离子膜烧碱工艺中能耗问题的研究

武鹏飞 李晓磊

内蒙古中谷矿业有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯 016100

摘要 对烧碱工业中最常使用的离子膜法进行了介绍，并分析了离子膜法烧碱制造工艺的特点。对离子膜法烧碱制造工艺流程进行了分析，提出建议。

关键词 离子膜法；烧碱；能耗；生产工艺

1 引言

离子膜法烧碱制造工艺是烧碱生产中最常用的生产工艺，随着该工艺的不断发展，相对于传统烧碱制造工艺，离子膜法具有明显优势，一是离子膜法生产烧碱质量好，二是离子膜法生产烧碱能够根本上避免水质污染，三是离子膜法烧碱制造工艺对工作人员身体危害较小。虽然离子膜法烧碱制造优势突出，但是，该能耗较大，限制了离子膜法烧碱工艺的发展。所以，采取措施降低离子膜法烧碱工艺中的能耗问题，是目前烧碱制造工艺发展的主要方面。

2 离子膜法烧碱工艺优点

离子膜法烧碱工艺是上世纪八十年代发展的最新烧碱制造工艺，相对于传统的烧碱制造工艺，如金属阳极隔膜法烧碱工艺，具有明显的优势。（1）工艺简单易操作。离子膜法烧碱工艺使用高浓度电解液，不需要进行蒸发就能够得到高浓度的烧碱。（2）能耗较低。离子膜法不需要进行蒸发，能够减少该步骤能耗，此外，电解以及水循环工段能耗也会相应减少，从而降低能耗。（3）污染小。离子膜法烧碱工艺中产生的废液以及废气都可以循环使用，几乎不会对环境造成破坏。（4）产品纯度高。离子膜法烧碱工艺能够生产出高品质的产品，其纯度能够满足化纤行业生产的要求。（5）生产设备占地较小。离子膜法烧碱工艺相对于其他烧碱制造工艺装置较少，占地小。（6）生产安全性高。离子膜法烧碱工艺生产灵活稳定，电解槽能够适应大幅度的电流变化，灵活控制生产，此外，离子膜法烧碱工艺操作简便，维护简单，降低了工人的工作强度。

3离子膜烧碱工艺生产流程

3.1 配水

电解食盐水的过程中，食盐水在未进行处理时硫酸根含量大大过量，所以对食盐水在电解前要进行脱除硫酸根处理。未处理的食盐水一般由两部分组成，一部分已经经过自动控制设备的处理，而另一部分是经过硫酸钡处理后的沉淀上清液。除此之外，还包括一部分回收使用的循环水，通过科学的配比，将各部分水调和成最终的电解食盐水。

3.2化盐及盐水精制

食盐水调和完成后，需要进行温度调节，调至合适温度，并且将此食盐水通过电离池的底部逆流导出，与原盐混合。在此食盐水中要缓慢加入氢氧化钠溶液，结合生成氢氧化镁，将有机物除去。完成混合后的食盐水首先进行预处理，将食盐水中的悬浮物处理干净，然后对经过初步处理的食盐水进行再次精制。此后，将经过初步处理的食盐水送入填充有树脂的精制塔中，从而确保食盐水中的离子含量能够满足电解的标准，方便之后的电解操作。

3.3盐水电解

经过以上步骤处理的食盐水已经能够满足电解食盐水的标准，可以经行电解操作，在阳极室中，食盐水经过电解操作能够将食盐水中的氯气分出，完成氯气的操作。之后，食盐水继续送入脱氯泵。在此步骤中，要确保操作环境处在较低温度下，所以，对阳极液首先要经过降温之后才能进行电解操作。

3.4 淡盐水脱氯处理

经过以上步骤操作后能够除去食盐水中的大部分氯气，但是该食盐水中还存在一定量的游离氯，这些氯具有很强的腐蚀性，在电解操作中，会对设备造成极大的损坏，降低设备使用寿命。所以，对食盐水进一步脱氯操作，是电解过程顺利完成的保证，可以使用具有还原性的试剂除去一定量的游离氯。此外，在脱氯过程中会产生大量氯，产生的游离氯不可以随意排放，所以要设计操作对脱氯过程中产生的大量氯循环再次利用，既可以保护环境，还能节省原料与能源。

4 离子膜烧碱工艺中能耗问题措施

在离子膜烧碱工艺中，电解液是造成能耗问题的关键，在实践过程中，在目前的设备条件下，食盐水中的杂质以及设备的损耗是造成能耗大的首要原因，所以，采取措施解决以上两个问题，是降低离子膜烧碱工艺能耗问题的关键。

