離子膜法制燒堿的生產工藝Word 文檔

1、離子膜法制燒堿的生產工藝摘要：離子膜法制燒堿是燒堿生產工藝的常用制法之一。本文著重介紹了離子膜法制燒堿的生產工藝過程中的離子膜法堿液蒸發(fā)的特點影響堿液蒸發(fā)的因素。簡介離子膜法電解制堿是世界上工業(yè)化生產燒堿當中最先進的工藝方法，具有能耗低、三廢污染少、成本低及操作管理方便等優(yōu)點。副產的氯氣和氫氣，可以合成鹽酸，或深加工氯下游產品如PVC、有機硅及甲烷氯化物等。燒堿廣泛用于造紙、紡織、印染、搪瓷、醫(yī)藥、染料、農藥、制革、石油精煉、動植物油脂加工、橡膠、輕工等工業(yè)部門，也用于氧化鋁的提取和金屬制品的加工。主要原理離子膜燒堿就是采用離子交換膜法電解食鹽水而制成燒堿（即氫氧化鈉），其主要原理是因為使用的

2、陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H、Na+通過，而Cl、OH和兩極產物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產物Cl2和陰極產物H2相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產物NaOH反應而生成NaClO影響燒堿純度的作用。   生產工藝  氯堿工業(yè)的主要原料：飽和食鹽水，但由于粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等雜質，遠不能達到電解要求，因此必須經過提純精制。  離子交換膜法電解制堿的主要生產流程 精制的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶

3、液）加入陰極室，通電后H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室導入的陰極液中含有NaOH；Cl則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水則從陽極室導出，經添加食鹽增加濃度后可循環(huán)利用。 陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發(fā)生反應為2H+2e=H2；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。離子膜法制燒堿的工藝特點1.離子膜法堿液蒸發(fā)的特點（1）流程簡單，簡化設備，易于操作由于離子膜堿液僅含有極微量的鹽，所以，在其整個蒸發(fā)濃縮過程中，即使是生產99%

4、的固堿，也無須除鹽。這就是極大的簡化了流程設備，即隔膜堿蒸發(fā)必須有的除鹽的設備及工藝工程都被取消，而且，由于在蒸發(fā)過程中沒有鹽的析出，也就很難發(fā)生管道阻塞，系統(tǒng)打水問題，使操作輕易進行。（2）濃度高，蒸發(fā)水量少，蒸汽消耗低離子膜法堿液的濃度高，一般在30%33%，比隔膜法堿液的10%11%要高很大，因而大量的減少了濃縮所用的蒸汽。若以32%的堿液為例，假如產品的濃度為50%，則每噸50%的成品堿需蒸出水量為：而隔膜法電解堿液若同樣濃縮到50%，則一般要蒸出6.5t的水量。也就是說，濃縮到同樣的50%，離子膜堿液蒸發(fā)比隔膜堿液蒸發(fā)少蒸出約5.4t水。由于蒸發(fā)水量的減少，蒸汽消耗就大幅度下降。以雙

5、效流程為例，一般僅耗汽0.730.78t/t，另外蒸汽的空間也相應的減少，使設備的投資也相應的降低。2影響堿液蒸發(fā)的因素（1）生蒸汽壓力蒸汽是堿液蒸發(fā)中的主要熱源，生蒸汽的壓力高低對蒸發(fā)能力有很大的影響。通常較高的一次蒸汽壓力，使系統(tǒng)獲得較大的溫差，單位時間所傳遞的熱量也相應的增加，因而也使裝備具有較大的生產能力。當然，蒸汽壓力也不能過高，因為過高的蒸汽壓力輕易使加熱管內堿液溫度上升過高，造成液體的沸騰，形成汽膜，降低了傳熱系數(shù)，反而使裝備能力受到影響。同樣，蒸汽壓力偏低，經過加熱器的堿液不能達到需要的溫度，減少了單位時間內的蒸發(fā)量，使蒸發(fā)強度降低。因此，選擇適宜的蒸汽壓力是保證蒸發(fā)強度的重要

