化工工藝離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能分析

李陽(yáng)

關(guān)鍵詞：化工工藝;離子膜;燒堿生產(chǎn)系統(tǒng);節(jié)能

0 引言

經(jīng)濟(jì)全球化使各行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，以往的粗放式生產(chǎn)模式已然無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求，企業(yè)必須以現(xiàn)有資源為依托，充分研判市場(chǎng)行情與先進(jìn)工藝技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)效益。然而，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，企業(yè)管理人員如何抓準(zhǔn)時(shí)代契機(jī)，結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)，對(duì)離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，使其展現(xiàn)出更為優(yōu)質(zhì)的節(jié)能效果，同時(shí)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，值得我們更為深入地探索。

1 某企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)概況

某化工企業(yè)采用離子膜法生產(chǎn)燒堿，年生產(chǎn)能力12萬(wàn)t，其中一期6萬(wàn)t每年裝置于2010年投產(chǎn)，二期6萬(wàn)t每年裝置于2016年投產(chǎn)。2018年開(kāi)始，該企業(yè)針對(duì)生產(chǎn)裝置中所配置的自然循環(huán)復(fù)極型離子膜電解槽，相繼采取單元電解槽數(shù)量增加、清洗裝置安裝、燒堿高位槽高度提升等措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其電解裝置電量消耗的縮減。近幾年來(lái)，該企業(yè)積極引入先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，同時(shí)結(jié)合自身所應(yīng)用設(shè)備特征，針對(duì)離子膜法燒堿設(shè)備開(kāi)展了全方位節(jié)能改造，整體效果非常顯著，達(dá)到了節(jié)能減耗，提高生產(chǎn)效益的目的。

2 化工工藝離子膜燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能改造措施

若想實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，必須從企業(yè)既有生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，以社會(huì)需求為導(dǎo)向，通過(guò)設(shè)備與工藝技術(shù)創(chuàng)新拉動(dòng)產(chǎn)能優(yōu)化。在實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合本文所述化工廠實(shí)際，企業(yè)管理人員主要分別從以下五個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有設(shè)施和工藝進(jìn)行了升級(jí)改造：

2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)升級(jí)

該企業(yè)燒堿生產(chǎn)裝置當(dāng)中的冷卻塔以往由380V低壓電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，此電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流約為180A，功率因數(shù)為0.9，而運(yùn)行功率則為1.732*380*180*0.9÷1000=106.6kW。此冷卻塔一般在每年的4-10月份運(yùn)行，運(yùn)行天數(shù)約為214天，其年耗電量約為106.6*214*24=547500kW·h。

經(jīng)過(guò)對(duì)比論證，該化工企業(yè)與當(dāng)?shù)毓?jié)能服務(wù)公司達(dá)成合作，對(duì)此冷卻塔進(jìn)行升級(jí)改造，使用循環(huán)冷卻水回水作為對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，使電動(dòng)機(jī)處于完全停運(yùn)狀態(tài)，因此其年節(jié)電量達(dá)到547500kW·h。此項(xiàng)目由所合作節(jié)能服務(wù)公司進(jìn)行全額投資，約定效益分成期限為4年，待期滿(mǎn)之后，其中所涉及到的各類(lèi)節(jié)能設(shè)施均歸該化工企業(yè)所有。

2.2 以膜法脫硝代替鋇法脫硝

2.2.1 鋇法脫硝技術(shù)

該化工企業(yè)燒堿生產(chǎn)裝置原來(lái)主要應(yīng)用鋇法脫硝技術(shù)進(jìn)行處理，其主要原理為：鋇離子和硫酸根離子結(jié)合獲得硫酸鋇沉淀，隨后經(jīng)過(guò)澄清處理去除其中的固體。這種處理方法的優(yōu)點(diǎn)在于：適合對(duì)任意含量范圍硫酸根離子的去除，而且所應(yīng)用設(shè)備投資較小，實(shí)際操作過(guò)程簡(jiǎn)單。而缺點(diǎn)在于：氯化鋇屬于劇毒物，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程副產(chǎn)物和氯化鋇包裝物進(jìn)行回收的難度較大，工作人員如果長(zhǎng)期與氯化鋇溶液接觸會(huì)直接威脅其身體健康。生產(chǎn)工藝運(yùn)行費(fèi)用較高，該企業(yè)12萬(wàn)t每年生產(chǎn)裝置的氯化鋇單耗約為27kg/t，每年需消耗氯化鋇量約為3240t。除此之外，鹽水當(dāng)中的鋇離子會(huì)對(duì)離子膜形成污染，更換頻率較高。

2.2.2 膜法脫硝技術(shù)

