烧碱生产装置节能减碳措施

烧碱生产装置节能减碳措施

梅东奎

新疆中泰(集团)有限责任公司，新疆乌鲁木齐  830000

摘要：现阶段在大环境影响下，应根据烧碱装置的运行工艺特点，结合企业实际情况，从节约用水、错峰用电以及副产蒸汽的利用等方面进行分析，通过持续不断的实施工艺技术优化措施，实现节能降碳目标。

关键词：烧碱生产；生产装置；节能减碳措施

1烧碱生产流程

烧碱生产系统包含一次盐水精制工序、二次盐水精制工序、电解工序、氯氢处理工序、氯化氢合成工序和蒸发工序。工艺流程简要概括为原盐通过化盐池化盐生成粗盐水，粗盐水中加入烧碱、次氯酸钠、三氯化铁等精制剂后经过预处理器+凯膜、陶瓷膜精制生成一次盐水，生产的一次盐水经盐酸调整pH，指标合格后通过管道送入螯合树脂塔二次精制，进一步除去一次盐水中的钙、镁等金属离子及其他有害杂质，处理后的合格盐水送入离子膜电解槽，在直流电的作用下，电解槽阴极侧产生氢气和烧碱，阳极侧产生氯气，氯气和氢气经过氯氢处理工序冷却除雾、干燥、压缩加压等一系列处理，处理合格的氢气和氯气大部分送入氯化氢合成工段在蒸汽合成炉内燃烧生成氯化氢，冷却降温后供给氯乙烯装置和有机硅装置作为原料使用。电解槽生产的32%液体烧碱一部分通过换热器降温后直接输送至罐区作为产品出售，另一部分进入蒸发系统经一、二、三效降膜蒸发器浓缩为50%浓碱后作为成品出售。梳理整个生产工艺流程，可利用的“废物”资源很多，如合成炉排水、树脂塔再生酸碱废水、烧碱生产过程中的余热、合成炉副产蒸汽、氯化氢冷却输送过程中的冷凝酸等，有效利用生产过程中的“废物”、“废热”，在降低生产成本的同时还可以解决环保问题。

2烧碱生产装置节能减碳措施

2.1合成炉余热的回收利用

氯化氢合成过程中产生的热量大部分通过热水带出，此部分热量用于溴化锂机组制冷，但是未能全部被利用，合成装置热水罐外逸大量的闪蒸蒸汽。这不仅造成能源的浪费，同时影响合成氯化氢装置周围的环境，与氯化氢接触形成酸雾，对工艺管线、设备设施、电器仪表等造成较大影响；特别是在冬季生产过程中外逸的的水蒸气在周围冷凝结冰，造成安全隐患。

对合成炉产生的闪蒸蒸汽分两部分进行处理：一次盐水化盐工序需要热量，因此将一部分送至化盐工序，预热化盐水后又回到合成工序热水罐。一次盐水化盐水升温过程所需热量约为1.95×107kJ/h，需1台流量400m3/h、扬程50m、电动机功率90kW的采暖泵提供动力，采用1台换热面积为230m2的换热器进行换热。蒸汽量约12t/h，考虑冬季合成装置富余热量供暖使用，按6个月计算每年节约蒸汽费用(蒸汽价格按108元/t):12×6×30×24×108≈560万(元)。

2.2树脂塔再生废水的分步利用

现阶段国家逐步加大对水资源的管理控制，生产过程中废水的排放和中水的回收利用，成为可持续发展的瓶颈。在烧碱生产工艺中，一次盐水中的钙、镁离子和其他多价金属离子对离子膜性能损害很大，这些多价金属离子通过化学沉淀并经预处理器和凯膜过滤器处理可减少到一定程度（×10-6数量级）。为保证离子膜电解性能的优质稳定，需要通过离子交换树脂进行二次盐水精制来达到电解槽运行的要求。在此过程中，螯合树脂会吸附盐水中的Ca2+、Mg2+等二价金属离子，随着吸附的进行，树脂的吸附量会达到饱和，失去吸附作用。为确保进槽盐水质量，避免离子膜损坏，需要定期对螯合树脂进行酸碱再生，以保证螯合树脂的离子交换吸附能力。树脂的再生分步进行在酸再生、水洗二、碱再生、水洗三等步骤中会产生酸碱性废水。

