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【摘 要】烧碱是工业中应用十分广泛的一种生产原料，因此，长期以来，世界各国均采取着多种多样的制备工艺进行烧碱的制备，以应用于多种化学药品的制造，钨、铝等金属的炼制，以及塑料等材料的生产之中。就烧碱产量而言，相比于世界其他各工业生产国，我国烧碱生产总量目前居于世界首位，然而在生产工艺水平方面，国内的烧碱制备技术尚处于相对落后的地位。因此，在保证产量满足生产需求的前提之下，国内必须加大该领域的研发投入，不断加强节能技术的改造和应用，提高生产工艺水平，从而确保烧碱生产效率的不断提升。
【关键词】离子膜法；烧碱生产；节能减排；措施
引言
传统的离子膜烧碱工艺原材料消耗量较大，且制备过程中能耗高，很大程度上制约了制碱过程的长期发展。因此，在旧有的制备工艺基础上，行业内不断进行技术革新，引入了新的生产设备，促进离子膜烧碱工艺的不断完善。
一、离子膜法烧碱生产主要工艺
（一）一次盐水工序
离子膜电解工序来的淡盐水，一部分经澄清桶通过钡法除去部分SO2-4后，与其余部分淡盐水及回收盐水、深井水等一起进入化盐水贮罐，化盐水在化盐桶逆向与盐层接触，获得饱和的粗盐水，粗盐水加入足量的氢氧化钠后进入粗盐水池，反应后的粗盐水用泵打入加压溶气罐，溶气后加入三氯化铁，进入预处理器除去大部分Mg2+的化合物及较大杂质后，进入反应罐，加入足量的碳酸钠，充分反应后自流入HVM膜过滤器，除去Ca2+、Mg2+的化合物及其他机械杂质，加入适量的盐酸及亚硫酸钠调节pH值、除净游离氯后，送至二次盐水精制工序。
（二）二次盐水及制碱工序
来自一次盐水工序的盐水经螯合树脂二次精制后送至精盐水高位槽进入电解槽，盐水在阳极室电解，产生的湿氯气送往氯气处理系统，淡盐水一部分经氯酸盐分解装置除去氯酸盐后与其余部分淡盐水一并进入脱氯塔，脱氯后送至一次盐水工序；阴极液由阴极液高位槽加纯水后进入电解槽，在阴极室电解产生的湿氢气送往氢气处理系统，32%的烧碱一部分去阴极液循环槽，另一部分送至蒸发工序生产高浓碱，其余部分送至烧碱中间槽后，去罐区外销。
（三）蒸发工序
蒸發装置采用瑞典阿法拉伐三效逆流工艺。碱液流程：自离子膜电解工序来的32%烧碱通过上料泵送入Ⅲ效板式蒸发器，蒸发后进入Ⅲ效分离器，浓缩碱液从分离器底部出来，通过送料泵经2个预热器换热后进入Ⅱ效蒸发器；蒸发后进入Ⅱ效分离器，浓缩碱液从分离器底部出来，通过浓缩碱泵再经另2个预热器换热后进入Ⅰ效蒸发器；浓缩碱液从分离器底部出来，通过成品泵经2个预热器进行热回收，再通过成品冷却器冷却后送至高浓碱成品贮罐外销。
蒸汽及冷凝水流程：0.8～1.0MPa的生蒸汽经过减压，作为Ⅰ效蒸发器的加热介质；Ⅰ效蒸发产生的二次蒸汽作为Ⅱ效蒸发器的加热介质，蒸汽冷凝液经2个预热器进行热回收后，靠自身压差送往一次盐水；Ⅱ效蒸发产生的二次蒸汽作为Ⅲ效蒸发器的加热介质，Ⅲ效蒸发产生的气体在板式冷凝器中冷凝后与Ⅲ效蒸发器产生的冷凝液一起通过冷凝液泵送至一次盐水。整个系统通过真空泵维持在较高的真空度下运行。
（四）氯氢处理工序
