离子膜烧碱工艺中能耗问题分析研究

[摘 要]随着我国化工产业的不断规模化发展，导致了离子膜法制碱发展迅猛，各地争相新建、扩建离子膜生产装置，但是快速发展可能会造成国内烧碱市场供过于求的局面，而且国内大多数离子膜生产厂家也存在着使用超前、研发滞后以及产品消耗水平较高，离子交换膜使用寿命短等诸多问题。因此，本文主要就离子膜烧碱工艺中的能耗问题，进行了相关的分析，以供大家交流探讨。

[关键词]离子膜烧碱工艺；能耗；问题；对策

中图分类号：TQ114.262 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0300-01

引 言：我国能源丰富，但人均却在世界上倒数，要按照可持续发展战略规划要求，就必须要节约资源，降低能源损耗，提高生产效率，在有限的资源中不断提高生产效益。离子膜烧碱工艺中，由于一直从事简单生产，技术革新速度过慢，存在严重的能源损耗问题。因此，通过工艺技术的不断创新，可以有效降低生产能耗，为生产企业节约成本，提高收效。

1 离子膜烧碱工艺简述

离子膜电解法又称膜电槽电解法，是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。离子膜电解法是在离子交换树脂（见离子交换剂）的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。这项技术已经用于氯碱的生产，海水和苦咸水的淡化，工业用水和超纯水的制备，酶、维生素与氨基酸等药品的精制，电镀废液的回收，放射性废水的处理等方面，其中应用最广泛、成效最显著的是氯碱工业。在氯碱工业中，利用阳离子交换膜电解槽电解食盐或氯化钾水溶液来制造氯气、氢气和高纯度的烧碱（氢氧化钠）或氢氧化钾。

离子膜法烧碱工艺流程并不复杂，首先经过两次精制的浓食盐水溶液连续 进入阳极室，钠离子在电场作用下透过阳离子交换膜向阴极室移动，进入阴极液的钠离子连同阴极上电解水而产生的氢氧离子生成氢氧化钠，同时在阴极上放出氢气。食盐水溶液中的氯离子受到膜的限制，基本上不能进入阴极室而在阳极上被氧化成为氯气。部分氯化钠电解后，剩余的淡盐水流出电解槽经脱除溶解氯，固体盐重饱和以及精制后，返回阳极室，构成与水银法类似的盐水环路。离开阴极室的氢氧化钠溶液一部分作为产品，一部分加入纯水后返回阴极室。碱液的循环有助于精确控制加入的水量，又能带走电解槽内部产生的热量。

2 离子膜法烧碱工艺能耗存在的主要问题

电解液中影响到能耗问题的因素有很多种，但是在当前设备条件下，由于材料杂质过多和设备损耗导致的能耗暂居烧碱工艺中最主要的地位，因此在实际生产过程当中如何减少该类的问题，将是企业研究和改进的主要方式。

2.1电解液中电耗能问题

电解液中很多因素都会影响到耗能问题。另外材料的杂质较多与设备损耗等同时也是能耗居高不下的一大原因。在电解液过程中，电解质在不断地进行电解会增加了大量的杂质，在生产中钙离子、铝离子、钡离子等都会对电解槽的电流效率，镁离子、亚铁离子、铝离子都会导致电压升高。生产企业一般使用碘离子形成碘酸钡，而避免形成硫酸钡造成沉淀问题，同时也阻止了螯合树脂的吸附。溶液随精盐水进入到电解槽，渗透到离子膜的内部，影响到了电解槽的电流效率，从而导致能耗过大的剖一。虽然很多生产企业所采用的电液质量与电解过滤能力有所不同，所含杂质也不相同，但离子膜法对电解液的要求基本相同。