深挖烧碱生产工艺各工序的生产需求及潜力，拓展思路，充分发挥集团循环经济模式的优势，通过技术改造尝试将树脂塔再生酸碱废水分步回收利用。利用再生过程中各步骤工艺特性及在线监测手段，对螯合树脂塔碱再生过程中的碱性水回收至电解槽阴极液放净槽，用于一次盐水生产过程中除去镁离子精制剂烧碱溶液配制时使用，降低成品烧碱的消耗；将树脂塔再生过程中产生的酸性废水在烧碱生产系统予以自用。在不增加脱氯系统自用碱耗的前提下，将树脂塔再生过程的酸性废水回收至阳极液放净槽，在脱氯系统中使用，有效降低了废水处理难度，提高了废水的综合利用率。通过酸碱废水分类回收，提高了废水中盐酸、烧碱的利用价值，实现了树脂塔废水零排放的目标。

2.3合成冷凝酸取代高纯盐酸用于电解脱氯及一次盐水凯膜酸洗

氯化氢生产过程中会产生一定量的冷凝酸，改造前冷凝酸通过管道输送至单体车间的副产酸罐，作为工业废酸低价出售。一次盐水精制过程中生成的碳酸钙、氢氧化镁等杂质会附着在凯膜、陶瓷膜的膜管表面，影响膜过滤通量。为确保凯膜、陶瓷膜的正常过滤效率及过滤量，需要定期对凯膜过滤器、陶瓷膜过滤器进行酸洗，除去过滤膜上的钙镁结垢等影响膜过滤效率的杂质。电解脱氯系统需要用盐酸来调节pH值以提高脱氯效率，改造前电解脱氯系统及一次盐水凯膜、陶瓷膜酸洗用酸一直使用价格相对较高的高纯盐酸。通过对回收的冷凝酸进行指标分析，冷凝酸完全可满足电解脱氯系统pH

值调节及一次盐水凯膜、陶瓷膜酸洗用酸指标要求，改造后电解脱氯系统pH值调节及一次盐水凯膜、陶瓷膜酸洗用酸全部使用回收冷凝酸，不再作为废酸处理，降低了生产成本，提高了冷凝酸的附加值。

2.4副产蒸汽优化利用

日常生产中，蒸汽合成炉副产蒸汽的压力控制在0.4MPa左右，所有蒸汽合成炉副产蒸汽通过管道汇聚到蒸汽分配台，通过蒸汽分配台稳定压力后送入聚合车间流化床、烧碱车间一次盐水使用。合成炉点炉初期，蒸汽闪蒸罐压力控制在0.25MPa稳定运行6h，逐步升压至0.4MPa后并入蒸汽分配台。蒸汽压力由0.25MPa升至0.4MPa需要10h以上，此时闪蒸罐所产蒸汽压力低于蒸汽分配台压力，无法并入蒸汽分配台，此部分蒸汽需要放空排至大气，造成严重的浪费。

一次盐水岗位日常生产时使用蒸汽对化盐水、盐泥池升温，达到系统温度要求，但对蒸汽压力要求不高，将蒸汽合成炉点炉初期副产的0.4MPa以下的蒸汽通过管道输送至一次盐水岗位，用于盐水岗位化盐水、盐泥池的日常生产使用。解决满足了盐水岗位日常生产的需求，减少了点炉初期蒸汽的浪费，降低了公司蒸汽的日常采购费用。

2.5蒸发蒸汽冷凝液用于蒸汽合成炉补水

管网来的中压蒸汽经Ⅲ效降膜蒸发器与烧碱换热后变成蒸汽冷凝液进入生蒸汽冷凝液罐，此时蒸汽冷凝液温度约180℃，含有极高大量的热能。为降低蒸发系统的生产能耗，充分利用蒸汽冷凝液的热能，将冷凝水依次送到蒸发系统中各级碱液预热器，换热后，从板换出来的较低温度的冷凝液送至氯化氢合成工序，并入工业用水储罐作为副产蒸汽合成炉补水，生产副产蒸汽。在回收蒸汽冷凝液的热量降低蒸发系统蒸汽单耗的同时又降低了蒸汽合成炉工业用水的消耗。

结论

在烧碱生产过程中将各类能源资源进行阶梯式利用，使生产成本最小化、安全效益最大化，最大限度深挖现有生产装置的潜力，节约降低资源消耗，降低优化生产运行成本已成为烧碱企业可持续发展的重要途径。通过不断总结，优化改进工艺流程、优化操作、创新改造，对生产过程中的各种资源进行有效回用，减少资源浪费，在有效减轻企业环保压力的同时创造了一定的经济效益，助力企业的可持续绿色发展。

参考文献：

[1]肖宪锐.烧碱装置的升级改造[J].氯碱工业，2022，58(8):4-7.

[2]张红霞.烧碱装置扩建优化改造[J].中国氯碱，2023(11):12-14.

[3]肖珂.中国能源管理体系推广及应用的关键影响因素分析[D].济南：山东财经大学，2022.