6、因素。另外，保持蒸汽的飽和度也是至關重要的。因為，飽和蒸汽冷凝潛熱是其可提供的最大熱量；再則，保持蒸汽壓力的穩(wěn)定也是保持操作的主要因素之一，因為，加熱蒸汽壓力的波動，就會使蒸發(fā)過程很不穩(wěn)定，從而直接影響了進出口物料的濃度、溫度，甚至影響液面、真空度、產品質量等。（2）蒸發(fā)器的液位控制在循環(huán)蒸發(fā)器的蒸發(fā)過程中，維持恒定的蒸發(fā)器液位是穩(wěn)定操作的必要條件。因為液位高度的變化，會造成靜壓頭的變化，使蒸發(fā)過程變的極不穩(wěn)定，液位高度低，蒸發(fā)及閃蒸劇烈，夾帶嚴重，使大氣冷凝器下水帶堿，甚至跑堿；液位過高，會使蒸發(fā)量減小，進加熱室的料液溫度增高，降低了傳熱有效溫差，另外也降低了循環(huán)速度，最終導致蒸發(fā)能力下降。

7、因此，穩(wěn)定液位是提高循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)能力，降低堿損失，降低汽耗的重要環(huán)節(jié)。（3）真空度真空度是蒸發(fā)過程中生產控制的一個重要的控制指標，它是在現(xiàn)有裝置中挖掘，提高蒸發(fā)能力的重要途徑，也是降低汽耗的重要途徑。因為真空度的提高，將使二次蒸汽的飽和溫度降低，從而提高了有效溫度差，除外，也降低了蒸汽冷凝水的溫度，因而也就更充分的利用了熱源，使蒸汽消耗降低。真空度的高低與大氣冷凝器的下水溫度有關，也與二次蒸汽中的不凝氣含量有關。所以，提高真空度的途徑之一是降低大氣冷凝器下水溫度，即降低其飽和蒸汽壓，但水溫過低，耗水量過大，會造成成本升高。一般控制水溫在2840。提高真空度的另一途徑就是最大限度的排除不凝氣體

8、。通常的辦法是：采用機械真空泵；采用蒸汽噴射泵；采用水噴射泵。這三種辦法中以、較佳，方法因為受水壓力的影響，很難獲得較高的真空度。（4）電解堿液濃度與溫度由于離子膜電解堿液的濃度較高，所以對其濃縮蒸發(fā)非常有利，其汽耗遠比隔膜法低。我國從國外各公司引進的離子膜裝置的電解堿液濃度略有差異，在30%35%之間。但實際上除日本旭化成等少數(shù)公司外，大部分公司離子膜電解堿液都控制在32%33%之間。另外，盡管電解槽流出堿液溫度都在8590，但許多工廠，由于電解工序與蒸發(fā)工序不在一起，中間經常設有中間貯罐，這樣，使實際進入蒸發(fā)器的堿液溫度下降，從而增加了能源消耗。（5）蒸發(fā)完成液濃度按照市場要求的商品規(guī)格，

9、嚴格控制蒸發(fā)的完成液濃度，是在保證產品質量指標的前提下，減少蒸汽消耗的手段之一，同時也可以適當?shù)慕档透邼鈮A對設備的腐蝕。通常，國內的產品為42%、45%、50%三種。（6）蒸發(fā)器的效數(shù)如前所述，蒸發(fā)器的效數(shù)是決定蒸汽消耗量的最要因素之一。采用多效蒸發(fā)是降低蒸發(fā)蒸汽消耗的最要途徑，但是它受到設備投資的約束。在離子膜電解堿液蒸發(fā)中，目前經常采用的是雙效流程。但是，隨著能源價格的不斷上漲，將會有愈來愈多的企業(yè)選擇三效蒸發(fā)的工藝流程。（7）蒸汽分離器汽液分離器也稱疏水器，是蒸發(fā)過程的一種輔助設備，往往被人忽視，但其性能的好壞，即對蒸發(fā)汽耗產生相當大的影響。在蒸發(fā)過程中，大量蒸汽在加熱器內冷凝，需要及時