氯氢处理流程：由电解来的高温湿氯气进入洗涤塔、钛管冷却器、水雾捕集器、干燥塔、酸雾捕集器后进入透平机加压，再分别送至液氯和HCl合成工序；电解来的高温湿氢气经一级冷却器冷却进入氢气压缩机加压，再经二级冷却器冷却及水雾捕集器脱水后送至HCl合成工序或排空；来自透平机的干氯气由氯气高压机组加压，进入液化器液化后去液氯贮槽，然后进行包装，液化尾气送至HCl合成工序。送至合成岗位的氢气经炉前阻火器进入合成炉，与氯氢工序送来的原氯及液化尾气按比例进行燃烧。从合成炉出来的氯化氢经石墨冷却器冷却后送至后续工序生产聚氯乙烯和三氯氢硅，其余部分进入膜吸收器、填料塔制备高纯盐酸。合成炉内产生的低压蒸汽通过蒸汽分配台送往用户。
废氯气处理系统流程：废氯处理系统为常开设备，为保证万无一失，采用2塔串联工艺。来自氯氢、液氯、HCl合成及制碱工序的废氯气及事故氯气进入一级废氯气吸收塔，一级碱液循环槽内的碱液由一级碱液循环泵送至一级废氯气吸收塔，碱液吸收氯气后生成的次氯酸钠循环使用，尾气进入二级废氯气吸收塔，二级碱液循环槽内的碱液由二级碱液循环泵送至二级废氯气吸收塔，尾气由引风机抽出排空，最终产生的高浓度次氯酸钠送至罐区外销。
二、离子膜法烧碱生产节能减排措施
（一）含氯淡盐水回收
（1）生产工艺现状
离子膜电解装置在运行过程中只要出现波动，将导致含氯淡盐水温度、pH值、碱量等指标发生变化。淡盐水中游离氯脱除不掉，将以2种形式存在，第一部分为溶解氯，其溶解量与淡盐水的温度、浓度、溶液上部氯气的分压有关；
第二部分是因为电解中OH-反渗使淡盐水中的OH-增多，从而发生如下反应：Cl2+2OH-→ClO-+Cl-+H2O。游离氯存在于盐水中，会腐蚀盐水精制系统的设备和管道，阻碍一次盐水工序中沉淀物的形成，损害二次盐水工序过滤器的过滤元件和螯合树脂塔中的树脂，危害极大，因此，含氯淡盐水无法送往化盐工序，只能外排，在外排过程中将出现大量氯气外溢，造成环境污染和原盐的大量浪费。
（2）改造方案
鉴于目前工艺现状，将含氯淡盐水回收贮存，进行二次脱氯，在开停车或工艺条件发生变化的情况下，淡盐水中游离氯无法脱除时，先关闭E-110或E-1401处淡盐水进口阀，将含氯淡盐水回收至V-1402C罐内，启动钛风机，打开V-1402C罐顶连通管连接至次纳吸收塔进口处；启动P-1402F，将盐水送至脱氯塔T-310A和T-1601进行二次脱氯。根据装置最初设计能力，T-310A最大负荷为45m3/h；自然系统T-1601最大负荷为80m?/h。在原初生产负荷的基础上，可以根据生产需要增加1/3的负荷，即T-310A正常运行时还可增加流量15m?/h，T-1601正常运行时还可增加流量25m?/h。经过调试，通过泵进出口阀门和变频器调节，盐水流量控制为7m?/h左右，温度控制为70～80℃，液位调节稳定，脱氯效果达到指标。 （3）改造效果
通過改造，从电解槽全年停车统计看，每年由于游离氯无法脱除排放的淡盐水约为3000m?，其饱和度为210kg/m?。因此，每年节约氯化钠约为630t，价值11.4万元。同时，有效降低了含氯淡盐水对环境的影响，避免污水排放超标。
