离子膜烧碱生产节能降耗举措论述

徐春江

摘要：本文首先简要分析离子膜烧碱生产工艺，其次详细阐述离子膜烧碱生产中节能降耗技术（主要包括采卤泵换型技术、一次盐水膜法过滤技术和烧碱装置脱除氯酸盐工艺技术），然后对离子膜烧碱生产中膜法脱硝工艺的应用进行阐述，最后再基于节电方向和用水方向，对离子膜烧碱生产系统节能发展举措进行总结与归纳。通过各项分析，旨在提升产品市场竞争力，将生产成本控制在合理范围内，充分彰显出节能减排技术的运用价值，以满足保护环境、可持续发展等内在需求，仅供参考。

关键词：离子膜烧碱;节能降耗举措

一、离子膜烧碱生产工艺

在离子膜电解装置中，每个单元槽是由阴阳极室组成，用一张离子膜将相连的两个单元槽框隔开，以阻止阴阳极室内的碱和氯气相混合。利用离子膜的选择透过性，让一定量的离子通过这一特性来电解盐水溶液，可以得到高纯度、高浓度的烧碱，即离子膜可让Na+（或任何阳离子）、水和从阳极趋向阴极的任何相当于分子大小的不带电荷物质通过，但阻挡阴离子通过，例如氯离子及氢氧根离子。

在电槽阳极室，盐水中的NaCl 溶解于水中离解成Na+和Cl-。在阴极室，H2O离解成H+和OH-。当直流电通过电极时，这些带电的离子按照同性相斥、异性相吸的原理移动。带正电荷的氢离子移向阴极，在阴极得到电子，变成不带电的氢原子，两个氢原子结合变成氢分子，从阴极析出，经阴极室放出H2。同样，带负电荷的氯离子移向阳极，在阳极上失电子放电，生成氯气。根据离子膜的选择透过性，通电后，带正电的Na+能穿过离子膜进入阴极室与OH-结合生成NaOH。

在离子膜电解装置运行过程中，阳极侧中的微量的NaCl会随着水从阳极室透过膜迁移到阴极室，从而影响碱的品质。阴极侧少量的OH-由于受阳极的吸引而反迁到阳极室，从而导致阴极效率的降低，反迁移的OH-一部分会在阳极上放电生成O2 使氯气纯度下降，另一部分会与氯气反应，生成的ClO-并在阳极液中积累，这会影响电槽及部件的寿命。阳极侧约有50%的氯化钠电解，剩余氯化钠的淡盐水随溶解的氯气一道流出电解槽。淡盐水中溶解的氯，其溶解量与电解后盐水的温度和pH有着密切的联系，盐水中游离氯的存在，会对盐水精制系统的设备和管道造成严重腐蚀，同时会破坏二次盐水螯合树脂，所以必须去除淡盐水中游离氯和氯酸盐。

二、离子膜烧碱生产中节能降耗技术

烧碱工业是高能耗行业，其综合能耗（包括水、电、汽、冷等）费用占成本的80%左右。随着能源价格的不断上升，推进节能型循环经济模式是烧碱企业降低生产成本、提升竞争能力的根本途径。采用新材料、新工艺和新技术是加快产业结构转型、降低能耗的企业生存之道。

（1）整流电损，对于整流工序中的能耗产生了深刻影响，通过整流效率的提升，与节能要求相符，而整流效率，与选择整流机组之间有着密切的联系，所以应加强晶闸管整流装置的应用，确保整流效率的稳步提升，同时加强整流机组的合理工艺运行，从而提高整流效率。

（2）加热溶解固体盐的蒸汽和动力电耗，为能耗的主要原因，这在盐水精制工序中得到了充分体现，对此应将工厂的余热利用起来，为加热溶解固体盐创造有力条件，满足热能消耗的节约化需求，同时通过盐水自流流程的应用，可以防止动力电消耗现象的出现。

（3）电解工序，为离子膜法烧碱生产中耗能最为严重的环节，其中，槽电压和电流效率为直流电耗的重要影响因素。直流电耗与槽电压之间的关系密切，两者属于正相关的关系。所以在电解工序中，不仅要降低电解槽的槽电压，也要致力于电流效率的提升，从而与节能目标相契合。在电流密度与膜电压降、电极过电位等之间密切联系的影响下，为了不对设备生产能力造成任何影响，应借助降低电流密度这一方式，以此来与降低槽电压需求相契合，并控制电解槽阳极液的pH值，减少氯气在阳极液中的溶解和副反应的产生及选择经济电流密度来进一步提高电解槽电流效率。

