【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 從1984年開始，北京化工機(jī)械廠在國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)下，先后引進(jìn)了日本旭化成和旭硝子公司的離子膜電槽制造技術(shù)，采用國(guó)外進(jìn)口材料配套制造離子膜電解槽，日前已發(fā)展到離子膜電解槽可全部進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造階段。該廠氯堿裝備設(shè)計(jì)研究所自行開發(fā)、于1993年7月在滄州投入運(yùn)行，經(jīng)過多年來不斷的改進(jìn)和完善技術(shù)水平得以提高，特別是近2~3年通過引進(jìn)日本旭化成的高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式電解槽制造技術(shù)，生產(chǎn)出的電槽已接近國(guó)際先進(jìn)水平。 E．INEOS電解槽特點(diǎn) ●槽電壓較低，電耗低：每個(gè)單元槽具有512個(gè)十字導(dǎo)電爪，電流分布均勻。 ●電解槽材料使用好，鎳材多，鈦材少，其電耗及維修費(fèi)用低。 ●電流效率高，離子膜壽命長(zhǎng)。電槽陰極室內(nèi)部設(shè)有擋板，以增強(qiáng)電解液的混合，完全浸潤(rùn)的離子膜，能充分利用膜的有效面積。 ●電解槽操作簡(jiǎn)單，停車時(shí)間少。其單元槽采用螺栓緊固，單元槽之間壓緊要求不嚴(yán)，只要求保證通電，每個(gè)單元槽的密封都是單獨(dú)的，膜更換時(shí)間短。 ● m2，操作電流密度一般為5~6KA/ m2適于高電流密度下運(yùn)行。 上述各家電槽技術(shù)各有特點(diǎn)，沒有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。究竟采用哪家技術(shù)，需經(jīng)過技術(shù)交流、現(xiàn)場(chǎng)考察和合同談判，綜合比較后才能確定。 （4）二次鹽水精制工序 離子膜電解對(duì)鹽水的質(zhì)量要求高，經(jīng)薄膜液體過濾工藝精制的一次精鹽水還需經(jīng)過離子交換，進(jìn)一步降低Ca、Mg等離子含量。 離子交換樹脂塔有兩塔流程和三塔流程之分。對(duì)大中型項(xiàng)目，宜采用三塔流程。正常情況下，兩臺(tái)串聯(lián)操作，一臺(tái)進(jìn)行再生。 （5）淡鹽水脫氯工序 離子膜電解槽排出的淡鹽水含有游離氯，腐蝕性高，必須脫除游離氯后才能送回一次鹽水工序進(jìn)行重飽和。 淡鹽脫氯目前有下述幾種方法： a．壓縮空氣吹除 b．真空脫氯 鑒于壓縮空氣吹除產(chǎn)生濃度低的氯氣，降低了氯氣利用率，對(duì)規(guī)模較大的裝置不適用，故本項(xiàng)目采用真空脫氯。 真空脫氯分蒸氣噴射、氯水噴射和真空泵三種，從節(jié)能和運(yùn)行穩(wěn)定出發(fā)采用能耗較低、操作穩(wěn)定的真空泵作為真空源。 經(jīng)真空脫氯后的淡鹽水含游離氯≤15mg/l，然后加亞硫酸鈉進(jìn)行化學(xué)脫氯以除凈游離氯。 氯氣干燥與壓縮工藝 氯氣干燥有填料塔+泡沫塔，三臺(tái)或四臺(tái)填料塔以及填料塔+泡罩塔等干燥流程。 由于填料塔+泡沫塔流程，含水量高（在200ppm以上），目前只有小規(guī)模生產(chǎn)裝置還有使用。而三臺(tái)或四臺(tái)填料塔工藝流程，其設(shè)備多、占地大、投資高。 填料塔+泡罩塔流程技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)： ●氯氣干燥效率高（可使氯氣中含水小于50ppm），因而大大延長(zhǎng)了設(shè)備操作運(yùn)行壽命，減少了維修工作量。 ●設(shè)備臺(tái)數(shù)少，整個(gè)系統(tǒng)只有1臺(tái)填料干燥塔、1臺(tái)泡罩干燥塔、1+1臺(tái)循環(huán)泵、1臺(tái)板式換熱器，與要達(dá)到相同效果的三臺(tái)或四臺(tái)填料塔相比，少7~9臺(tái)設(shè)備。