陳敏(湖南化工設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

0 引言

近年來市場(chǎng)對(duì)于化工產(chǎn)品的需求量越來越大，燒堿、氯氣等作為基礎(chǔ)大宗化工原料用量也在穩(wěn)步增長(zhǎng)。各大氯堿企業(yè)紛紛加大了投資擴(kuò)建產(chǎn)能，目前國(guó)內(nèi)氯堿企業(yè)總體產(chǎn)能過剩，氯堿產(chǎn)品的質(zhì)量和性能差異較小，企業(yè)間同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)日趨加劇，企業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力越來越大，一些企業(yè)虧損嚴(yán)重。

為了更好地生存和發(fā)展，氯堿行業(yè)積極順應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向，緊跟市場(chǎng)需求，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。除了通過科技創(chuàng)新增加新產(chǎn)品外，提高能效、降低能耗也是氯堿企業(yè)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

從現(xiàn)階段我國(guó)化工市場(chǎng)的整體發(fā)展形勢(shì)來看，多數(shù)氯堿生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到了其生產(chǎn)中存在的主要問題，開始結(jié)合實(shí)際情況，不斷對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，在企業(yè)生產(chǎn)過程中，不斷主動(dòng)進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)的研究。過去一段時(shí)間氯堿生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行資源配置時(shí)，主要是以擴(kuò)大規(guī)模為核心，然后再結(jié)合實(shí)際情況對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行合理調(diào)整。而目前我國(guó)多數(shù)氯堿生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始探尋新型的循環(huán)節(jié)能模式，比如一體化的循環(huán)節(jié)能模式，目的是在保證企業(yè)生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。文章將結(jié)合實(shí)際情況介紹幾種目前我國(guó)氯堿生產(chǎn)企業(yè)中普遍應(yīng)用的節(jié)能降耗技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 氯堿工業(yè)節(jié)能降耗的必要性分析

氯堿工業(yè)是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，其產(chǎn)品應(yīng)用范圍相對(duì)較廣，不僅是化工行業(yè)的基礎(chǔ)原材料，還廣泛應(yīng)用于建材、交通、電氣、冶金、紡織、食品、包裝、日用化工等及諸多領(lǐng)域。因此，可以說氯堿工業(yè)在我國(guó)社會(huì)發(fā)展過程中起到至關(guān)重要的作用。雖然相對(duì)于部分西方發(fā)達(dá)國(guó)家來說，我國(guó)現(xiàn)代化氯堿工業(yè)起步相對(duì)較晚，但是氯堿工業(yè)在我國(guó)的發(fā)展也已經(jīng)歷經(jīng)了上百年，其主要采用隔膜法以及離子交換膜法兩種生產(chǎn)工藝[2]。從現(xiàn)階段的整體技術(shù)來看，雖然這兩種工藝的性質(zhì)不同，但都是需要通過電解進(jìn)行，因此氯堿工業(yè)的生產(chǎn)需要消耗大量電能。氯堿行業(yè)不但耗能高，在實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中也會(huì)消耗大量的物資，且會(huì)造成環(huán)境污染[3]。

節(jié)能減排發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了現(xiàn)階段我國(guó)全社會(huì)所關(guān)注的焦點(diǎn)，也是我國(guó)政府相關(guān)部門大力倡導(dǎo)的發(fā)展方式，氯堿行業(yè)作為高能耗高污染行業(yè)，其在發(fā)展過程當(dāng)中必須積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)措施，在保證生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)之上，推行清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，同時(shí)還需要降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)收益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[4]。從現(xiàn)階段的氯堿行業(yè)整體發(fā)展形勢(shì)來看，其主要的發(fā)展目標(biāo)就是在安全環(huán)保的雙重壓力下提升經(jīng)濟(jì)收益，這需要管理階層具有一定的市場(chǎng)敏銳度以及宏觀觀察力，用發(fā)展的眼光去看待氯堿行業(yè)的整體發(fā)展趨勢(shì)，并綜合考慮各企業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，提出具有規(guī)模性的系統(tǒng)的企業(yè)發(fā)展模式，保證其具有一定的針對(duì)性以及可行性。氯堿企業(yè)在企業(yè)實(shí)際發(fā)展過程當(dāng)中，需要對(duì)于水資源、電資源以及蒸汽能耗等資源進(jìn)行節(jié)約，不斷結(jié)合實(shí)際情況，創(chuàng)新相應(yīng)技術(shù)，使有限的資源發(fā)揮出更大的價(jià)值，進(jìn)而提高資源利用率。

2 氯堿生產(chǎn)中的節(jié)能降耗技術(shù)