（二）盐泥洗涤
（1）生产工艺现状
原盐中含有SO2-4、Ca2+、Mg2+等离子，需要在1#折流槽加入氯化钡将SO2-4除去，生成硫酸钡沉淀；在3#折流槽加入碳酸钠将Ca2+除去，生成碳酸钙沉淀，Mg2+与盐水中的OH-生成氢氧化镁沉淀。盐泥全部送往渣池，由泥浆泵送往板框压滤机，经板框压滤机压干后的盐泥中氯化钠含量为5.92%，板框压滤机处理后的盐泥全部送往渣场作为废料处理，造成原盐浪费，增加盐泥的处理量和拉运费用。
（2）改造方案
盐泥中氯化钠含量为5.92%，产生的盐泥量为35t/d，即每天有2.072t氯化钠流失，折合98%的原盐为2.114t。按照目前产量408t/d计算，将影响原盐单耗5.18kg/t。采用河水洗涤盐泥的办法，在渣池中增加工业水管线，提高盐泥中氯化钠的溶解量，通过板框压滤机过滤，将可溶性的氯化钠溶解在水中，送至化盐桶进行化盐，而不溶性的碳酸钙、硫酸钡和氢氧化镁则送往渣场进行处理。
（3）改造效果
实施后，每天可以减少盐泥排放量2.072t，每月可以少排放60t，减少盐泥对环境的影响。也可以有效降低盐泥拉运费用。经过洗涤后，盐泥中氯化钠含量从5.92%降至3.23%，有降低原盐单耗2.32kg/t。
（三）生产废水回收利用
（1）生产现状
离子膜电解生产过程中的无机废水主要来自氢气冷凝水、碱性冷凝水、机泵冷却水、检修及地面冲洗水等，经下水管收集后，送至污水处理池，再根据酸、碱废水的pH值加入酸或碱中和，达到排放要求后全部外排。
（2）改造方案
氢气在冷却过程中，由于电解槽电解出的湿氢气的温度为85℃左右，且一级氢气冷却器冷却水的温度为50℃左右，增加送往一次盐水的工艺管线，其热水用作盐水工序化盐，节约蒸汽和工业水消耗。原蒸发工序产生的碱性冷凝水送往盐水工序化盐和离子膜电槽阴极加水，在化盐过程中，充分利用其热质和节约工业水消耗；碱性冷凝水回收做为离子膜电槽阴极加水，节约高纯水消耗。机泵冷却水、检修及地面冲洗水通过地坑泵送往上述淡盐水回收装置的回收罐V-1402C，经P-1402F泵通过脱氯塔T-310A和T-1601送往盐水工序化盐。
（3）改造后经济效益
碱性冷凝水和机泵冷却水每小时水量为45t，每年生产时间按8000h计，每吨水3.15元，每年可节约水费113.4万元；氢气冷凝水和检修及地面冲洗水每小时水量10t，每年生产时间按8000h计，每吨水费3.15元，每年可节约水费25.2万元；合计每年可节约费用138.6万元。
改造前生产过程中氢气冷凝水、碱性冷凝水、机泵冷却水、检修及地面冲洗水经过简单处理达到排放标准后直接排放，不但造成大量水浪费，而且污染环境，严重制约了后续发展。通过改造，生产过程中产生的废水中的70%可回用，不但节约水资源，而且降低生产成本。
结束语
总之，烧碱是当今工业中十分重要的原材料之一，离子膜烧碱生产工艺作为目前国内最为重要的制碱技术，必须实现其不断的完善与改进方能满足日益增长的行业需求。我国目前离子膜烧碱生产工艺仍处于发展的初步阶段，与发达国家差距较大，因此必须不断加强科研投入，培养更多掌握过硬制碱技术的专业人员，最终实现我国制碱工业的不断进步。
