烧碱蒸发工艺现状及节能改造的建议

摘要：随着社会的发展，技术的进步，对生产设备的升级与工艺流程的改造也成为了大势所趋。我国对于烧碱的生产方法主要集中在隔膜法与离子膜法两种方式。

关键词：烧碱蒸发；工艺现状；节能改造

中图分类号： TE08 文献标识码： A

引言

近几年来，离子膜法取得了不错的成绩，目前的烧碱年产量突破了三千万吨，离子膜法几乎占到了一半。对于一些新建的离子膜法烧碱企业，由于在设备引进的过程中开始加入环境保护的因素，所以对于能源的消耗非常低，得到了市场的高度认可。但传统的金属阳极隔膜法烧碱装置就存在着一定的闲置与等待废弃。对于不满足当前社会发展的生产力，需要进行节能改造升级，提高产品质量，降低成本。

一、隔膜法烧碱蒸发工艺现状分析

对于国内现行的隔膜法烧碱蒸发工艺而言，主要以三效顺流部分强制循环工艺为主，而且碱液产品主要以浓度为30%的氢氧化钠居多，浓度为42%、45%的产品数量相对较少一些，而50%及以上浓度的氢氧化钠产品数量更少一些。2008年，离子膜法烧碱产量约1200万吨，占65%。据统计数据显示，当前国内采用隔膜法烧碱蒸发工艺所得的产品产量大约在650万吨左右，占总量的35%以上。隔膜法烧碱工艺应用过程中，已有200万吨以上的产能实现了扩张阳极以及改性隔膜改造，目前完成的改造比例已经超过了25%。对于一次盐水精制工艺而言，已从传统的道尔沉降法逐渐变成现在的膜法精制、陶瓷膜法以及西恩树脂法等先进技术。其中，脱除盐水中的硫酸根膜法脱硝技术，实现了烧碱行业200万吨产能改造，而且普及率也超过了10%。对于新开发出的一些节能工艺而言，其节能效果非常的明显，尤其是零极距离子膜电解槽工艺，大约有20多万吨烧碱产能可以得到有效的应用。对于氧阴极、新型蒸发等关键技术而言，它们仍处于积极研发以及试验阶段；当前国内已研发除了氧阴极技术及相关设备，尤其是三效逆流降膜蒸发工艺和技术，已经实现了国产化；同时，三相流蒸发、超声波防除垢等节能技术，仍处于工业化建设与试验阶段，这些工艺技术的应用，可以有效的降低烧碱工业能耗。

二、烧碱蒸法工艺能耗影响因素

（一）蒸汽压力

从实践来看，目前国内现有的隔膜法烧碱蒸发设备多数已运行很久，而且供汽管道的阻力也不断的增加，导致送至蒸发车间的蒸汽压力降低，尤其是寒冷季节的北方地区，供汽影响更为明显。一般而言，蒸汽压力对烧碱蒸发工艺产能存在着非常密切的关系，生产浓度为30%的碱液，其蒸汽压力应当保持在0.45至0.6千帕范围之内，以确保其操作的顺利性；42%及以上浓度的碱液生产过程中，蒸汽压力应当保持在0.6至0.8千帕范围内。总之，压力保持越高的状态，则操作条件就会相对较好一些，蒸汽压力与能耗之间存在着一定的数量关系，即蒸汽压力越高且满负荷状态下，生产单位烧碱产品的蒸汽能耗就越低；相反，蒸汽压力越低，不仅会影响烧碱产品的产量，而且单位烧碱产品的能耗量也会随之增加。

（二）蒸发系统末效真空度

蒸发系统末效真空度与供给Ⅰ效蒸发器的蒸汽压力同样重要，其决定效体传热的有效温度，直接影响生产能力，也给蒸汽消耗和设备腐蚀带来一定的影响。真空度下降造成生产能力下降和设备腐蚀加快、汽耗稍有增加，因此，在三效顺流部分强制循环和逆流工艺烧碱蒸发过程中要保持较高的真空度（≥0.090MPa）。目前许多企业蒸发工序的真空度在0.085MPa以下。以0.091MPa与0.082MPa操作条件（生产42%NaOH）对比，当真空度在0.091MPa时，碱液沸点约75.2℃；而在0.082MPa时，碱液沸点为88℃。一般情况下，采用0.6～0.7MPa蒸汽，真空度由0.082MPa提高至0.091MPa，有效温差提高25%以上，由于采用了强制循环，出料温度降低，物料黏度变化，对蒸发器传热的影响可以忽略，生产能力也将增加23%以上，而1t碱带走的热量减少125kJ左右，等于减少60kg蒸汽，成品碱冷却水也将减少，42%NaOH沸点由88℃降到75℃，对普通不锈钢设备的腐蚀也随之减小。

三、隔离法烧碱蒸发节能改造措施

三效顺流部分强制循环工艺有着许多优点，但它的能耗高是难以与社会需求相符的，在高浓度产品生产时难度非常大，如在生产45%碱液时，汽耗为3.6t，而改造成三效逆流工艺流程之后生产同浓度的碱液，则会降低0.6t，效率非常高。