因而占地小、投資省、操作簡(jiǎn)單。 中國(guó)成達(dá)工程公司通過消化吸收并自行開發(fā)了高效的填料塔+泡罩塔的氯氣干燥技術(shù)，該技術(shù)現(xiàn)已系列化和大型化。本項(xiàng)目推薦采用大型的填料塔+泡罩塔技術(shù)。 對(duì)于氯氣壓縮，如考慮壓縮機(jī)引進(jìn)，則無需備機(jī)，本項(xiàng)目一期15萬噸/年離子膜燒堿只需1臺(tái)；如果采用國(guó)產(chǎn)(如錦化機(jī)、杭州求是等)的透平機(jī)，則需要2+1臺(tái)。從投資比較，引進(jìn)費(fèi)用比國(guó)產(chǎn)高約20%，但從設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行的可靠性來看，尤其是引進(jìn)壓縮機(jī)適宜生產(chǎn)負(fù)荷變化的靈活性能遠(yuǎn)強(qiáng)于國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)，本項(xiàng)目推薦采用引進(jìn)壓縮機(jī)。 氫氣處理工藝 由于電解槽出來的氫氣溫度較高，其中含有大量飽和水蒸汽，同時(shí)還帶有堿霧等雜質(zhì)。需經(jīng)過洗滌和冷卻，使其中所帶的堿霧被洗滌掉，同時(shí)氣體溫度也得到降低，所含的飽和水蒸汽被冷凝下來，使氫氣得到凈化。壓縮后的氫氣再經(jīng)過冷凍水冷卻，進(jìn)一步除去氫氣中的水分，回收冷凝水。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)氯堿廠采用的是生產(chǎn)上水或含堿循環(huán)水直接噴淋洗滌冷卻的方法，如用生產(chǎn)上水，排水量大，只能在小規(guī)模裝置使用，如采用含堿循環(huán)水，需要單獨(dú)設(shè)置循環(huán)水系統(tǒng)，必將增加投資。為此本項(xiàng)目采用填料塔洗滌冷卻工藝技術(shù)以節(jié)約投資并簡(jiǎn)化操作。 高純鹽酸工藝 高純鹽酸的生產(chǎn)方法有兩種，即三合一工藝和二合一工藝?？紤]本項(xiàng)目高純鹽酸主要以裝置自用為目的，為節(jié)省建設(shè)投資，本項(xiàng)目推薦采用三合一合成爐生產(chǎn)高純鹽酸工藝。 工藝技術(shù)來源 目前世界上擁有離子膜法電解技術(shù)的專利商很多，如日本的旭化成、日本氯工程公司、英國(guó)Ineos(原ICI)公司、德國(guó)伍德公司、伍德公司和意大利迪諾拉公司合資的伍德諾拉公司以及引進(jìn)了旭化成技術(shù)的北京化工機(jī)械廠，上述各家技術(shù)各有特點(diǎn)，沒有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。采用哪家技術(shù)，需經(jīng)過技術(shù)交流、現(xiàn)場(chǎng)考察和合同談判，綜合比較后確定。在現(xiàn)階段考慮到伍德諾拉電解槽操作壓力較高，對(duì)后續(xù)工序處理氯氣和氫氣有利，暫按引進(jìn)伍德諾拉高電流密度復(fù)極式電解專利技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備考慮。 . 32%NaOH消耗定額（包括一次鹽水、電解、氯氫處理）見下表。 32%NaOH消耗定額（以1噸100%NaOH計(jì)） 序號(hào) 名稱及技術(shù)規(guī)格 單位 數(shù)量 備注 1 原鹽（NaCl 97%） 噸 2 碳酸鈉（Na2CO3≥98%） 噸 3 高純鹽酸（折31%HCl） 噸 4 亞硫酸鈉 Na2SO3≥95% 噸 5 純水 電導(dǎo)率≤2us/cm m3 6 離子交換樹脂 l 7 三氯化鐵（FeCl3） 噸 8 硫酸 （H2SO4≥98%） 噸 9 燒堿(NaOH以100%計(jì)) 噸 10 蒸汽 t 11 循環(huán)水 △t=8℃ m3 180 12 生產(chǎn)上水 25℃ m3 7 13 動(dòng)力電 10000V/380V kWh 200 14 直流電耗 DC kWh 2200 15 離子膜 m2 16 Nm3/h 300 17 Nm3/h 400 最大 18 Nm3/h 400 間斷 19 冷凍水+10℃ △t=3℃ m3 次氯酸鈉消耗定額見下表。 