該處理工藝實(shí)際上屬于膜濃縮+冷凍脫硝，并應(yīng)用高分子納濾膜結(jié)合物理方式完成對(duì)硫酸根離子的分離。在讓濃水當(dāng)中硫酸根離子濃度達(dá)到50g/L之后，對(duì)濃硝鹽水進(jìn)行冷凍處理，讓硫酸鈉形成結(jié)晶并析出，經(jīng)過(guò)離子分類(lèi)，在鹽水系統(tǒng)中將結(jié)晶濾除。這一處理工藝的主要優(yōu)勢(shì)在于：①無(wú)毒無(wú)害。由于在應(yīng)用此工藝進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中不會(huì)應(yīng)用到精制劑，所以鹽水系統(tǒng)并不會(huì)產(chǎn)出對(duì)離子膜形成危害的一些雜質(zhì)離子;②排放低（幾乎可達(dá)到零排放）。其生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物芒硝純度非常高，可將其作為一種產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)售，并且此過(guò)程沒(méi)有廢液和廢渣排出;③長(zhǎng)期處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際消耗較低。工藝配置的合理化能夠在很大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硝工程所產(chǎn)生冷量的回收，以縮減冷凍脫硝過(guò)程當(dāng)中由于設(shè)備堵塞對(duì)正常生產(chǎn)活動(dòng)的影響;④應(yīng)用PLC進(jìn)行全自動(dòng)控制，需要的工作人員數(shù)量較少，而且運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性高。

對(duì)兩種處理技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型比選，膜法脫硝技術(shù)每年所需資金投入更小，節(jié)能效果更好。

2.3 氯氣液化機(jī)組升級(jí)

該化工企業(yè)化學(xué)氯氣液化以往應(yīng)用6臺(tái)國(guó)產(chǎn)的氟利昂液化機(jī)組，其單臺(tái)產(chǎn)能約為2萬(wàn)t每年，其中四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，兩臺(tái)備用。由于該機(jī)組運(yùn)行應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備已然較為陳舊，實(shí)際制冷效率低，耗電量高，而且故障問(wèn)題頻發(fā)，運(yùn)行維修費(fèi)用高。企業(yè)管理人員經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，同行業(yè)企業(yè)大都應(yīng)用性能更高的氯氣液化機(jī)組，其實(shí)際制冷效率更高，并且采取自動(dòng)化控制模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并不需要配置人員進(jìn)行管理，不但減少了由于人為操作失誤而引發(fā)的事故問(wèn)題，確保生產(chǎn)運(yùn)行的安全性，同時(shí)還降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，其實(shí)際所需運(yùn)行維修費(fèi)用大幅降低。經(jīng)過(guò)論證分析，企業(yè)決定購(gòu)置1臺(tái)10萬(wàn)t每年液化能力的高性能機(jī)組，對(duì)原有液化機(jī)組進(jìn)行替代。這一舉措不僅節(jié)約了生產(chǎn)用電量，也降低了氟利昂消耗與維修費(fèi)用投入。

2.4 氯化氫合成余熱回收利用

該化工企業(yè)目前對(duì)氯化氫合成熱主要利用循環(huán)水進(jìn)行降溫吸收的處理方式，氯化氫合成熱并沒(méi)有得到科學(xué)利用。經(jīng)過(guò)考察之后發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成爐的相關(guān)技術(shù)已然較為成熟，其節(jié)能效益非?？捎^，企業(yè)管理層決定購(gòu)置1臺(tái)31%濃度鹽酸每日生產(chǎn)能力為90t的副產(chǎn)蒸汽合成爐，將蒸汽用于氯酸鹽分解以及淡鹽水加熱，并配置閃蒸罐、降膜吸收器以及尾氣吸收塔等設(shè)備。按照該化工企業(yè)目前每天43t的鹽酸產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，每天可以產(chǎn)出副產(chǎn)蒸汽9t，全年約3000t，并且能使循環(huán)冷卻水泵降低約30%的負(fù)荷，實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益可觀。

2.5 化鹽系統(tǒng)升級(jí)

企業(yè)離子膜燒堿裝置中所配置的一次鹽水工序化鹽桶經(jīng)過(guò)十余年的應(yīng)用，已經(jīng)呈現(xiàn)出比較嚴(yán)重的泄漏情況。經(jīng)考察發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用地下化鹽池進(jìn)行化鹽處理具有產(chǎn)能更大、清泥過(guò)程便利、投資較小、維護(hù)費(fèi)用較低以及可以依據(jù)市場(chǎng)變化采用優(yōu)質(zhì)精制鹽等特征。就節(jié)能降耗以及運(yùn)行管理兩方面來(lái)說(shuō)，采取化鹽池具備以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①能夠減少對(duì)1臺(tái)粗鹽水輸送泵的應(yīng)用，其額定功率是55kW，每年能夠節(jié)約電能40萬(wàn)kW·h;②實(shí)際維修費(fèi)用投入幾乎為零;③能夠在很大程度上降低以人工形式挖鹽泥過(guò)程的勞動(dòng)投入，繼而縮減挖鹽泥所需費(fèi)用;④為將精制鹽當(dāng)作生產(chǎn)原料創(chuàng)造了有利條件，因此在原鹽采購(gòu)方面又多出一條選擇渠道。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，對(duì)自身工藝技術(shù)的持續(xù)升級(jí)改造已經(jīng)成為新時(shí)代對(duì)化工企業(yè)的必然要求，必須要勇于拋棄陳舊、低效的設(shè)備與生產(chǎn)工藝，以技術(shù)創(chuàng)新帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)注入源源不斷的活力。

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