【文章內(nèi)容簡介】 種型號規(guī)格的離子膜電解槽數(shù)十種。至今個別地區(qū)仍在重復引進，而我國國產(chǎn)化離子膜電解槽已基本達到國際先進水平 。 氯堿工業(yè)的特點除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要還有三個突出問題 : 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計 1 概述 3 （ 1）．能源消耗大 氯堿生產(chǎn)的耗電量僅次于電解法生產(chǎn)鋁．按照目前國內(nèi)生產(chǎn)水平，每生產(chǎn) 1噸 100％燒堿需耗電 2580 度，耗汽 5噸，總能耗折標準煤為 噸。 1988 年我國氯堿工業(yè)用電量占全國總發(fā)電量的 ％。因此，電力供應情況和電價對氯堿產(chǎn)品的生產(chǎn)成本影響很大。重視選用先進工藝，提高電解槽的電、能效率和堿液蒸發(fā)熱能的利用率，以降低燒減的電耗和蒸汽消耗，始終是氯減生產(chǎn)企業(yè)的一項核心工作 [3]。 （ 2）．氯與堿的平衡 電解食鹽水溶液時，按固定質量比例 (1:)同時產(chǎn)出燒堿和氯氣兩種產(chǎn)品。在一個國家和地區(qū)，對燒堿和氯氣的需求量不一定符合這一比例。因此就出現(xiàn)了燒堿和氯氣的供需平衡問題。 氯與 堿的平衡是氯堿工業(yè)發(fā)展的關鍵，在 20世紀 80 年代，是以堿定氯，通常把氯氣作為生產(chǎn)燒堿的副產(chǎn)品；而到了 20 世紀 90 年代，由于氯產(chǎn)品的應用越來越廣泛，氯堿工業(yè)逐步發(fā)展為以氯定堿，燒堿逐漸被一些業(yè)內(nèi)人士稱為副產(chǎn)品了。近十幾年來由于我國氯堿工業(yè)的盲目擴建，使燒堿產(chǎn)能增長過快，而下游相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，氯與堿的需求不平衡問題越來越突顯 。在一定情況下，發(fā)展中國家在工業(yè)發(fā)展初期用氯量較少。由于氯氣不宜長途運輸，所以總是以氯氣的需要量來決定燒堿的產(chǎn)量，因此往往會出現(xiàn)燒減短缺現(xiàn)象。在石油化工和基本有機原料發(fā)展較快的國家和地 區(qū)，氯的用量就較大，因此就出現(xiàn)燒堿過剩。總之燒堿和氯氣的平衡始終是氯堿工業(yè)發(fā)展中的一個恒定的矛盾 [4]。 （ 3）．腐蝕和污染 氯堿產(chǎn)品如燒堿、鹽酸等均具有強腐蝕性，在生產(chǎn)過程中使用的原材料如石棉、汞和所產(chǎn)生的含氯廢氣都可能對環(huán)境造成污染，因此防止腐蝕和三廢處理也一直是氯堿工業(yè)的努力方向 [5]。 選擇正確的防腐材料 ,選擇有資格 ,有經(jīng)驗的施工單位 ,不但可以確保良好的施工質量 ,起到應有的防腐效果 ,從而大大延長設備的使用壽命 ,為企業(yè)降低生產(chǎn)成本和維修費用 ,創(chuàng)造更大的利潤 .這也是防腐專業(yè)人員的價值所在 [6]。 食鹽電解聯(lián)產(chǎn)的燒堿、氯氣和氫氣，在國民經(jīng)濟的所有部門均很需要，除應用于化學工業(yè)本身外，在輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途，作為基本化工原料的 “ 三酸二堿 ” 中，鹽酸、燒堿就占其中兩種，而且氯氣和氫氣還可進一步加工成許多化工產(chǎn)品。所以氯堿工業(yè)及相關產(chǎn)品幾乎涉及到國民經(jīng)濟及人民生活的各個領域 [7]。 燒堿是基本化工原料之一，它的主要用途最早從制造肥皂開始，后來逐漸用攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計 1 概述 4 于造紙、紡織、印染等工業(yè)。六十年代后，隨著石油化工的發(fā)展，進一步擴大了燒堿的用途。因 此，燒堿在國民經(jīng)濟中占有重要地位。 燒堿在棉纖維的紡織、印染中，主要用作棉布的退漿劑、煮煉劑和絲光劑。在生產(chǎn)：粕波纖維時，需用燒堿處理含纖維素的原料，將其中的半纖維索、本質素除去。每生產(chǎn) 1噸粘膠纖維需要高純燒堿 1噸左右。生產(chǎn) 1噸肥皂約需要燒堿180kg， 1 噸合成洗滌劑則需要燒堿 150 公斤左右。在制皂工業(yè)中，燒堿是制造肥皂、合成洗滌劑的原料。在造紙工業(yè)上，燒減的用量亦很大，在我國約占全年產(chǎn)量的三分之一左右。 中國氯堿工業(yè)始于 20世紀 20年代末。 