（天能化工有限公司，石河子市，832000） 周　云

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對離子膜燒堿工藝中能耗問題探索

（天能化工有限公司，石河子市，832000） 周云

摘要對燒堿工業(yè)中最常使用的離子膜法進行了介紹，并分析了離子膜法燒堿制造工藝的特點。對離子膜法燒堿制造工藝流程進行了分析，提出建議。

關鍵詞離子膜法；燒堿；能耗；生產(chǎn)工藝

1　引言

離子膜法燒堿制造工藝是燒堿生產(chǎn)中最常用的生產(chǎn)工藝，隨著該工藝的不斷發(fā)展，相對于傳統(tǒng)燒堿制造工藝，離子膜法具有明顯優(yōu)勢，一是離子膜法生產(chǎn)燒堿質量好，二是離子膜法生產(chǎn)燒堿能夠根本上避免水質污染，三是離子膜法燒堿制造工藝對工作人員身體危害較小。雖然離子膜法燒堿制造優(yōu)勢突出，但是，該能耗較大，限制了離子膜法燒堿工藝的發(fā)展。所以，采取措施降低離子膜法燒堿工藝中的能耗問題，是目前燒堿制造工藝發(fā)展的主要方面。

2　離子膜法燒堿工藝優(yōu)點

離子膜法燒堿工藝是上世紀八十年代發(fā)展的最新燒堿制造工藝，相對于傳統(tǒng)的燒堿制造工藝，如金屬陽極隔膜法燒堿工藝，具有明顯的優(yōu)勢。（1）工藝簡單易操作。離子膜法燒堿工藝使用高濃度電解液，不需要進行蒸發(fā)就能夠得到高濃度的燒堿。（2）能耗較低。離子膜法不需要進行蒸發(fā)，能夠減少該步驟能耗，此外，電解以及水循環(huán)工段能耗也會相應減少，從而降低能耗。（3）污染小。離子膜法燒堿工藝中產(chǎn)生的廢液以及廢氣都可以循環(huán)使用，幾乎不會對環(huán)境造成破壞。（4）產(chǎn)品純度高。離子膜法燒堿工藝能夠生產(chǎn)出高品質的產(chǎn)品，其純度能夠滿足化纖行業(yè)生產(chǎn)的要求。（5）生產(chǎn)設備占地較小。離子膜法燒堿工藝相對于其他燒堿制造工藝裝置較少，占地小。（6）生產(chǎn)安全性高。離子膜法燒堿工藝生產(chǎn)靈活穩(wěn)定，電解槽能夠適應大幅度的電流變化，靈活控制生產(chǎn)，此外，離子膜法燒堿工藝操作簡便，維護簡單，降低了工人的工作強度。

3　離子膜燒堿工藝生產(chǎn)流程

3.1配水

電解食鹽水的過程中，食鹽水在未進行處理時硫酸根含量大大過量，所以對食鹽水在電解前要進行脫除硫酸根處理。未處理的食鹽水一般由兩部分組成，一部分已經(jīng)經(jīng)過自動控制設備的處理，而另一部分是經(jīng)過硫酸鋇處理后的沉淀上清液。除此之外，還包括一部分回收使用的循環(huán)水，通過科學的配比，將各部分水調和成最終的電解食鹽水。

3.2化鹽及鹽水精制

食鹽水調和完成后，需要進行溫度調節(jié)，調至合適溫度，并且將此食鹽水通過電離池的底部逆流導出，與原鹽混合。在此食鹽水中要緩慢加入氫氧化鈉溶液，結合生成氫氧化鎂，將有機物除去。完成混合后的食鹽水首先進行預處理，將食鹽水中的懸浮物處理干凈，然后對經(jīng)過初步處理的食鹽水進行再次精制。此后，將經(jīng)過初步處理的食鹽水送入填充有樹脂的精制塔中，從而確保食鹽水中的離子含量能夠滿足電解的標準，方便之后的電解操作。

3.3鹽水電解

經(jīng)過以上步驟處理的食鹽水已經(jīng)能夠滿足電解食鹽水的標準，可以經(jīng)行電解操作，在陽極室中，食鹽水經(jīng)過電解操作能夠將食鹽水中的氯氣分出，完成氯氣的操作。之后，食鹽水繼續(xù)送入脫氯泵。在此步驟中，要確保操作環(huán)境處在較低溫度下，所以，對陽極液首先要經(jīng)過降溫之后才能進行電解操作。

3.4淡鹽水脫氯處理

經(jīng)過以上步驟操作后能夠除去食鹽水中的大部分氯氣，但是該食鹽水中還存在一定量的游離氯，這些氯具有很強的腐蝕性，在電解操作中，會對設備造成極大的損壞，降低設備使用壽命。所以，對食鹽水進一步脫氯操作，是電解過程順利完成的保證，可以使用具有還原性的試劑除去一定量的游離氯。此外，在脫氯過程中會產(chǎn)生大量氯，產(chǎn)生的游離氯不可以隨意排放，所以要設計操作對脫氯過程中產(chǎn)生的大量氯循環(huán)再次利用，既可以保護環(huán)境，還能節(jié)省原料與能源。

