李慧敏，楊永利

(1.晉中市能源綜合行政執(zhí)法隊，山西 晉中 030600； 2.榆社化工股份有限公司，山西 晉中 031800))

燒堿生產(chǎn)屬于高耗能行業(yè)，尤其是電解過程中需要消耗大量的直流電[1]。低碳經(jīng)濟、節(jié)能減排要求日益嚴(yán)格，燒堿生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗迫在眉睫。近年來，氯堿行業(yè)通過電解槽膜極距技術(shù)改造，有效降低噸堿直流電耗和單位產(chǎn)品能耗，從而獲得良好的節(jié)能效益。

榆社化工股份有限公司(以下簡稱“榆社化工”)通過電解槽膜極距節(jié)能技術(shù)改造實現(xiàn)了燒堿直流電耗由2 353.26 kW·h/t降到2 228.97 kW·h/t，燒堿單位產(chǎn)品能耗由481.60 kgce/t降到429.09 kgce/t。按照20萬t/a的燒堿產(chǎn)量計算，可以實現(xiàn)年節(jié)直流電2 480萬kW·h，年節(jié)能1.05萬tce，為企業(yè)帶來了良好的節(jié)能效益和經(jīng)濟效益，提升了企業(yè)競爭力。

1 燒堿生產(chǎn)工藝簡介

燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)主要工藝如圖1所示。

圖1 離子膜法燒堿生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Production process of ion-exchange membrane caustic soda

由圖1可見：燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括一次鹽水精制、二次鹽水精制、離子膜電解槽電解、氯氫處理、燒堿蒸發(fā)等工序。原鹽進入化鹽池，與配水逆流接觸獲得粗鹽水，經(jīng)過一次精制和螯合樹脂塔二次精制后，與淡鹽水混合，含鹽質(zhì)量濃度約260 g/L的鹽水進入電解槽的陽極室，精制鹽水在直流電的作用下，在陽極產(chǎn)生氯氣；Na+通過具有選擇性的離子膜進入陰極室，水經(jīng)電解在陰極側(cè)放電產(chǎn)生氫氣，溶液中的OH-與陽極室遷移來的Na+結(jié)合生成質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%的NaOH[2]。每臺電解槽分離出的氯氣和氫氣分別匯總后進入氯氣和氫氣處理系統(tǒng)，NaOH堿液送入蒸發(fā)工序或直接送入堿儲罐進行銷售。

2 主要用能情況

在整個燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)中，主要耗能物質(zhì)是電力和蒸汽(來源于煤炭)。主要用能設(shè)備是電解槽，在電解過程中需要消耗大量的直流電，幾乎占燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)中電力消耗的90%，能源消耗的60%～70%。該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，還會吸收大量的熱量。

3 電解槽膜極距節(jié)能技改方法

電解單元的陰陽極間距(極距)是一項非常重要的技術(shù)指標(biāo)，其極距越小，單元槽電解電壓越低，相應(yīng)的直流電耗也越低，當(dāng)極距達到離子膜厚度時，即為膜極距[1]。膜極距改造主要是改進陰極側(cè)結(jié)構(gòu)，以原陰極網(wǎng)作為集電板，增加陰極彈性構(gòu)件，使得陰極網(wǎng)貼向陽極網(wǎng)，縮短陰陽極間的距離，有效降低槽電壓[2]。

榆社化工原有20萬t/a離子膜法燒堿生產(chǎn)線，合計電解槽8臺，共960個單元槽，屬于高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式離子膜電解槽。為保障燒堿產(chǎn)量，膜極距改造逐臺進行，歷時13個月，陽極仍采用原極網(wǎng)，重新涂層，陽極密封面更換成鈦鈀材質(zhì)，切去原密封面，重?fù)Q鈦鈀板密封面。在原陰極網(wǎng)上開焊接孔，在彈簧間焊接鎳條，在陰極網(wǎng)上鋪上鎳絲編織的彈性緩沖網(wǎng)、覆蓋網(wǎng)，與陰極網(wǎng)之間采用電阻焊固定，表面采用細(xì)鎳絲編織網(wǎng)，陰極活性網(wǎng)用鎳條壓焊在陰極法蘭面上。陰極涂層采用貴金屬熱氧化法活性涂層，不會磨損離子膜。