参考文献：
[1]钟汨江，聂淼鑫.离子膜法烧碱装置清洁生产中存在的问题及解决办法[J].氯碱工业.2008（11）
[2]赵子梅.浅析离子膜法烧碱生产过程中的危险因素及对策[J].氯碱工业.2008（05）
[3]郭占明，高树斌，代海燕.膜法除硝装置运行常见问题分析[J].氯碱工业.2014（10）
【关键词】离子膜法；烧碱生产；节能减排；措施
引言
传统的离子膜烧碱工艺原材料消耗量较大，且制备过程中能耗高，很大程度上制约了制碱过程的长期发展。因此，在旧有的制备工艺基础上，行业内不断进行技术革新，引入了新的生产设备，促进离子膜烧碱工艺的不断完善。
一、离子膜法烧碱生产主要工艺
（一）一次盐水工序
离子膜电解工序来的淡盐水，一部分经澄清桶通过钡法除去部分SO2-4后，与其余部分淡盐水及回收盐水、深井水等一起进入化盐水贮罐，化盐水在化盐桶逆向与盐层接触，获得饱和的粗盐水，粗盐水加入足量的氢氧化钠后进入粗盐水池，反应后的粗盐水用泵打入加压溶气罐，溶气后加入三氯化铁，进入预处理器除去大部分Mg2+的化合物及较大杂质后，进入反应罐，加入足量的碳酸钠，充分反应后自流入HVM膜过滤器，除去Ca2+、Mg2+的化合物及其他机械杂质，加入适量的盐酸及亚硫酸钠调节pH值、除净游离氯后，送至二次盐水精制工序。
（二）二次盐水及制碱工序
来自一次盐水工序的盐水经螯合树脂二次精制后送至精盐水高位槽进入电解槽，盐水在阳极室电解，产生的湿氯气送往氯气处理系统，淡盐水一部分经氯酸盐分解装置除去氯酸盐后与其余部分淡盐水一并进入脱氯塔，脱氯后送至一次盐水工序；阴极液由阴极液高位槽加纯水后进入电解槽，在阴极室电解产生的湿氢气送往氢气处理系统，32%的烧碱一部分去阴极液循环槽，另一部分送至蒸发工序生产高浓碱，其余部分送至烧碱中间槽后，去罐区外销。
（三）蒸发工序
蒸發装置采用瑞典阿法拉伐三效逆流工艺。碱液流程：自离子膜电解工序来的32%烧碱通过上料泵送入Ⅲ效板式蒸发器，蒸发后进入Ⅲ效分离器，浓缩碱液从分离器底部出来，通过送料泵经2个预热器换热后进入Ⅱ效蒸发器；蒸发后进入Ⅱ效分离器，浓缩碱液从分离器底部出来，通过浓缩碱泵再经另2个预热器换热后进入Ⅰ效蒸发器；浓缩碱液从分离器底部出来，通过成品泵经2个预热器进行热回收，再通过成品冷却器冷却后送至高浓碱成品贮罐外销。
蒸汽及冷凝水流程：0.8～1.0MPa的生蒸汽经过减压，作为Ⅰ效蒸发器的加热介质；Ⅰ效蒸发产生的二次蒸汽作为Ⅱ效蒸发器的加热介质，蒸汽冷凝液经2个预热器进行热回收后，靠自身压差送往一次盐水；Ⅱ效蒸发产生的二次蒸汽作为Ⅲ效蒸发器的加热介质，Ⅲ效蒸发产生的气体在板式冷凝器中冷凝后与Ⅲ效蒸发器产生的冷凝液一起通过冷凝液泵送至一次盐水。整个系统通过真空泵维持在较高的真空度下运行。
（四）氯氢处理工序