4　離子膜燒堿工藝中能耗問題措施

在離子膜燒堿工藝中，電解液是造成能耗問題的關鍵，在實踐過程中，在目前的設備條件下，食鹽水中的雜質以及設備的損耗是造成能耗大的首要原因，所以，采取措施解決以上兩個問題，是降低離子膜燒堿工藝能耗問題的關鍵。

4.1離子膜燒堿工藝能耗產(chǎn)生原因

電解液中電耗能的問題：離子膜燒堿工藝能耗過大，一個重要原因就是在對食鹽水的電解過程中，由于電解過程的持續(xù)進行，雜質含量也會不斷增長，尤其是在電解過程中的除碘操作，此操作中，一般工藝是將碘離子與鋇離子生成碘酸鋇或者高碘酸鋇，由于以上兩種化合物生成會阻礙硫酸鋇的生產(chǎn)，同時也會阻礙吸附劑的吸附作用，這些碘化合物會進入電解槽，進入離子膜內部從而影響電解效率，造成能量損失。所以，在實際生產(chǎn)過程中，雖然每個企業(yè)會使用不同質量的電解液，電解槽過濾水平也會有所差異，造成電解液中離子含量也各不相同，但是離子膜燒堿工藝中電解液基本要求是一樣的，就是通過特定的操作，將電解液中有害雜質盡量的除去，從而滿足離子膜燒堿工藝電解需要。

蒸發(fā)工段能耗問題。在企業(yè)實際生產(chǎn)過程中，離子膜燒堿工藝的基本操作流程如下：首先將燒堿和純堿加入到電解液精制反應器中，在反應器中會生成鈣、鎂沉淀，經(jīng)過對電解液的沉降分離與過濾操作，能夠除去大量的不溶性雜質。然后，初步處理的食鹽水流經(jīng)涂有α-纖維素的碳素燒結管過濾器，除去電解液在的固體懸浮物。將亞硫酸鈉加入食鹽水除去游離氯。先將已經(jīng)配置完成的α-纖維素涂抹在碳素燒結管上，另一部分與鹽水一起加入過濾器，從而避免過濾元件被堵塞，延長過濾元件的用壽命，此外，過濾器要交替使用，定期反洗。在電解過程中，通常要蒸發(fā)除去雜質，所以需要反復的加熱以及冷卻，傳統(tǒng)的冷卻操作一般使用敞開式冷卻設備，此冷卻系統(tǒng)冷卻效果較差而且能耗高，但是會產(chǎn)生較少的焦油。

4.2能耗問題的解決方法

解決電解液雜質的方法。除銨工藝。在食鹽水中一般會有少量的銨存在，在電解槽陽極室內會與氯氣反應生成易爆的化合物，該化合物的生產(chǎn)會為生產(chǎn)安全帶來隱患，所以，在食鹽水中首先進行除銨操作，是十分必要的。食鹽水首先流入折流槽中，在折流槽中有次氯酸鈉的存在，與銨反應會生成單氯胺，然后向塔中吹入壓縮空氣，單氯胺就會被空氣帶出體系，避免了電解中易爆化合物的生產(chǎn)。

除碘工藝。除碘工藝多種多樣，但是基本思路就是將碘離子氧化成碘分子，再將該分子吸附帶出體系。離子膜燒堿工藝中通常是通過隔膜法將碘帶出反應體系，使用離子交換樹脂吸附除去食鹽水中的碘。目前，比較成熟的工藝是通過將離子膜燒堿工藝設備與隔膜法燒堿工藝設備聯(lián)合，從而除去電解液中的碘。通過此聯(lián)合操作，能夠在一定程度上處理電解液，降低生產(chǎn)成本。

冷卻工藝。傳統(tǒng)的冷卻操作一般使用水冷法，除此之外，目前先進的冷卻工藝是使用水膜蒸發(fā)傳熱冷卻，將水冷與空冷、傳熱與傳質融為一體，通過管外水膜的蒸發(fā)，強化管外傳熱。蒸發(fā)式水冷技術具有很多的優(yōu)勢，首先是由于將介質與水、空氣分走，使管路不易堵塞結垢，增加了設備的使用壽命，在一定程度上就能夠降低生產(chǎn)能耗。

解決設備的問題。離子膜法燒堿工藝相對于傳統(tǒng)燒堿生產(chǎn)工藝，具有原理簡單、維護方便、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。但是，目前的離子膜燒堿工藝還不成熟，存在著自動化程度低、α-纖維素成本較高等不足，尤其是設備中砂濾器中的二氧化硅增加了運行成本。在對設備實際操作過程中，要求工作人員對設備運行原理有所了解，并且做好安全預防措施，并且制定完整的安全監(jiān)控體系。這樣才能夠在降低離子膜法燒堿工藝能耗的同時，進一步確保設備的穩(wěn)定安全運行。

5　結束語

目前，離子膜法燒堿工藝雖然優(yōu)勢明顯，但是依然存在著能耗大等不足，影響氯堿行業(yè)的發(fā)展。針對目前的燒堿生產(chǎn)工藝，在實際生產(chǎn)中要不斷創(chuàng)新操作，改進原有耗能工藝，節(jié)約資源，不斷提高燒堿生產(chǎn)效率。

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中圖分類號：TQ114.2

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0899（2016）06-0048-03