離子膜燒堿工藝中能耗問題分析研究

張干

【摘 要】近年來由于我國經濟在不斷發展，導致了離子膜法制堿發展迅猛，各地爭相新建、擴建離子膜生產裝置，但是快速發展可能會造成國內燒堿市場供過于求的局面，而且國內大多數離子膜生產廠家也存在著使用超前、研發滯后以及產品消耗水平較高，離子交換膜使用壽命短等諸多問題，因此，文章認為應該根據實際情況適時適度發展離子膜法制堿，同時在制造離子交換膜制造過程中的能耗問題，以便達到使用最低的能耗生產出最多的離子膜的方法。

【關鍵詞】離子膜；燒堿工藝；能耗問題

離子膜法燒堿制造工藝是燒堿生產中最常用的生產工藝，隨著該工藝的不斷發展，相對于傳統燒堿制造工藝，離子膜法具有明顯優勢，一是離子膜法生產燒堿質量好，二是離子膜法生產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勢突出，但是，該能耗較大，限制了離子膜法燒堿工藝的發展[1]。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展的主要方面。

一、離子膜法燒堿工藝優點

離子膜法燒堿工藝是上世紀八十年代發展的最新燒堿制造工藝，相對于傳統的燒堿制造工藝，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，能夠減少該步驟能耗，此外，電解以及水循環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生的廢液以及廢氣都可以循環使用，幾乎不會對環境造成破壞。（4）產品純度高。離子膜法燒堿工藝能夠生產出高品質的產品，其純度能夠滿足化纖行業生產的要求。（5）生產設備占地較小。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）生產安全性高。離子膜法燒堿工藝生產靈活穩定，電解槽能夠適應大幅度的電流變化，靈活控制生產，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[2]。

二、淺談燒堿工藝中能耗問題分析

電解液中影響到能耗問題的因素有很多種，但是在當前設備條件下，由于材料雜質過多和設備損耗導致的能耗暫居燒堿工藝中最主要的地位，因此在實際生產過程當中如何減少該類的問題，將是企業研究和改進的主要方式[3]。

（一）電解液中電耗能的問題。

產生電耗過大的問題，主要是因為在整個離子膜的電解過程中，電解質中在不斷電解過程中會增加了大量的雜質，而在生產中影響的有NH4對電解槽的電流效率有影響的Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Hg2+、I、SO42-、SiO2，會導致電壓升高的Mg2+、Ni2+、Fe2+、Al3+、SiO2。特別是在電解壓處理過程中，企業使用除I-技術I-與鹽水中的Ba2+形成碘酸鋇和高碘酸鋇，此化合物阻止了BaSO4沉淀的形成，又阻止了螯合樹脂的吸附，它們隨精鹽水進入電解槽，滲透到離子膜內部，從而影響電解槽的電流效率，造成能耗過大。因此，雖然各生產企業使用電解液的質量（如海鹽、井礦鹽、湖鹽）、電解槽電解過濾能力不同，其中所雜質含量各有區別，但離子膜法電解系統對電解液的要求基本一致。電解液精制是將電解液中的有害物質通過特定工藝技術除掉，以達到離子膜電解槽的使用要求。

（二）蒸發工段能耗問題

在企業實際的生產過程當中，一次實際的離子膜燒堿過程如下：在電解液精制反應器內加入純堿、燒堿，使電解液中的Ca2+、Mg2+生成沉淀，經過道爾澄清桶沉降分離，再經過砂濾器過濾大量的雜質。一次鹽水經涂有α-纖維素的碳素燒結管過濾器，除去固體懸浮物。Na2SO3加入鹽水中，去除其中的游離氯；配制好的α-纖維素先預涂碳素燒結管，另一部分與鹽水一起加入過濾器，以防止過濾元件堵塞和延長過濾周期，過濾器交替使用，定期反洗。電解過程中通過蒸發過濾雜質，就需要增加大量的加熱和冷卻，但傳統初冷器冷卻一般都采用水池、冷卻塔、水泵及連接管道組成的敞開式冷卻系統，冷卻效果差、能耗高、焦油產量低。

三、能耗問題的解決方法

燒堿行業，離子膜堿比隔膜堿每噸可降低能耗0.41t標準煤，現在我國離子膜堿比例只有30%，如果提高10%，就可節能50萬t標準煤。因此提高燒堿能耗，增加產量是當前我國研發產品的重任。

（一）解決電解液雜質的方法

去除這些雜質離子的技術有很多，近年來采用膜過濾法處理鹽水和SO42-去除技術提高了氯堿企業的整體技術裝備水平，也為高電流密度電解槽的應用打下了良好的基礎。

（1）除銨技術。鹽水中的少量銨，特別是采用摻鹵或全鹵工藝時銨含量更高，在電解槽陽極室內與Cl2反應生成NCl3，而NCl3是一種易爆炸的含氮化合物，它的存在給氯堿生產帶來安全隱患。鹽水除氨技術：粗鹽水進入折流槽，加入一定量的NaClO，在除氨反應槽中完成反應，生成單氯胺，向氨吹除塔通壓縮空氣，單氯胺被空氣帶出系統，鹽水中銨的質量分數小于1×10-6。（2）除碘技術。雖然在市面上有著多種除碘方法，將I-氧化成分子形式，再吸附出來；采用離子膜法燒堿裝置與隔膜法燒堿裝置聯合運行的方式，通過隔膜法燒堿帶出部分碘；通過離子交換樹脂吸附的方式除去碘。但是就成熟程度而言企業可以采用采用離子膜法燒堿裝置與隔膜法燒堿裝置聯合運行的方式，通過隔膜法燒堿帶出部分碘。這樣就可以在一定程度上優化電解液，進而節約成本。（3）新的冷卻技術。除了使用傳統的水冷器之外，企業還可以采用先進的水膜蒸發傳熱技術，將水冷與空冷、傳熱與傳質融為一體，通過管外水膜的蒸發，強化管外傳熱。與傳統初冷器不同的是，蒸發式水冷器是工藝介質走管內，水和空氣走管外，運行水溫低，所以不易堵塞、結垢，保證了設備的平穩安全運行，就可以減少能耗增加企業效益。因此通過各種離子分離技術的支持，就可以提供離子膜燒堿的工藝中的能耗，達到節能效果。

（二）解決設備的問題

使用新型燒堿工藝特點：原理簡單、運行穩定、維修費用低，當然在設備的使用上，操作者必需要對可能發生事故做好安全對策，并制定的措施應能夠完全實施到位，并應與主體裝置同時設計、同時施工、同時投用。這樣才能夠在減少能耗的基礎之上，防止或減少事故的發生。

四、結束語

使用離子膜進行燒堿工藝是未來燒堿工藝的新方向，他相對于其他燒堿工藝來說，具有節能、快速的方式，但是由于我國燒堿工藝起步慢，使用離子膜燒堿還存在著不少問題，在能耗問題上也存在著種種的不足，本文就離子膜燒堿能耗問題進行了初步的探討，主要通過分析燒堿工藝中的電解質和電解設備導致了能耗的問題。

【參考文獻】

[1]程殿彬.離子膜法制燒堿生產技術[M].北京：化學工業出版社，2014.

[2]武漢大學.化學分析.下[M].北京：教育出版社，2017.

[3]徐平，陳關文.分離膜應用與工程案例[M].北京：國防工業出版社，2017.