氯氢处理流程：由电解来的高温湿氯气进入洗涤塔、钛管冷却器、水雾捕集器、干燥塔、酸雾捕集器后进入透平机加压，再分别送至液氯和HCl合成工序；电解来的高温湿氢气经一级冷却器冷却进入氢气压缩机加压，再经二级冷却器冷却及水雾捕集器脱水后送至HCl合成工序或排空；来自透平机的干氯气由氯气高压机组加压，进入液化器液化后去液氯贮槽，然后进行包装，液化尾气送至HCl合成工序。送至合成岗位的氢气经炉前阻火器进入合成炉，与氯氢工序送来的原氯及液化尾气按比例进行燃烧。从合成炉出来的氯化氢经石墨冷却器冷却后送至后续工序生产聚氯乙烯和三氯氢硅，其余部分进入膜吸收器、填料塔制备高纯盐酸。合成炉内产生的低压蒸汽通过蒸汽分配台送往用户。
废氯气处理系统流程：废氯处理系统为常开设备，为保证万无一失，采用2塔串联工艺。来自氯氢、液氯、HCl合成及制碱工序的废氯气及事故氯气进入一级废氯气吸收塔，一级碱液循环槽内的碱液由一级碱液循环泵送至一级废氯气吸收塔，碱液吸收氯气后生成的次氯酸钠循环使用，尾气进入二级废氯气吸收塔，二级碱液循环槽内的碱液由二级碱液循环泵送至二级废氯气吸收塔，尾气由引风机抽出排空，最终产生的高浓度次氯酸钠送至罐区外销。
二、离子膜法烧碱生产节能减排措施
（一）含氯淡盐水回收
（1）生产工艺现状
离子膜电解装置在运行过程中只要出现波动，将导致含氯淡盐水温度、pH值、碱量等指标发生变化。淡盐水中游离氯脱除不掉，将以2种形式存在，第一部分为溶解氯，其溶解量与淡盐水的温度、浓度、溶液上部氯气的分压有关；
第二部分是因为电解中OH-反渗使淡盐水中的OH-增多，从而发生如下反应：Cl2+2OH-→ClO-+Cl-+H2O。游离氯存在于盐水中，会腐蚀盐水精制系统的设备和管道，阻碍一次盐水工序中沉淀物的形成，损害二次盐水工序过滤器的过滤元件和螯合树脂塔中的树脂，危害极大，因此，含氯淡盐水无法送往化盐工序，只能外排，在外排过程中将出现大量氯气外溢，造成环境污染和原盐的大量浪费。
（2）改造方案
鉴于目前工艺现状，将含氯淡盐水回收贮存，进行二次脱氯，在开停车或工艺条件发生变化的情况下，淡盐水中游离氯无法脱除时，先关闭E-110或E-1401处淡盐水进口阀，将含氯淡盐水回收至V-1402C罐内，启动钛风机，打开V-1402C罐顶连通管连接至次纳吸收塔进口处；启动P-1402F，将盐水送至脱氯塔T-310A和T-1601进行二次脱氯。根据装置最初设计能力，T-310A最大负荷为45m3/h；自然系统T-1601最大负荷为80m?/h。在原初生产负荷的基础上，可以根据生产需要增加1/3的负荷，即T-310A正常运行时还可增加流量15m?/h，T-1601正常运行时还可增加流量25m?/h。经过调试，通过泵进出口阀门和变频器调节，盐水流量控制为7m?/h左右，温度控制为70～80℃，液位调节稳定，脱氯效果达到指标。 （3）改造效果
通過改造，从电解槽全年停车统计看，每年由于游离氯无法脱除排放的淡盐水约为3000m?，其饱和度为210kg/m?。因此，每年节约氯化钠约为630t，价值11.4万元。同时，有效降低了含氯淡盐水对环境的影响，避免污水排放超标。
（二）盐泥洗涤
（1）生产工艺现状
原盐中含有SO2-4、Ca2+、Mg2+等离子，需要在1#折流槽加入氯化钡将SO2-4除去，生成硫酸钡沉淀；在3#折流槽加入碳酸钠将Ca2+除去，生成碳酸钙沉淀，Mg2+与盐水中的OH-生成氢氧化镁沉淀。盐泥全部送往渣池，由泥浆泵送往板框压滤机，经板框压滤机压干后的盐泥中氯化钠含量为5.92%，板框压滤机处理后的盐泥全部送往渣场作为废料处理，造成原盐浪费，增加盐泥的处理量和拉运费用。