2.1 濕氯氣熱量回收

(1)技術(shù)背景。濕氯氣從電解槽內(nèi)出來后，其溫度較高，達(dá)到80～90 ℃，不宜直接進(jìn)入下一工序，因此需要對(duì)其進(jìn)行降溫處理。而過濾鹽水由于其來自一次鹽水工序，因此溫度相對(duì)較低，需要采取相應(yīng)措施對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，然后進(jìn)入電解槽。可以通過將濕氯氣與過濾鹽水進(jìn)行換熱的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)濕氯氣的降溫以及對(duì)過濾鹽水的預(yù)熱。

(2)工藝簡(jiǎn)介。為一次鹽水工序送來的過濾鹽水能夠與濕氯氣進(jìn)行換熱，需要在氯氣主管電解出口處設(shè)置一臺(tái)肽列管換熱器。過濾鹽水與濕氯氣在肽列管換熱器內(nèi)進(jìn)行逆流換熱，其中過濾鹽水走殼程低進(jìn)高出，濕氯氣走管程高進(jìn)低出。

2.2 膜脫硝濃縮液中氯化鈉的回收

(1)技術(shù)背景。我國(guó)傳統(tǒng)氯堿企業(yè)在生產(chǎn)過程中采用的是鋇法除硝，不但運(yùn)行費(fèi)用高且對(duì)環(huán)境的破壞較為嚴(yán)重，因此目前我國(guó)多數(shù)氯堿企業(yè)已經(jīng)摒棄了這種方式，使用膜法脫硝裝置。該膜對(duì)氯化鈉沒有截流能力，因此如果排放濃縮液，會(huì)浪費(fèi)大量原鹽。針對(duì)這一問題，目前我國(guó)多數(shù)企業(yè)采用冷凍工藝對(duì)氯化鈉進(jìn)行回收，但冷凍法施工流程較為復(fù)雜且運(yùn)行成本高，最好的解決辦法是增加一套濃縮液后處理裝置。

(2)工藝簡(jiǎn)介。將膜法脫硝裝置得到的濃縮鹽水與蒸發(fā)的弱堿性純水進(jìn)行混合，并通過靜態(tài)混合器使混合均勻，對(duì)于剩余雜質(zhì)，需要通過保安過濾器對(duì)其進(jìn)行過濾，將鹽水送入濃縮鹽水配水罐[5]。通過進(jìn)料泵進(jìn)入膜法除硝裝置，過濾單元，將鹽水分離為滲透液和濃縮液，將濃縮液送出外界，而滲透液回收氯化鈉。

2.3 氯化氫合成爐副產(chǎn)蒸汽

(1)技術(shù)背景。氯氣和氫氣在氯化氫合成爐中進(jìn)行劇烈的放熱反應(yīng)，為提高能源利用率，可以采取相應(yīng)措施對(duì)這部分熱量回收利用，傳統(tǒng)方式是通過副產(chǎn)熱水對(duì)其進(jìn)行回收，但是相對(duì)來說利用率低，現(xiàn)階段多數(shù)工業(yè)采用副產(chǎn)蒸汽合成爐，相對(duì)來說，其對(duì)熱量的回收率和利用率更高。

(2)工藝簡(jiǎn)介。經(jīng)過緩沖罐和穩(wěn)壓閥后，將氯氣和氫氣的壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，并將其送入合成爐進(jìn)行燃燒反應(yīng)。自動(dòng)檢測(cè)氫氣與氯氣的流量，并通過比例調(diào)節(jié)器對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，保證氯化氫氣體的氯氫配比，對(duì)其進(jìn)行三級(jí)吸收。以純水為吸收劑，吸收31%高純酸鹽，用純水冷卻合成爐夾套高溫區(qū)，將氯化氫合成熱吸收。

2.4 蒸汽冷凝水回收

(1)技術(shù)背景。在燒堿生產(chǎn)中，蒸汽是加熱鹽水和堿液的熱源介質(zhì)，能產(chǎn)生較高質(zhì)量的蒸汽冷凝水，部分氯堿企業(yè)直接將蒸汽冷凝水排入地溝，造成大量浪費(fèi)，事實(shí)上可以將其送入脫鹽水裝置，從而實(shí)現(xiàn)回收利用。

(2)工藝簡(jiǎn)介。通過管道將換熱器冷凝水傳輸至蒸汽冷凝水收集槽，將蒸汽冷凝水通過泵送至脫鹽水裝置。

2.5 濃水回收

(1)技術(shù)背景。反滲透工藝是現(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)氯堿企業(yè)常用的脫鹽技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)就是效率相對(duì)較高，且對(duì)環(huán)境的污染較低，因此應(yīng)用范圍相對(duì)較廣。但是其在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，會(huì)產(chǎn)生25%的濃水排放，對(duì)水資源造成較大浪費(fèi)[6]。針對(duì)這些問題可以采用反滲透濃水回用技術(shù)，相對(duì)來說其施工工藝較為便捷且投資較低，不但能夠大大提高水資源的利用率，還能夠降低水資源消耗。