次氯酸鈉消耗定額（以每噸10%NaClO計(jì)） 序號(hào) 名稱及技術(shù)規(guī)格 單位 數(shù)量 備注 1 氯氣Cl2=100% kg 100 2 燒堿(以32%NaOH 計(jì)) kg 380 3 生產(chǎn)上水 25℃ m3 4 循環(huán)水 32℃，△t=8℃ m3 30 5 冷凍水 +9℃ △t=4℃ m3 4 6 Nm3/h 30 7 動(dòng)力電 380V kWh 15 液氯消耗定額詳見下表。 液氯消耗定額（以每噸100%液氯計(jì)） 序號(hào) 名稱及技術(shù)規(guī)格 單位 數(shù)量 備注 1 氯氣Cl2=100% kg 1000 2 動(dòng)力電（包括冷凍量）380V kWh 95 3 硫酸 98% kg 4 氮?dú)? Nm3 2 5 氮?dú)? Nm3 6 循環(huán)水（冷凍機(jī)組用）32℃， m3 50 △t=8℃ 7 生產(chǎn)上水 m3 高純鹽酸消耗定額詳見下表。 高純鹽酸消耗定額（以每噸31%HCl計(jì)） 序號(hào) 名稱及技術(shù)規(guī)格 單位 數(shù)量 備注 1 氯氣Cl2=100% 噸 2 氫氣H 2=100% 噸 3 純水電阻率≥1105 –cm m3 4 循環(huán)水 △t=8℃ m3 40 5 儀表空氣 Nm3/h 30 6 動(dòng)力電 380V kWh 5 電解槽 本項(xiàng)目在可研階段暫按伍德諾拉高電流密度復(fù)極式電解槽考慮。其主要規(guī)格如下： 電解槽型式 每槽單元數(shù) 123 設(shè)計(jì)電流密度 5 kA/m2 膜有效面積 m2 電解槽臺(tái)數(shù) 8 氯氣干燥塔 本項(xiàng)目采用高效的填料干燥塔和泡罩干燥塔，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。 氯氣壓縮機(jī) 本項(xiàng)目推薦采用國(guó)外品牌氯壓機(jī)組1套。 液氯生產(chǎn)成套機(jī)組 +1套。 三合一石墨合成爐 本項(xiàng)目推薦采用國(guó)產(chǎn)三合一石墨合成爐，合成爐能力（32%HCl）50噸/()，共1+1套。 主要設(shè)備來源及理由 電解槽是本裝置的核心設(shè)備，本項(xiàng)目可研階段暫按伍德諾拉高電流密度復(fù)極式電解槽考慮引進(jìn)考慮。氯氣壓縮機(jī)考慮國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大規(guī)模的單機(jī)生產(chǎn)業(yè)績(jī)欠缺，從技術(shù)可靠考慮引進(jìn)。 引進(jìn)設(shè)備范圍見下表。 序號(hào) 引進(jìn)內(nèi)容 1 離子交換樹脂塔（包括內(nèi)件、程控閥和控制系統(tǒng)，外殼國(guó)內(nèi)制造） 2 樹脂捕集器（過濾網(wǎng)引進(jìn)） 3 電解槽及其附件（包括部分特殊修槽設(shè)備和工具） 4 離子膜 5 堿液循環(huán)泵(選擇項(xiàng)) 6 脫氯真空單元(選擇項(xiàng)) 7 部分特殊儀表，在線分析儀等(電槽進(jìn)出管線和與性能考核相關(guān)的、關(guān)鍵的儀表) 8 透平式氯氣壓縮機(jī) 本項(xiàng)目其它設(shè)備，如氯氣干燥塔、液氯生產(chǎn)機(jī)組等考慮國(guó)內(nèi)制造。 三、市場(chǎng)分析 燒堿是重要的基本化工原料，其最初的用途是從制造肥皂開始，逐漸用于輕工、紡織、化工等領(lǐng)域。隨著制鋁工業(yè)及60年代后期石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍更加廣泛，下游產(chǎn)品已達(dá)到900多種。 目前，工業(yè)上生產(chǎn)燒堿的主要方法為隔膜電解法和離子膜交換法。其中，離子膜法以其能耗低、無污染、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到了推廣，代表著當(dāng)今氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。 