4 電解槽膜極距節(jié)能改造帶來的節(jié)能效益

4.1 運行參數(shù)的改變

技改前后電解槽運行參數(shù)如表1所示。

由表1可見：技改后，槽電壓由3.22 V降低到3.03 V，降低了0.19 V；同時陰極效率有所升高。

表1 技改前后運行指標(biāo)對比表Table 1 Comparison of operational indexes before and after technical transformation

4.2 月平均直流電耗變化情況

燒堿月平均直流電耗如圖2所示。

圖2 月平均直流電耗Fig.2 Monthly average direct current consumption

由圖2可見：隨著技改進度的完成，前3個月平均直流電耗小幅度降低，隨后月平均直流電耗開始大幅度降低，最低到2 200 kW·h/t左右。技改全部完成后初期(歷時8個月)運行平穩(wěn)，月直流電耗約2 225 kW·h/t。隨著電解槽運行時間的延長，燒堿月平均電耗有所升高，但升高幅度不大，幾乎穩(wěn)定在2 250 kW·h/t左右?？梢?，膜極距改造可以有效降低燒堿的直流電耗。

4.3 單位產(chǎn)品能耗變化情況

燒堿月平均產(chǎn)品單位能耗如圖3所示。

圖3 燒堿月平均產(chǎn)品能耗Fig.3 Monthly average energy consumption of caustic soda

由圖3可見：隨著技改的進行，產(chǎn)品能耗逐月降低，改造完成后，月產(chǎn)品單耗穩(wěn)定在430 kgce/t以下，隨著運行時間的延長，月產(chǎn)品單耗雖有所升高，但穩(wěn)定在440 kgce/t以下，與改造前相比降幅明顯，膜極距改造可有效降低燒堿單位產(chǎn)品的能耗。

4.4 改造后的節(jié)能效益分析

經(jīng)過膜極距節(jié)能技改后，燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)槽電壓、月平均直流電耗和月單位產(chǎn)品能耗都有所降低，現(xiàn)以改造前后1年的能耗指標(biāo)為基礎(chǔ)，具體分析膜極距改造帶來的節(jié)能效益。技改前后節(jié)能指標(biāo)對比如表2所示。

表2 技改前后節(jié)能指標(biāo)對比表Table 2 Comparison of energy indexes before and after technical transformation

由表2可見：膜極距節(jié)能改造后，燒堿年平均直流電耗由2 353.26 kW·h/t降到2 228.97 kW·h/t左右，降幅約124 kW·h/t。按照20萬t/a燒堿產(chǎn)量計算，可節(jié)電2 480萬kW·h；單位產(chǎn)品能耗由481.6 kgce/t降到429.09 kgce/t，降幅約52.5 kgce/t，即每生產(chǎn)1 t燒堿可節(jié)約能耗52.5 kgce，按照20萬t/a燒堿產(chǎn)量計算，可節(jié)能1.05萬tce?？梢娡ㄟ^膜極距節(jié)能改造，可以獲得良好的節(jié)能降耗效果。

5 能耗降低原因分析

膜極距改造后，彈性網(wǎng)彈性均勻，陰極網(wǎng)、離子膜與陽極網(wǎng)柔性貼合，陰陽電極間距實現(xiàn)膜極距；彈性網(wǎng)、活性網(wǎng)接觸面積大，電流分布均勻；陰極網(wǎng)采用細(xì)密鎳絲網(wǎng)，增大了電解比表面積，陰極涂層采用貴金屬熱氧化法活性涂層，其性能有所提高，且表面光滑，不會磨損離子膜。綜上所述，改造后極距減小，涂層性能提高，電解比表面積增大，有效降低了電解槽電壓，從而降低了直流電耗和單位產(chǎn)品能耗，最終達到節(jié)能降耗的效果。

6 結(jié)語

燒堿電解槽膜極距節(jié)能技術(shù)改造可以有效降低槽電壓，降低電解電耗和生產(chǎn)能耗，可有效節(jié)省電解電量及相關(guān)能源使用量，獲得良好的節(jié)能效益，同時有利于提升企業(yè)在同行業(yè)間的競爭力。