(2)工藝簡(jiǎn)介。利用反滲透濃水的壓力，將其引入濃水回收裝置，然后對(duì)其進(jìn)行脫鹽，再回收濃水，引入原水箱。該冷水壺用裝置不需要耗電，且不需要加壓泵，只需要將專利膜設(shè)備與反滲透裝置放在模架上，反洗系統(tǒng)共用脫鹽水裝置，不需要增加水箱，將反滲透濃水直接過濾?；厥账恼w性能較原水更好，循環(huán)到水處理系統(tǒng)后，能夠?qū)⒃钠焚|(zhì)進(jìn)行提高，并降低了反滲透膜的負(fù)擔(dān)，能夠?qū)⒛さ氖褂脡勖娱L(zhǎng)至3～5年。

2.6 氫氣的回收利用

2.6.1 氫氣鍋爐

(1)技術(shù)背景。鹽酸的生產(chǎn)過程危險(xiǎn)性較高，容易因?yàn)椴僮魇д`而發(fā)生安全事故，因此需要相關(guān)工作人員對(duì)鹽酸的生產(chǎn)過程有全面的了解和深刻的認(rèn)知，嚴(yán)格按照規(guī)定的流程進(jìn)行生產(chǎn)，根據(jù)實(shí)際需求合理控制氫氣與氯氣的比例。在鹽酸的實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中，企業(yè)需要結(jié)合實(shí)際情況降低生產(chǎn)成本，這大大限制了企業(yè)的實(shí)際發(fā)展與鹽酸的生產(chǎn)效率。為提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本，目前我國(guó)部分企業(yè)開始逐漸在原有的生產(chǎn)技藝的基礎(chǔ)之上，引入天然氣轉(zhuǎn)化裝置。天然氣轉(zhuǎn)化裝置的主要優(yōu)勢(shì)就是可以提高氫氣的純凈性并降低其成本，使氫氣和氯氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而生產(chǎn)鹽酸。這種生產(chǎn)方式能夠在保證鹽酸生產(chǎn)效率以及最終鹽酸質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，最大程度地降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)對(duì)水資源進(jìn)行了合理利用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。燃燒氫氣會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣不但不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而且還能夠投入使用。鹽酸的生產(chǎn)過程中需要大量蒸汽，部分企業(yè)選擇從國(guó)外進(jìn)口氫氣鍋爐。雖然氫氣鍋爐的應(yīng)用具有一定優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際的實(shí)踐過程中仍然存在部分缺陷，氫氣鍋爐的購(gòu)買以及維修的成本相對(duì)較高，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。目前，我國(guó)已經(jīng)生產(chǎn)出了完全國(guó)產(chǎn)化的氫氣鍋爐系統(tǒng)，大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，并提高了能源的應(yīng)用效率。

(2)工藝簡(jiǎn)介。氫氣經(jīng)過氯堿裝置的氫處理工序后，被通過管道送入預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)氫氣進(jìn)行處理后，再將其送入氫氣鍋爐底部的燃燒器，燃燒氫氣產(chǎn)生的熱量能夠加熱進(jìn)入鍋爐內(nèi)列管中的除氧水。通過鍋爐頂部的顱外汽水分離罐將生成的蒸汽送入廠區(qū)低壓蒸汽管網(wǎng)，其就能夠被應(yīng)用到氯堿生產(chǎn)、保溫以及生活當(dāng)中。

2.6.2 氫氣燃料電池

(1)技術(shù)背景。氫氣燃料電池的節(jié)能環(huán)保性能相對(duì)更強(qiáng)，因?yàn)槠淇梢曰厥章葔A企業(yè)的富余氫氣，因此現(xiàn)階段國(guó)際上較多的化工企業(yè)都在研究將氫氣燃料電池用于氯堿行業(yè)。現(xiàn)階段氫氣燃料電池難以應(yīng)用于氯堿行業(yè)的主要原因就是相對(duì)來說其投入成本較高，一旦在氯堿行業(yè)內(nèi)引入氫氣燃料電池的應(yīng)用，會(huì)大幅度提高生產(chǎn)成本，無法保證企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益。目前歐洲部分企業(yè)已經(jīng)開始將阿克蘇諾貝爾公司與Nedstadck合作開發(fā)的氫氣燃料電池發(fā)電裝置應(yīng)用于生產(chǎn)模式中，其效果相對(duì)較好。

