷水箱并泵入冷水箱。DCS控制系统用于自动调节冷水箱中的水温和液位。开车后在生产过程中完全重复使用多余的回收水。后续随着生产规模的不断扩大和更多设备的安装，电能消耗继续增加。当前的主要方法是拆除不必要的单元设备，减少了电力浪费。也可以采用跨多个链路使用具有相同功能的设备的节能方法。修改输水输送系统也是一种更有效的方法。通常这包括引入管道。它是通过完成碱板式换热器的出口在电解部分实现的，同时安装了一个阀以连接电解部分和干燥部分，并且管道通常安装在室内以节省压缩空气并确保碱性液体的输送。换句话说，它消除了不必要的设备来发电和节约用水。同时，减少压缩空气以节省能源。

在生产工艺余热利用方面，根据季节的不同，剩余的生产过程中会使用过多的热量。氯乙烯和合成热水可以为其他设备和冬季提供足够的火力。来自合成炉的热水和氯乙烯可以为工厂提供热量。因此，在合成HCl时，不会在氯碱生产过程中浪费热能。发出的热水高于所需温度，多余的热水可为其他设备供电。热水为生产工厂提供热量。使用逆流循环采取的主要措施是安装废热利用设备，包括循环水泵，用于加热的热水箱和输送泵。同时，可以根据季节选择不同类型的蒸汽炉，实现蒸汽的回收利用，并向工厂区域供热。在氯乙烯的过程中，热水箱中的热水为转换器和预热器提供足够的热量。当合理保证温度时，可获得最佳热量。转炉运行过程中氯乙烯的热废热可确保冬季使用溴化锂装置。氯乙烯热水还可以在生产工厂的较小区域内提供加热。

6 结论

降低生产过程中的能源消耗不仅是企业降低生产成本，提高产品竞争力的需要，也是响应国家“节能减排”和“可持续发展”的需要。通过技术改造将生产过程中产生的能源再利用到生产过程中去实现能源的循环利用，以达到节能降耗的目的。

参考文献：

[1]曹亚格.膜极距改造的降耗效果和经济分析[J].氯碱工业，2019，51（1）：20-21.

[2]李向青，田广.国产高电密离子膜电解槽的应用[J].中国氯碱，2018（6）：30-31+46.