10、排除，否則，不但阻礙傳熱，而且還會造成水錘，影響安全生產。而使凝水能順利排除，又不帶走蒸汽的設備就是汽液分離器。汽液分離器性能的好壞，不僅僅影響蒸發(fā)器能力的發(fā)揮和正常使用，也直接與蒸汽消耗的高低有關，因為汽液分離器分離不好，跑汽、漏汽現(xiàn)象經常發(fā)生，造成大量蒸汽的流失，使汽耗升高，相反，汽液分離很好，但凝水排放不暢，將直接影響蒸發(fā)能力和安全。所以設計選用合適的汽液分離器是不容忽視的問題，目前，常用的汽液分離器型式有：偏心熱動式、浮子桿式、液面自控式三種，用于蒸發(fā)裝置中一般用后兩種。本設計選用液面自控式。（8）熱損失蒸發(fā)過程是一個傳熱過程，因此，不可避免會有熱的損失。這種熱損失只要是通過系統(tǒng)內設備

11、和管道的表面向外界散發(fā)熱量以及蒸汽等物料能沒有充分的被利用就排除而造成的熱損失。通常，前者約占供入熱量的2%5%，后者則占10%20%甚至更多。因此，一方面選擇優(yōu)質價廉的保溫材料減少散熱損失，另一方面，最充分有效的利用介入蒸發(fā)系統(tǒng)的所有熱物料的能量，最大限度的加以利用，減少流失，使排除系統(tǒng)的各種物料帶走最小的熱量，這些都是降低蒸汽消耗的重要途徑。發(fā)展現(xiàn)狀、面臨問題及解決辦法1.發(fā)展現(xiàn)狀我國離子膜法燒堿發(fā)展十分迅速，徹底淘汰了水銀法燒堿和部分石墨陽極隔膜法燒堿，大大提升和優(yōu)化了我國氯堿工業(yè)的產品結構，促進了相關工業(yè)的迅速發(fā)展。目前，世界上能生產離子交換膜法氯堿電解槽的7個生產廠其中包括北京化工機

12、械廠生產的電解槽在國內均有使用廠家，代表當前離子膜法最先進水平的高電流密度、低電流消耗、大單元面積、自然循環(huán)工藝的電解槽在我國已有企業(yè)采用。目前，國內離子膜法燒堿生產廠家全國共86家，產能排前4名的企業(yè)離子膜法燒堿產能均超過了20萬噸/年，2005年底前還有3家企業(yè)的離子膜法燒堿產能達到或超過20萬噸/年。據(jù)統(tǒng)計，在2005年底前投產的142.5萬噸/年裝置中有112.5萬噸/年采用離子膜法，到2005年底，國內離子膜法燒堿達產裝置能力達到794.7萬噸/年，占總產能的49.34%。而到2006年，隨著又一批新建、擴建氯堿裝置的投產，國內離子膜法燒堿不僅在生產能力上將超過隔膜法燒堿，而且產量也

13、將超過隔膜法燒堿。今年以來，有關離子膜燒堿項目評審開工投產的消息頻頻見諸報端：2月，沙隆達年產5萬噸離子膜燒堿通過評審；5月，東明石化集團15萬噸/年離子膜燒堿項目建設進入實質階段，計劃在2006年底建成投產；6月，焦作昊華年產10萬噸離子膜燒堿項目開工；二季度，上海天原的36萬噸年新裝置投產后，其燒堿年產規(guī)模達到76萬噸；8月，唐山三友集團年產30萬噸燒堿一期工程試生產;10月，山東東營市化工廠二期12萬噸離子膜燒堿項目一次性送電成功，順利投產據(jù)統(tǒng)計，僅今年上半年，全國燒堿總產量為717.83萬噸，同比增長20%。其中，離子膜燒堿產量為218.58萬噸，同比增長35%。種種跡象表明，離子膜燒