另外，积极推广与应用国家鼓励的“四新”节能技术，不断提高技术水平，是进一步促进烧碱企业健康、稳定发展的必由之路。可采用如下的节能降耗技术：

（一）采卤泵换型技术

在采卤工序中，三台采卤泵得到广泛应用。其中，出现的问题是流量的匹配，要想促进生产活动的顺利进行，对于两个泵的同时运行提出了明确的要求。在该运行模式的影响下，会明显增加盐水提取的能耗量，从而很难将该项技术的经济性发挥出来，所以必须要从实际工作条件出发，并深入分析执行器速度要求，在多段速度的影响下，应对最大流量考虑到位。与此同时，在井的盐水提取方面，采用快速去除内部结晶的方法，要求在潜水电机上安装好进口部分。在进口部分中，应合理安装泵体，进水段也可以在泵体下方进行连接。通过该方式的应用，可以满足性能稳固、使用快捷、经济等需求，从而不断提高盐水泵内部结晶的处理水平。

（二）一次盐水膜法过滤技术

离子膜电槽对入槽盐水的品质要求极高，盐水质量直接影响电槽的经济运行，也影响电槽及核心部件——离子膜。在以往的烧碱装置中，一次盐水精制过滤工艺中传统的“道尔澄清+预涂过滤”法广泛应用，但是该方法中盐水精制流程比较长，且盐水质量的稳定性欠缺，离子膜极容易受盐水中杂质污染而减少离子膜寿命，同时造成膜电压上升、电耗升高。现阶段，膜法一次盐水工艺具有较强的先进性，膜法有“无机陶瓷膜”法和“浮上澄清+有机聚合物膜过滤”法。其中，无机膜工艺在新建装置中占有较高的比重。与有机膜过滤器相比，无机陶瓷膜具有优良的物理化学特性，它采用高效的“错流”过滤方式，该技术具有以下优点：一是工艺流程简单、操作简便，没有有机膜过滤器分步处理复杂，同时取代了浮上桶和戈尔膜过滤器（浮上桶和有机膜过滤器操作都很复杂）;二是占地面积小，施工周期短;三是投资相对较少。

无机膜工艺相比于有机膜工艺，不仅可以满足投资的节约化需求，还能进一步提高鹽水质量。总而言之，无机膜法生产工艺的应用，不但可以有效降低离子膜单元槽电压，而且还可以延长离子膜使用寿命。

（三）烧碱装置脱除氯酸盐工艺技术

热分解法脱除氯酸盐是利用氯酸盐在较高的温度和较强的酸性的条件下，进行分解的特性，但为了满足这两种条件，设备就要采用较高档次的材质，消耗大量的蒸汽， 浪费能源， 同时，加入大量的盐酸。这就增大了物料消耗，增加了成本。

还原剂法脱除氯酸盐工艺具有先进性、成熟性的优势，且具有操作弹性大和分解能力强特点。该法对温度和pH要求不高，可以减少蒸汽、盐酸的消耗，实现节约化。

三、离子膜烧碱生产中膜法脱硝工艺的应用

在离子膜法制碱工艺中，SO42-在电解过程中，透过离子膜进入烧碱系统的难度性较高，所以SO42-在盐水系统中的积累水平会大大提升。当盐水系统中积累的SO42-浓度超过一定值后，在电解过程中会阻碍Cl-放电，促使OH-放电，这不仅会导致电能的消耗现象，而且也会促使游离态的氧的出现，也会对电槽等产生一定的影响。因此，必须去除系统中积累的SO42-。

（一）膜法脱硝工艺应用状况

纳滤膜是一种“微孔过滤”，它能让小分子通过，即只允许单价离子通过，而高价离子被截留。膜法脱硝工艺的工作原理是体现纳滤膜对离子截留率的差异性，也就是它能有效截留SO42-等两价或多价离子，且截留率较高，而对Na+、Cl-等一价离子，其截留率并不高，从而有效分离SO42-。

膜法脱硝工艺过程由预处理部分和膜法脱硝部分等为重要构成要素。从电解脱氯淡盐水来的淡盐水，其中微量的游离氯不容忽视，从而会对膜的结构造成损坏。另外，要想将纳米膜正常性能发挥出来，酸碱度必须要控制在适宜的范围内。对此在淡盐水进入膜过滤器的前期阶段，预处理的落实至关重要，对残留的游离氯予以清除，并将其温度和pH值调到合适的范围内，然后在高压泵的作用下，淡盐水进入膜分离系统，实现盐水中的Na2SO4分离。

