烧碱生产工艺的改进及指标控制优化

白旭媛

内蒙古中谷矿业有限责任公司  内蒙古自治区鄂尔多斯 016062

摘要：根据影响电解槽耗电量的各项因素，结合实际对比研究离子膜、单元槽及指标控制等方面的影响。通过适时进行设备改进或更换，优化指标控制方案等途径，实现离子膜电解槽运行吨碱电耗降低及年收效益的提升。

关键词：烧碱生产工艺；改进；指标控制优化

1离子膜法烧碱工艺存在问题

离子膜法烧碱生产过程中影响能耗的因素很多。但就目前生产情况，原料杂质多和设备老化引起的能耗问题暂居首位，所以在实际生产中如何减少该类能耗的问题，是企业研发的主要方向。（1）电解液杂质多增加能耗。电解液中很多因素都会影响到耗能问题。另外材料的杂质较多与设备损耗等，同时也是能耗居高不下的一大原因。作为离子膜电解工艺的主要原料，原盐质量对电解产生的影响至关重要。目前使用的离子膜，入槽盐水的Ca2+、Mg2+质量分数要求低于2×10－8。当盐水中的Ca2+、Mg2+含量增加时，电解过程中，Ca2+、Mg2+从阳极侧进入离子膜，与阴极室反渗透过来的OH－反应，形成的Ca(OH)2、Mg(OH)2在离子膜上沉积。随着盐水中Ca2+、Mg2+含量增加，沉积速度加快。这些沉积物以带有大量水分的结晶状态存在，减弱了对OH－反渗透的阻挡作用，进而导致槽电压升高、电流效率下降，电耗增加。虽然很多生产企业采用的电解液品质与电解过滤能力有所不同，所含杂质也不相同，但离子膜法对电解液的要求基本相同。（2）电解装置实际指标控制与设备老化的能耗。在实际生产过程中，各项工艺指标控制根据客户的需求以及装置的要求会有一定的范围，在此范围内进行操作均会达到想要的效果。比如客户要求的32%液碱浓度，一般来说满足大于32%对方都可以使用，但从经济角度考虑浓度并不是越高越好;另外随着装置的投入使用，因生产环境的影响，装置存在着腐蚀与泄漏的问题，这些都是形成生产过程中能耗上涨的原因。

2烧碱生产工艺的改进及指标控制优化

氯碱公司现有电解槽8台，其中烧碱一期装置8台电解槽为R-230A～H。主要研究烧碱一期电解槽运行情况。

2.1电解槽电耗及指标控制

根据分析工艺改进及运行控制等对耗电量的影响，最终根据一期电解槽的运行情况确定如下方案。确定首先对一期电解槽R-230A、B、G，3台运行电压高的电解槽，285片单元槽，3片阴极端槽以及3片阳极端槽进行电极升级改造。采用零极距电解技术，单元槽改造使用旭化成原厂极网，同时对单元槽阴阳极密封面，牺牲阳极等进行检查修复。由于涂层成分升级，能够耐受反向电流，因此取消极化整流器这些附属耗电设备。离子膜超出使用寿命运行，离子膜性能及电流效率降低。反渗OH-增加，加速极网涂层、垫片等损失速率，电压上涨，运行电耗成本增加。另外通过实际生产经验总结，在离子膜使用3.5～4年的末期时间段在电解槽停车后开车时离子膜试漏会出现较大比例的离子膜泄漏。方案根据对离子膜的分析及数据分析结果，更换了离子膜。根据工艺及控制的分析情况，以电解槽为核心，不断优化配套工艺改进措施。对日常控制中的阳极pH，阴极液浓度，槽温及电流等方面完善流程及管理措施，不断提升控制水平，降低电耗上涨速度。对一期电解槽三台电解槽进行的改造，2020年8月18日第一台电解槽R-230B投入运行；9月11日第二台电解槽R-230G投入运行；10月31日最后一台R-230A投入运行。需要说明的是，方案实施单元槽电压降低之后出现了小幅回升，这也符合前述章节中电耗影响因素分析的结论。主要是由于2021年初同一系统中不同运行状态的电解槽实行了电流密度差异化控制，并且槽温为整个阴极系统进行统一调节的，因此这两台电解槽受整个系统影响槽温降低，电压出现小幅上涨。方案实施后电解槽稳定后，本次改造的三台电解槽在运行电流为13.5kA时，平均电压为2.94V，方案实施前为3.2V，电解槽为96个单元，按照交流电转换为直流电的效率为97.5%，工业交流电价0.47元/kWh，年运行时间约8400h进行计算，表1为方案实施前后的对比情况。通过表1中方案实施前后三台电解槽的运行数据对比，可以看到单元槽电压由3.2V将至2.94V，电压降低260mV；吨碱电耗由2234kWh降低为2052kWh，年运行电耗成本降低399万元。改造后取消了极化保护电源，节省了极化整流器电源及应急段电源的带载能力，有利于生产安全顺利开展，也彻底避免了极化整流器联锁程序带来的问题。电解槽R-230A、B、G单元槽电极更新升级后，运行电压降低，进一步降低整体使用成本，效果达到并超出了预期目标。同时通过不断优化指标控制也取得了良好的成效。另外合理的根据不同电解槽状态和供电情况等实行负荷差别化调控，也可以在一定程度上节约可观的电费成本，创造一定的经济效益。