1949 年前，燒堿平均年產(chǎn)量僅 15kt，氯產(chǎn)品僅鹽酸、漂白粉、液氯等少數(shù)品種。 1949 年后，在提高設備生產(chǎn)能力的基礎上，對電解技術和配套設備進行了一系列改進。 50 年代初，建成第一套水銀電解槽，開始生產(chǎn)高純度燒堿。不久，又研制成功立式吸附隔膜電解槽，并在全國推廣應用。 50 年代后期，新建長壽、株洲、北京、葛店等十多個氯堿企業(yè)及其他小型氯堿廠，到 60 年代全國氯堿企業(yè)增至 44 個。 70 年代初，氯堿工業(yè)中陽極材料進行了重大革新，開始在隔膜槽和水銀槽中用金屬陽極取代石墨陽極。 80年代初，建成年產(chǎn) 100kt 燒堿的 47－ Ⅱ 型金屬陽極隔膜電解槽系列及其配套設備 。至此，全國金屬陽極電解槽年生產(chǎn)能力達 800kt 堿，約占生產(chǎn)總量的1/3。在此期間，氯堿工業(yè)中的整流設備、堿液蒸發(fā)，以及氯氣加工、三廢處理等工藝也都先后進行了改革。 1983 年燒堿產(chǎn)量為 2123kt，僅次于美國、聯(lián)邦德國、日本、蘇聯(lián)。 氯堿工業(yè)，在我國國民經(jīng)濟中占有重要的地位。然而近年來，由于市場的競爭日益激烈，我國各氯堿企業(yè)為了提高自身的競爭力，紛紛擴大燒堿裝置規(guī)模，從 1999 年開始，掀起了一輪燒堿擴建高潮，到 20xx 年其生產(chǎn)能力已從 1998 年的 6 860 kt/a 增至 8 000 kt/a，目前我國燒堿的總生 產(chǎn)能力已經(jīng)達到 8 620 kt/a，居世界第 2 位。如此快速的增長，使國內(nèi)燒堿市場趨于飽和狀態(tài)，而且這種擴建熱潮目前還在繼續(xù)，齊魯石化公司氯堿廠正在擴建的 200 kt/a 的離子膜裝置，上海氯堿化工股份有限公司計劃再建 400 kt/a 的裝置，其他的一些廠家的計劃項目估計還有 700 kt/a, 如果這些計劃項目得以實施，我國的燒堿生產(chǎn)能力將達到近 10 000 kt/a。隨著生產(chǎn)能力的不斷增加，近年來燒堿的產(chǎn)量也不斷增加， 20xx 年全國燒堿產(chǎn)量達 8 089 kt，為歷史最高紀錄，與20xx 年的 7 kt相 比，增長幅度為 %。目前燒堿的生產(chǎn)方法幾乎全部采用電解食鹽水的方法，這樣，每生產(chǎn) 1 t 燒堿則聯(lián)產(chǎn) t 氯氣。 20xx 年在生產(chǎn)燒堿的同時，產(chǎn)出氯氣 6 280 kt； 20xx 年則同時產(chǎn)出氯氣 7 120 kt。 隨著離子膜法新裝置的建成，造成嚴重環(huán)境污染的水銀法已停止生產(chǎn)，苛化攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計 1 概述 5 法的產(chǎn)量也相當少，我國目前燒堿的主要生產(chǎn)方法是隔膜法和離子膜法。 我國氯堿產(chǎn)業(yè)目前正處于成長期向成熟期過渡的階段，其主要特點是產(chǎn)業(yè)增長速度將有所減慢，技術趨于成熟，產(chǎn)品差異化程度較低，行業(yè)進入門檻降低 ,電力、煤炭、制鹽、塑料加工 等行業(yè)的企業(yè)開始大量介入。今后幾年，國內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的市場競爭將進一步加劇 ,成本競爭將成為最主要的競爭方式。 我國氯堿產(chǎn)業(yè)通過這一輪高速發(fā)展 ,形成了較為雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎 ,呈現(xiàn)出向大規(guī)模、集約化方向發(fā)年 ,全國燒堿企業(yè)平均產(chǎn)能約七萬展的趨勢。 20xx 噸 ,預計到 20xx 年將達 10 萬噸以上 ,重點企業(yè)燒堿產(chǎn)能將向 20 萬～ 30 萬噸發(fā)展。 氯堿產(chǎn)業(yè)是基本化工原材料產(chǎn)業(yè)，其主要產(chǎn)品燒堿、氯氣和氫氣 ,廣泛應用于輕工、化工、紡織、建材、國防、冶金等各個領域。目前發(fā)達國家氯堿產(chǎn)品人均消費量約 25～ 30kg/a ，而我國僅為 ～ 有很大的發(fā)展?jié)摿?。但也應看到，目前國?nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在一定程度的過熱和無序，今后一段時期將可能出現(xiàn)較為激烈的競爭局面。 今后，原料和能源供應仍將成為影響我國氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。