(2)工藝簡(jiǎn)介。2 MW的氫氣燃料電池需要部分空氣和1 300 m3/h氫氣，副產(chǎn)熱能1.4 MW，溫度為65～70 ℃，可應(yīng)用于鹽水預(yù)熱。

2.7 一次鹽水精制中磷酸鹽的應(yīng)用

(1)技術(shù)背景。將碳酸鈉和氫氧化鈉為機(jī)制系在一次鹽水工序與鈣鎂離子反應(yīng)，從而除去鈣鎂離子，延長(zhǎng)電解槽使用壽命，需要注意的是，一次鹽水中的鈣鎂離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能超過1×10-6，通過螯合樹脂塔在二次鹽水工序?qū)ζ溥M(jìn)行吸附，進(jìn)一步降低鈣鎂離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使其低于2×10-8。為保證樹脂的吸附能力，需要再生清洗螯合樹脂塔。樹脂塔的再生費(fèi)用主要取決于其再生周期，樹脂塔的再生周期主要取決于一次鹽水鈣鎂離子濃度。為縮短螯合樹脂塔再生周期，目前我國(guó)多家氯堿企業(yè)相關(guān)人員針對(duì)這一問題進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)可以將磷酸鹽加入鹽水中，相對(duì)來說磷酸鈣以及磷酸鎂的容積更低，因此可以降低鈣鎂離子濃度。只要鈣鎂離子濃度降低就可以大幅度延長(zhǎng)螯合樹脂塔的再生周期并降低其運(yùn)行負(fù)荷。

(2)工藝簡(jiǎn)介。鈣鎂離子在一次鹽水中與碳酸鈉和氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)，過濾器對(duì)發(fā)生反應(yīng)后的鈣鎂離子進(jìn)行過濾，在后續(xù)反應(yīng)器內(nèi)加入磷酸或磷酸鈉，其會(huì)與鹽水中剩余的微量鈣鎂離子繼續(xù)反應(yīng)，再次通過過濾器對(duì)其進(jìn)行過濾，然后送入螯合樹脂塔精制。磷酸根過量會(huì)對(duì)電解槽電壓造成一定影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行合理控制，保證磷酸根過量質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過3×10-5。

2.8 氯化氫催化氧化制氯氣

(1)技術(shù)背景。近年來我國(guó)MDI、TDI、甲烷氯化物等涉氯產(chǎn)品不斷擴(kuò)產(chǎn)，工業(yè)副產(chǎn)氯化氫的總量已經(jīng)接近了400萬噸/年，未來5年預(yù)計(jì)總量將會(huì)達(dá)到500萬噸/年，大量副產(chǎn)HCI的銷路和利用成為了制約眾多行業(yè)發(fā)展的主要原因。想要解決這一問題，需要通過相應(yīng)措施實(shí)現(xiàn)氯元素循環(huán)和反應(yīng)過程的零排放，將氯化氫直接轉(zhuǎn)化為氯氣進(jìn)行利用。氯化氫催化氧化制氯氣技術(shù)大大降低了能耗，因此現(xiàn)階段被氯堿行業(yè)相關(guān)企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注。我國(guó)的煙臺(tái)萬華氯堿有限責(zé)任公司在寧波采用引進(jìn)技術(shù)建成的HCI催化氧化制氯氣工業(yè)化裝置；上海氯堿化工股份有限公司自主研發(fā)了氯化氫催化氧化制氯氣千噸級(jí)中試裝置。從目前的情況來看，其應(yīng)用效果相對(duì)較好。

(2)工藝簡(jiǎn)介。氯化氫催化氧化制氯氣技術(shù)主要就是采取相應(yīng)措施，使氯化氫通過催化劑與氧氣的共同作用，使其氧化為氯氣和水，Deacon過程、Shell法和日本住友的技術(shù)是現(xiàn)階段的主要代表技術(shù)。在催化劑的作用下，氯化氫和氧氣會(huì)被預(yù)熱，然后進(jìn)入固定床或流化床反應(yīng)器發(fā)生氧化，從而生產(chǎn)氯氣。

3 結(jié)語(yǔ)

氯堿企業(yè)是化工行業(yè)的重要組成部分，在我國(guó)整體發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用，相關(guān)工作人員需要充分重視氯堿企業(yè)的節(jié)能降耗技術(shù)?，F(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)氯堿企業(yè)不斷引進(jìn)新型節(jié)能技術(shù)，以其實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值的共同進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)氯堿企業(yè)與生態(tài)自然環(huán)境的和諧發(fā)展。