2 .2 蒸发工段能耗问题

在企业实际的生产过程当中，一次实际的离子膜烧碱过程如下：在电解液精制反应器内加入纯碱、烧碱，使电解液中的Ca2+、Mg2+ 生成沉淀，经过道尔澄清桶沉降分离，再经过砂滤器过滤大量的杂质。一次盐水经涂有α-纤维素的 碳素烧结管过滤器，除去固体悬浮物。Na2SO3加入盐水中，去除其中的游离氯；配制好的α-纤维素先预涂碳素烧结管，另一部分与盐水一起加入过滤器，以防止过滤元件堵塞和延长过滤周期，过滤器交替使用，定期反洗。电解过程中通过蒸发过滤杂质，就需要增加大量的加热和冷却，但传统初冷器冷却一般都采用水池、冷却塔、水泵及连接管道组成的敞开式冷却系统，冷却效果差、能耗高、焦油产量低。

3 离子膜烧碱工艺能耗的解决对策

3.1 电解液杂质的解决方法

去除这些杂质离子的技术有很多，近年来采用膜过滤法处理盐水和SO42- 去除技术提高了氯碱企业的整体技术装备水平，也为高电流密度电解槽的应用打下了良好的基础。

（1） 除铵技术

盐水中的少量铵，特别是采用掺卤或全卤工艺时铵含量更高，在电解槽阳极室内与Cl2反应生成NCl3，而NCl3是一种易爆炸的含氮化合物，它的存在给氯碱生产带来安全隐患。盐水除氨技术：粗盐水进入折流槽，加入一定量的NaClO，在除氨反应槽中完成反应，生成单氯胺，向氨吹除塔通压缩空气，单氯胺被空气带出系统，盐水中铵的质量分数小于1×10-6。

（2） 除碘技术

虽然在市面上有着多种除碘方法，将I-氧化成分子形式，再吸附出来；采用离子膜法烧碱装置与隔膜法烧碱装置联合运行的方式，通过隔膜法烧碱带出部分碘；通过离子交换树脂吸附的方式除去碘。但是就成熟程度而言企业可以采用采用离子膜法烧碱装置与隔膜法烧碱装置联合运行的方式，通过隔膜法烧碱带出部分碘。这样就可以在一定程度上优化电解液，进而节约成本。

（3） 新的冷却技术

除了使用传统的水冷器之外，企业还可以采用先进的水膜蒸发传热技术，将水冷与空冷、传热与传质融为一体，通过管外水膜的蒸发，强化管外传热。与传统初冷器不同的是，蒸发式水冷器是工艺介质走管内，水和空气走管外，运行水温低，所以不易堵塞、结垢，保证了设备的平稳安全运行，就可以减少能耗增加企业效益。因此通过各种离子分离技术的支持，就可以提供离子膜烧碱的工艺中的能耗，达到节能效果。

3.2 除此之外，还可以通过对生产余热进行充分利用的方法提高能源利用率，通过余热可以进行蒸汽制备与高温热水；一些工艺流程中的电器并未进行无功补偿，变频技术应用水平低，只有低压电机与高压电机采用这项技术，生产流程中的照明灯未全部采用节能灯等也可以进行节能改造。[8]通过采用节能管理手段与工艺流程上的降低能耗方法，可以有效提高设备的运行稳定性，减少维护成本人，但同时它的自动化水平低，操作相对复杂，在设备的使用上，操作者要更加注重技术培养，提前做好各项安全防护，既降低了能耗，又确保了安全，可谓是效果上佳。

4 结束语

总之，离子膜烧碱工艺是我国化工制碱行业中一项应用广泛的技术，需要对能耗严重问题进行改进，从而有效降低工艺流程能耗，提高能源利用效率，为我国的工业领域的可持续发展提供保障。

参考文献

[1]张健.化工工艺离子膜烧碱生产系统的节能措施[J].黑龙江科技信息，2012（15）.

[2]宁鹏.如何优化离子膜烧碱生产工艺相关探究[J].中国石油和化工标准与质量，2013（11）.

[3]王默康.如何优化离子膜烧碱生产工艺相关探究[J].化工管理，2013（18）.