（二）应用体现

1. 节能

在膜法脱硝中，三级膜分离工艺设计的运用价值显著，它可以将膜分离技术充分发挥出来。经过三级分离后，浓缩液中SO42-含量可以达到80～100g/L，为进一步处理高硝水的浓缩创造了有利条件，从而进一步实现能耗控制目标。

在该装置运行过程中，借助有效的管理操作，可以构建稳定、可靠的离子膜烧碱工程系统环境，使离子膜淡盐水中的SO42-与技术指标范围相契合，确保進槽盐水SO42-浓度控制在5g/L以下，从而进一步强化盐水质量。

2. 安全环保

纳滤膜法脱除SO42-，该过程是一个物理过程，免去了添加助剂这一流程。与传统的钡法脱除SO42-工艺相比，该方法不需要辅助材料 BaCl2 的投入。传统钡法工艺投入的BaCl2，既具有高昂的价格缺陷，而且毒性特点不容忽视，硫酸钡泥作为副产品之一，与环保的要求相差甚远。纳滤膜法的应用，可以有效预防钡盐导致环境污染的出现，其安全性、环保性优势突出。

3. 自动化程度高

优质电气元件装配，对于整套系统的电气控制箱产生了深远的影响，在高压泵运行压力、物料pH 值、富硝盐水密度等因素的影响下，可以对系统的运行状况予以自动化调节，通过自动阀门的应用，可以使远程操作需求得到实现，并做好运行数据的采集工作。控制信号及远传信号，与远程操作和监控之间的关系密切，整套系统的自动、手动切换均可以实现。在工控上位机上可以实时查看各远传仪表信号，同时也可通过返查历史数据来查看某一时间段的运行参数，以了解和判断脱硝系统的运行变化趋势，及时进行分析和调整。

四、离子膜烧碱生产系统节能发展举措

（一）节电方向

离子膜法烧碱电解装置中，不可忽视的一大技术指标便是电解单元的阴阳极间距，其极距越小，越有助于降低单元槽电解电压，同时也有助于生产电耗的控制。在极距达到最小值的情况下，叫做“膜极距”。通常来说，集电板、弹性体等，为零极距电解槽的阴极的重要构成。阴极网是由直径0.2mm的镍丝编制的带有特殊涂层且经过特殊加工的、表面光滑的网。极网用镍条固定在槽框上，由于弹性体的存在，使电解槽阴极外凸且具有弹性。安装离子膜后阴极、离子膜和阳极处于紧贴状态，实际的电极距只有离子膜的厚度，从而将电极的间距降至最小，即零极距电解槽。零极距电解槽通过降低电解槽阴极侧溶液电压降，从而达到节能的效果，与普通电解槽相比，同等电密下，零极距电解槽电压降低约180mV，相应吨碱电耗下降约125kWh。

（二）用水方向

目前，由于生产规模的不断扩大，离子膜烧碱生产中对于用水量的需求量越来越高。在项目建设中，应贯彻落实好水资源的节约化原则，不断提高水资源利用效率。其中，循环利用泵机封冷却水及妥善收集水封溢水、蒸汽冷凝水等是至关重要的。同时，树脂塔再生废水具有较高的回收效果。在盐水的二次精制方面，离子交换螯合树脂能与盐水中二价金属离子结合形成稳定的螯合物，从而去除盐水中Ca2+和Mg2+等杂质，将其浓度控制在合理范围内。但螯合树脂随着时间延长，其螯合吸附能力下降，需使用通过7%盐酸和4%的烧碱进行再生操作，再生过程会产生大量的碱性和酸性等废水，收集这些酸性、碱性废水并处理，使其用于一次盐水化盐，从而达到节水目的。

五、结束语

综上所述，在离子膜烧碱生产中，加强节能降耗的工作势在必行，同时我国环境保护形势愈发严格，所以必须要加大环境治理力度，给予烧碱成本和利润一定的支持，并为企业自身生存和发展奠定良好的基础。所以应加强对新技术的广泛应用，贯彻落实好节约能源和控制能耗等措施，促进各个氯碱企业的正常运行。总之，通过有效创新和技术进步，可以不断强化企业自身的市场竞争能力。