14、堿行業(yè)目前正在掀起新一輪的投資熱潮，我國也無可爭議地成為世界第一大燒堿生產國，不少企業(yè)已經樂觀地等待著接下來賺個缽滿盆盈了。2.面臨問題（1）伴隨著大批新建、擴建氯堿裝置投產，預計未來燒堿供大于求的局面難以逆轉，產能過剩必然引發(fā)市場的無序競爭，價格也會波動較大，將逐漸形成倒U 型的走勢。（2）由于與世界發(fā)達國家的先進水平尚有一定差距，國內離子膜燒堿行業(yè)在某種程度上存在著“使用超前，研發(fā)滯后”的問題。 目前國內離子膜法燒堿擴能速度過快，規(guī)劃存在盲目性。得益于下游產品的市場行情好和因企業(yè)缺鹽、缺電限產造成的供不足需，但國內燒堿市場出現(xiàn)了近幾年少有的火爆行情，其中離子膜法燒堿企業(yè)

15、的規(guī)模也呈現(xiàn)飛速增長的趨勢。但是隨著大批新建、擴建裝置的投產，燒堿下游產品及離子膜法副產品利用技術的發(fā)展速度跟不上，這種行情將不復存在。一些企業(yè)，特別是新建裝置的企業(yè)，對上、下游市場及競爭環(huán)境缺乏長遠、全面的分析，新增如此多的裝置將使原本已過剩的燒堿市場更加不堪重負。（3）特別值得一提的是，擴能速度如此之快，而所用離子交換膜卻全部要依靠進口。離子交換膜是離子膜法燒堿的核心要素之一，目前，我國已建成投產的離子膜法燒堿裝置所用離子交換膜仍全部依靠進口，且價格昂貴。進口離子膜按800美元/平方米計，平均2.5年為一更換周期，大約每年需要購膜費用折合人民幣約2.756億元，不但增加了離子膜法燒堿的生產

16、成本，而且受制于人。   （4）裝置連續(xù)運行時間短，離子交換膜使用壽命不夠長。我國采用離子膜法電解技術裝置(無論是國外引進技術，還是國產化技術)已近20年，除少數(shù)幾家技術水平、管理水平較高的企業(yè)之外，能夠連續(xù)運行3個月以上的裝置很少，各裝置全年計劃外停車次數(shù)少則幾次，多則十幾次，甚至達數(shù)十次。而國外發(fā)達國家先進水平的企業(yè)大多計劃外停車全年只有二三次。同樣的電槽，同樣的膜，同樣的電解工藝，我國的膜壽命一般只有24年，平均2.5 年，而國外的膜壽命可達36年，甚至更長。我國計劃外故障停車次數(shù)每年如能保持在二三次，則離子交換膜壽命有望超過4年。 （5

17、）耗高于國外先進水平。我國離子膜法燒堿的平均電耗2286kW·h/t，與國外先進水平相差17%43%。2000年，我國離子膜法制高純燒堿的蒸汽消耗平均為0.67噸(折標煤95.7千克)。有些廠家未經蒸發(fā)而直接按30%液堿出售，而日本的蒸汽消耗只有0.343噸(折標準煤49千克)，綜合能耗國內平均水平比國外高31%左右。鹽耗也遠高于國外先進水平。國外離子膜法燒堿的鹽耗一般在1.5噸以下，國內鹽耗一般在1.551.60噸，甚至有些廠高達1.671.76噸，相差50千克左右 （6）另外，國家加強環(huán)保治理力度，制約氯堿企業(yè)的發(fā)展。近幾年，國家對環(huán)保治理投入較大，氯堿企業(yè)在治理污染方面投入資金力度不斷加大，有許多企業(yè)面臨搬遷的難題。盡管氧化鋁、化纖、造紙、輕工、制藥、冶金選礦等行業(yè)也在快速發(fā)展，但其對燒堿需求總量的提高速度要低于燒堿產量提高的速度。離子膜燒堿擴容過快，將使供大于求的矛盾難以緩解。3.解決辦法專家建議，國家要高度重視，下大力量自主研發(fā)或花費大量外匯直接引進國外先進制膜生產技術和裝置，組織強大的