4.1 离子膜烧碱工艺能耗产生原因

电解液中电耗能的问题：离子膜烧碱工艺能耗过大，一个重要原因就是在对食盐水的电解过程中，由于电解过程的持续进行，杂质含量也会不断增长，尤其是在电解过程中的除碘操作，此操作中，一般工艺是将碘离子与钡离子生成碘酸钡或者高碘酸钡，由于以上两种化合物生成会阻碍硫酸钡的生产，同时也会阻碍吸附剂的吸附作用，这些碘化合物会进入电解槽，进入离子膜内部从而影响电解效率，造成能量损失。所以，在实际生产过程中，虽然每个企业会使用不同质量的电解液，电解槽过滤水平也会有所差异，造成电解液中离子含量也各不相同，但是离子膜烧碱工艺中电解液基本要求是一样的，就是通过特定的操作，将电解液中有害杂质尽量的除去，从而满足离子膜烧碱工艺电解需要。

蒸发工段能耗问题。在企业实际生产过程中，离子膜烧碱工艺的基本操作流程如下：首先将烧碱和纯碱加入到电解液精制反应器中，在反应器中会生成钙、镁沉淀，经过对电解液的沉降分离与过滤操作，能够除去大量的不溶性杂质。然后，初步处理的食盐水流经涂有α-纤维素的碳素烧结管过滤器，除去电解液在的固体悬浮物。将亚硫酸钠加入食盐水除去游离氯。先将已经配置完成的α-纤维素涂抹在碳素烧结管上，另一部分与盐水一起加入过滤器，从而避免过滤元件被堵塞，延长过滤元件的用寿命，此外，过滤器要交替使用，定期反洗。在电解过程中，通常要蒸发除去杂质，所以需要反复的加热以及冷却，传统的冷却操作一般使用敞开式冷却设备，此冷却系统冷却效果较差而且能耗高，但是会产生较少的焦油。

4.2 能耗问题的解决方法

解决电解液杂质的方法。除铵工艺。在食盐水中一般会有少量的铵存在，在电解槽阳极室内会与氯气反应生成易爆的化合物，该化合物的生产会为生产安全带来隐患，所以，在食盐水中首先进行除铵操作，是十分必要的。食盐水首先流入折流槽中，在折流槽中有次氯酸钠的存在，与铵反应会生成单氯胺，然后向塔中吹入压缩空气，单氯胺就会被空气带出体系，避免了电解中易爆化合物的生产。

除碘工艺。除碘工艺多种多样，但是基本思路就是将碘离子氧化成碘分子，再将该分子吸附带出体系。离子膜烧碱工艺中通常是通过隔膜法将碘带出反应体系，使用离子交换树脂吸附除去食盐水中的碘。目前，比较成熟的工艺是通过将离子膜烧碱工艺设备与隔膜法烧碱工艺设备联合，从而除去电解液中的碘。通过此联合操作，能够在一定程度上处理电解液，降低生产成本。

冷却工艺。传统的冷却操作一般使用水冷法，除此之外，目前先进的冷却工艺是使用水膜蒸发传热冷却，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。蒸发式水冷技术具有很多的优势，首先是由于将介质与水、空气分走，使管路不易堵塞结垢，增加了设备的使用寿命，在一定程度上就能够降低生产能耗。

解决设备的问题。离子膜法烧碱工艺相对于传统烧碱生产工艺，具有原理简单、维护方便、运行稳定的优点。但是，目前的离子膜烧碱工艺还不成熟，存在着自动化程度低、α-纤维素成本较高等不足，尤其是设备中砂滤器中的二氧化硅增加了运行成本。在对设备实际操作过程中，要求工作人员对设备运行原理有所了解，并且做好安全预防措施，并且制定完整的安全监控体系。这样才能够在降低离子膜法烧碱工艺能耗的同时，进一步确保设备的稳定安全运行。

5结束语

目前，离子膜法烧碱工艺虽然优势明显，但是依然存在着能耗大等不足，影响氯碱行业的发展。针对目前的烧碱生产工艺，在实际生产中要不断创新操作，改进原有耗能工艺，节约资源，不断提高烧碱生产效率。

参考文献：

[1]周云.对离子膜烧碱工艺中能耗问题探索[J].石河子科技,2016(03):48-49+58.

[2]马俊杰.离子膜烧碱工艺中能耗问题的研究[J].科技资讯,2010(25):109.

作者简介：姓名：武鹏飞（1994.10--）；性别：男，民族：汉，籍贯：宁夏西吉，学历：本科；研究方向：化工。