2.2烧碱装置废气及废水处理

无论是废气还是废水都是烧碱生产过程中必然产生的，那么，从安全和创效的角度来讲，针对废氯气及废水处理面临的问题进行研究和解决是非常迫切的。经过运一段时间的试生产，针对运行出现的问题，决定对现有问题进一步完善，以确保装置运行经济、稳定。措施如下：（1）盐酸调节更改为计量泵调节，计量泵采用德国进口，耐久度高，变频与流量呈线性精准调节，调节性能改进。改变盐酸加入点位置为缓冲罐后。经过摸索实验，将pH与计量泵变频组成控制回路，指标控制稳定。（2）简化亚硫酸钠加入流程，改为调节阀单点加入，加入点设置为淡盐水罐后。（3）原有流程为盐水与盐酸混合及换热降温后进入盐水罐，指标控制受到电解影响程度较大。在现有工艺流程的基础上进行改造，将原淡盐水储槽改成盐水缓冲罐，将盐酸及亚硫酸钠调节加入点移至缓冲罐后，配套改变设备与管线流程布置。在很大程度上避免了前系统对指标控制的影响。另外，盐水预处理增加一台活性炭塔用于保护，减少倒换和清理过滤器引起的停车次数。对活性炭过滤器的管道进行改造，用来对活性炭进行正、反洗。活性炭塔顶部设放空阀的作用，以释放塔内不断生成的气体。活性炭塔内部采用椰壳活性炭为填料，在粒度、碘吸附值、比表面积等技术指标有其特定要求。（4）更换精密过滤器，花板采用钛材质花板，开孔依据流量进行测算。透过液接口改进，使用钛管件及软连接替代原有UPVC热熔粘接管件，减少静密封漏点。更换所有膜壳密封圈，确认膜壳与膜管的连接吻合。将原有拷贝林接口实验更换为法兰连接，改善泄漏状况。（5）将所有控制点电缆、卡件等设施引入横河DCS控制系统。相应进行DCS程序组态及联锁设置，避免原有PLC系统传输信号滞后对控制的影响。（6）在透过液低点设置泄压切断阀，用程序计算浓缩液与透过液测压差值。以压差值作为联锁输入端条件，达到某数值，为避免逆向压差影响，执行联锁切断阀打开，保证膜的运行寿命。通过以上流程及设备改进，预处理装置的指标控制更加稳定，并且纳滤膜组件使用寿命，很好的保证了硫酸根脱除效果。

2.3氯气液化方法及工艺改进

原来工艺流程采用高压法进行氯气液化，液环式高压机为主要设备，高压机的液环工作液为浓度为98%浓硫酸。由于压力较高，高压机维修频次高。高压机的运行状态好坏直接影响液氯生产负荷调整，且液环介质工艺处理难度较大，维修费用高昂，为日常生产带来了不少的困扰。为解决以上问题，针对性的调查当前氯气液化设备发展情况后得知低压机组相比高压机而言具有结构紧凑、体积小、生产环境好等优势。另外，氯气液化器为列管式，无中间冷媒、冷损低。压缩机的螺杆容积效率高，单机压缩比高，单机能力大。装置现场原来设置高压机三台，通过分析现有问题及低压机组的优势特性，研究使用低压机组来改善氯气液化工艺。低压机组结构为螺杆式压缩机组，制冷剂为R-22。低压液化机组的作用是将在氯气液化器内蒸发回来的低压制冷剂R-22蒸汽压缩至高压状态，再冷却为高压过冷液体，供氯气液化器使用。从氯气液化机组来的氟利昂液体，由氯气液化器壳体下部流入壳体吸收热量，蒸发后的氟里昂气体经上部回气管被压缩机吸入。重新进行压缩、冷凝、节流、蒸发，不停地将氯气液化为液氯。低压机组的负荷调整主要是通过滑阀的移动改变螺杆的有效工作长度（即改变压缩机阴、阳螺杆齿间工件容积），以达到能量调节的目的。低压机组负荷可在10～100%范围内进行无级调节。

参考文献

[1]彭召臣.氯气液化机组油冷却系统改造[J].氯碱工业,2021,57(6):38-39.

[2]詹意,方宁,王奇.先进过程控制技术在离子膜法烧碱装置上的应用[J].氯碱工业,2019,55(11):42-45.