（2）改造方案
盐泥中氯化钠含量为5.92%，产生的盐泥量为35t/d，即每天有2.072t氯化钠流失，折合98%的原盐为2.114t。按照目前产量408t/d计算，将影响原盐单耗5.18kg/t。采用河水洗涤盐泥的办法，在渣池中增加工业水管线，提高盐泥中氯化钠的溶解量，通过板框压滤机过滤，将可溶性的氯化钠溶解在水中，送至化盐桶进行化盐，而不溶性的碳酸钙、硫酸钡和氢氧化镁则送往渣场进行处理。
（3）改造效果
实施后，每天可以减少盐泥排放量2.072t，每月可以少排放60t，减少盐泥对环境的影响。也可以有效降低盐泥拉运费用。经过洗涤后，盐泥中氯化钠含量从5.92%降至3.23%，有降低原盐单耗2.32kg/t。
（三）生产废水回收利用
（1）生产现状
离子膜电解生产过程中的无机废水主要来自氢气冷凝水、碱性冷凝水、机泵冷却水、检修及地面冲洗水等，经下水管收集后，送至污水处理池，再根据酸、碱废水的pH值加入酸或碱中和，达到排放要求后全部外排。
（2）改造方案
氢气在冷却过程中，由于电解槽电解出的湿氢气的温度为85℃左右，且一级氢气冷却器冷却水的温度为50℃左右，增加送往一次盐水的工艺管线，其热水用作盐水工序化盐，节约蒸汽和工业水消耗。原蒸发工序产生的碱性冷凝水送往盐水工序化盐和离子膜电槽阴极加水，在化盐过程中，充分利用其热质和节约工业水消耗；碱性冷凝水回收做为离子膜电槽阴极加水，节约高纯水消耗。机泵冷却水、检修及地面冲洗水通过地坑泵送往上述淡盐水回收装置的回收罐V-1402C，经P-1402F泵通过脱氯塔T-310A和T-1601送往盐水工序化盐。
（3）改造后经济效益
碱性冷凝水和机泵冷却水每小时水量为45t，每年生产时间按8000h计，每吨水3.15元，每年可节约水费113.4万元；氢气冷凝水和检修及地面冲洗水每小时水量10t，每年生产时间按8000h计，每吨水费3.15元，每年可节约水费25.2万元；合计每年可节约费用138.6万元。
改造前生产过程中氢气冷凝水、碱性冷凝水、机泵冷却水、检修及地面冲洗水经过简单处理达到排放标准后直接排放，不但造成大量水浪费，而且污染环境，严重制约了后续发展。通过改造，生产过程中产生的废水中的70%可回用，不但节约水资源，而且降低生产成本。
结束语
总之，烧碱是当今工业中十分重要的原材料之一，离子膜烧碱生产工艺作为目前国内最为重要的制碱技术，必须实现其不断的完善与改进方能满足日益增长的行业需求。我国目前离子膜烧碱生产工艺仍处于发展的初步阶段，与发达国家差距较大，因此必须不断加强科研投入，培养更多掌握过硬制碱技术的专业人员，最终实现我国制碱工业的不断进步。
参考文献：
[1]钟汨江，聂淼鑫.离子膜法烧碱装置清洁生产中存在的问题及解决办法[J].氯碱工业.2008（11）
[2]赵子梅.浅析离子膜法烧碱生产过程中的危险因素及对策[J].氯碱工业.2008（05）
[3]郭占明，高树斌，代海燕.膜法除硝装置运行常见问题分析[J].氯碱工业.2014（10）