行業(yè)性質(zhì) 燒堿生產(chǎn)屬于資本密集型產(chǎn)業(yè)，其行業(yè)的生產(chǎn)要素主要?dú)w納為①原材料供應(yīng)；②能源消耗；③物流(運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ))；④技術(shù)水平等。 ①原材料供應(yīng) 原鹽是燒堿生產(chǎn)的主要原料，約占其生產(chǎn)成本的17%。燒堿耗鹽量（折百）。我國(guó)燒堿生產(chǎn)用原鹽的品種主要有海鹽、湖鹽和井鹽，其中海鹽約占全國(guó)原鹽總產(chǎn)量的70%，井鹽+湖鹽約占30%。渤海灣地區(qū)是我國(guó)最重要的海鹽生產(chǎn)基地，產(chǎn)量約占全國(guó)海鹽產(chǎn)量的70%，主要包括長(zhǎng)蘆、遼東灣、萊洲灣三大鹽區(qū)；井鹽主要分布在四川、湖北、江西、湖南、云南、安徽、江蘇等7個(gè)??；湖鹽主要分布在青海、內(nèi)蒙、新疆等地。 近年來由于燒堿、純堿等行業(yè)的持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，使工業(yè)鹽的消費(fèi)量不斷上升，供應(yīng)趨緊，價(jià)格上揚(yáng)。但由于需求促進(jìn)生產(chǎn)，加之北方近年來連續(xù)的少雨干旱氣候，海鹽的生產(chǎn)放量增長(zhǎng)，加之湖鹽、井鹽的擴(kuò)產(chǎn)，使得我國(guó)鹽的供應(yīng)總體上處于供求平衡，價(jià)格基本平穩(wěn)。 據(jù)中國(guó)氯堿工業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)導(dǎo)，燒堿用鹽約占到全國(guó)工業(yè)鹽總量的一半左右，是用鹽大戶。因近幾年全國(guó)燒堿擴(kuò)能迅速，據(jù)實(shí)際了解未來兩年全國(guó)新擴(kuò)能400萬噸以上，需要新增加工業(yè)鹽將超過780萬噸。若長(zhǎng)此以往，必然會(huì)改變?cè)}市場(chǎng)的供求關(guān)系。 ②能源消耗 氯堿行業(yè)是國(guó)內(nèi)僅次于電解鋁的用電大戶，耗電量相當(dāng)于全國(guó)總耗電量的2%左右。作為燒堿生產(chǎn)的主要能源，電力市場(chǎng)直接影響著燒堿行業(yè)，因?yàn)殡姾某杀炯s占燒堿成本的60%。近兩年來電價(jià)的上調(diào)，給燒堿市場(chǎng)帶來震蕩，各地企業(yè)都有不同反應(yīng)，燒堿價(jià)格部分同步上提。 ③物流 我國(guó)頒布的公路法已經(jīng)給燒堿企業(yè)運(yùn)輸成本帶來很大壓力。從2004年6月20日開始并持續(xù)到2006年的超載超限治理又再度加重了燒堿企業(yè)生產(chǎn)和銷售成本，并且運(yùn)力不足的問題也浮出水面。大幅增加的運(yùn)輸成本使得下游企業(yè)難以全盤接受，所以燒堿企業(yè)不得不適當(dāng)降低燒堿出廠價(jià)而與下游企業(yè)共同承擔(dān)上漲的運(yùn)費(fèi)，這在一定程度上降低了燒堿的企業(yè)利潤(rùn)。 目前，我國(guó)燒堿生產(chǎn)的發(fā)展趨向于區(qū)域化。區(qū)域化的優(yōu)勢(shì)在于能夠把作為液體產(chǎn)品的燒堿的生產(chǎn)和銷售范圍基本確定在本區(qū)域內(nèi)，這樣可削弱物流條件的影響。 ④技術(shù)水平 技術(shù)水平也是制約燒堿生產(chǎn)的要素。近年來，我國(guó)的燒堿生產(chǎn)裝置技術(shù)水平逐步提高。在當(dāng)前環(huán)保要求嚴(yán)格、能源緊缺且價(jià)格上漲的形勢(shì)下，發(fā)展離子膜法燒堿已經(jīng)成為我國(guó)氯堿企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的主要措施，絕大多數(shù)企業(yè)將離子膜法裝置作為擴(kuò)建和新建氯堿裝置的首選。 更為可喜的是，作為國(guó)家“