（一）工艺改造

将传统的强制循环工艺，改成现在的三效逆流工艺。实践中可以看到，虽然传统的三效顺流部分强制循环工艺尤其自身的优势，但其能耗相对比较高，而且生产浓度48%以上的烧碱产品，难度非常的大。据调查，生产浓度45%的碱液，最低蒸汽消耗量也在3600千克每吨左右，而采用三效逆流工艺生产浓度50%的碱液，其蒸汽消耗量也只有3000千克每吨左右；以生产浓度50%的为标准，比照以上两种工艺，供汽压力、电解液浓度等条件相同时，三效顺流工艺的蒸汽消耗量要比三效逆流工艺高出600千克每吨；若将浓度45%的烧碱溶液生产设备改成50%碱液生产设备，还需增加蒸汽消耗150千克每吨。由此可见，将三效顺流工艺改成三效逆流工艺，不仅明显降低了生产成本，而且还大大降低了能耗，符合节能降耗之要求，改造效益非常的明显。

（二）改造费用和效益估算

一般条件下，按5万～6万t/a装置规模计，在原基础上改造投资500万元左右。生产50%碱液，节汽600kg/，t按5万t/a装置计：年节汽量0.6×5=3.0（万t），蒸汽价格按98元/t计，年节汽费用294万元；多耗电量17×5=85（kW・h），电价格按0.6元/（kW・h）计，增加电费51万元/a；按1t50%碱比42%～45%碱价格高60元/t计，增加收入300万元/a（按5万t/a规模）；其他不计，合计节约费用294万元/a+300万元/a～51万元/a=543万元/a。加上不可预测因素，投产后1.5年可收回全部投资。离子膜法烧碱蒸发、固碱技术离子膜法烧碱电解工序生产的产品碱液质量分数30%～32%，仅适于低浓度烧碱用户；同时含水质量分数占68%～70%，运输费用高，运输距离有限。为扩大使用范围和长距离运输，将碱液浓缩。NaOH质量分数≥48%。国内销售30%与50%碱液差价（折100%后）很大，因此，产品加工后可创造好的效益。要制成固体碱必须将碱的质量分数提高至73%～99%，根据需要可制成各种规格的固碱。经过国产化多套装置的实际运行，证明已经取得成功，特别是45%～60%蒸发与固碱碱液蒸发系统，完全可以采用国产化技术和设备。

（三）蒸发系统真空设备选择

（1）水喷射冷凝器

我国多数氯碱企业隔膜法烧碱蒸发系统（包括2000年以前国内自行设计的离子膜法烧碱蒸发系统）选用水喷射冷凝器作为真空设备。设备结构简单，对水质要求不高，无转动部件，投资低，维修费用低，在水量和水压满足要求的条件下，真空度较高（在设计和制造合理的条件下，真空度可达0.085MPa。但要求至设备进口的供水压力高，供水压力波动时，真空度不稳定，少量不凝气的排放靠水压压入喉管以下，压力偏低或水量不足时，对真空度的影响较大，喉管设计和加工精度要求严格；要使真空度≥0.09MPa比较困难，耗水量大。因此，不适用于多效逆流及三效顺流工艺生产浓碱，用之影响效果。

（2）直接接触式冷凝器

筛板式直接接触式冷凝器内装多块筛板，结构制造简单，后配水力喷射泵（或蒸汽喷射器或机械真空泵、水环泵）抽不凝气。根据使用效果可知，采用水力喷射泵，抽出冷凝器顶部少量不凝气，效果不好，而采用蒸汽喷射泵时，有的甚至采用两级，真空度可以达到0.090～0.093MPa。但蒸汽消耗量偏高，特别是国产蒸汽喷射泵耗汽量大，供汽压力波动时，真空度随之波动，蒸汽消耗量变化大；要求供汽压力高且稳定，没有采用机械真空泵效果好。直接接触式冷凝器可达到较高的真空度，同时耗电量低。气压式冷凝器用水量比水力喷射冷凝器少，水压要求低；缺点：需要较好品质的水为循环水补充水，若补充水品质差，钙镁离子含量高时筛板易结垢，使筛板孔变小或堵塞，须定期清洗塔板。采用蒸汽直接冷凝方式，由于水力喷射或气压式冷凝回水无压力，采用泵输送增加了动力消耗。

（3）表面冷凝器与机械真空泵组合

采用表面冷凝器与机械真空泵组合间接冷凝的方式，虽然换热器一次投资增大，但有以下优点。

1）冷却循环水采用了普通循环水，不需要单独设置碱性凉水塔，减少了循环水系统的投资。2）蒸汽冷凝液全部回收利用，除含有微量碱外，其他杂质含量较小，可以作为碱泵密封水、洗效水或用于化盐，可回收其中的碱，也可用于生产次氯酸钠配碱水。3）回水带压力，直接回凉水塔，节省动力。1套5万t/a蒸发装置节约的电耗可购买1台表面冷凝器。

（4）机械真空泵的选择

真空泵仅抽出二次蒸汽中不凝气及夹带的少量水蒸气，其抽气量由装置的大小、设备和管道的漏气量决定，选用水环式真空泵或其他形式的机械真空泵均可。选用高效或双级水环真空泵，经济实惠。

结束语

烧碱蒸发节能技术的改造非常有必要，随着我国氯碱业受到了巨大冲击，经济市场整体不容乐观，所以对生产企业造成了巨大的压力。企业不但要关注市场前景，更要对企业生产技术进行改造升级，提高劳动效率，降低生产成本，确保装置能够长期平稳运行，用高效的管理模式以及先进的工艺流程，创造更多的市场价值，为我国氯碱行业的发展提供更多的模板。

参考文献

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