原鹽將從供應充裕轉為供應相對不足，鹵水和進口鹽使用量將顯著增加，鹽堿聯(lián)合將成為發(fā)展趨勢；乙烯供應仍將成為制約我國 PVC 發(fā)展的主要因素之一；電石將成為比乙烯更為重要的氯堿原料，在山西、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西等西部地區(qū)，由于有豐富的煤炭、石灰石資源，且能源供應價格便宜，電石法 PVC 和燒堿項目將有明 顯的競爭優(yōu)勢。 氯堿產(chǎn)業(yè)屬高耗能產(chǎn)業(yè)，電力成本占總成本的百分之六十左右。近幾年，我國大范圍的電力緊張和電價上漲，直接影響了氯堿產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。采用熱電聯(lián)產(chǎn)可充分利用能源，大大降低氯堿產(chǎn)品生產(chǎn)成本。此外，氯堿企業(yè)與電力企業(yè)建立戰(zhàn)略聯(lián)盟 ,實施點對點的直供電，也可有效降低氯堿生產(chǎn)成本。今后，以熱電聯(lián)產(chǎn)和直供電為主要方式的電 堿聯(lián)合將成為氯堿產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢。 未來我國氯堿行業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局應當是以區(qū)域性、功能型企業(yè)集團為主體的市場競爭格局，屆時兩種類型的企業(yè)在市場上將具有競爭力。一種類型是同時擁有生產(chǎn)原料優(yōu)勢、生產(chǎn) 成本優(yōu)勢的企業(yè)，發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)鏈一體化的大型生產(chǎn)型氯堿企業(yè)；另一種類型是處于具有特殊資源地區(qū)的企業(yè)，如貼近最大的消費市場 ,或緊靠大型港口，以發(fā)展服務型業(yè)務為主，掌握一定的國際國內(nèi)流通市場的話語權。 從長遠看，隨著電力、鹽業(yè)體制改革深入，我國氯堿產(chǎn)業(yè)的資源優(yōu)勢將會逐步顯現(xiàn)出來。同時 ,國內(nèi)氯堿企業(yè)將更多地關注上游產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化配置資源，上下游一體化，形成合理的產(chǎn)業(yè)鏈 ,提高核心競爭力。堿電聯(lián)合、堿鹽聯(lián)合將成為發(fā)展趨勢，有條件的企業(yè)甚至可以采取煤、鹽 電 堿 塑料加工及建材的大聯(lián)合模式 [8]。 攀枝花學院專科畢業(yè)設計 1 概述 6 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高資源利用 率，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑。其基本特征就是低消耗，低排放，高效率，是對大量生產(chǎn)，大量消費，大量廢棄的傳統(tǒng)增長模式的根本變革。近年來，化工企業(yè)在推動國民經(jīng)濟切實走新型工業(yè)化道路 ,堅持節(jié)約發(fā)展，清潔發(fā)展，安全發(fā)展等方面發(fā)揮了核心作用。在生產(chǎn)中運用減量，再利用，再循環(huán)的基本原則，成為實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要動力 [9]。 燒堿的生產(chǎn) 隔膜法制堿可分為普通隔膜和改性隔膜。普通隔膜存在隔膜厚、隔膜電阻高、運行壽命短、易溶脹、易出現(xiàn)氯中氫含量高、抗運行條件變化能力差、 安全性能差等缺點；改性隔膜因添加了改性劑，其性能得到很大改善。常用改性劑有乳液和纖維等品種。目前國內(nèi)使用的改性隔膜大部分是聚四氟乙烯乳液法改性隔膜。隔膜法的特點是用多孔滲透性的隔膜把陽極室和陰極室隔開，隔膜能阻止氣體通過，這就阻止了陽極產(chǎn)物與陰極產(chǎn)物混合，但能讓水和離子通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生氫氣和陽極產(chǎn)生的氯氣相混合而引起爆炸，又能避免氯氣與氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉，而影響燒堿的質量。隔膜法的缺點在于投資和能耗較高，產(chǎn)品燒堿中會含有食鹽。 水銀法所用的電解槽由電解室和解汞室組成。它的特點是以汞為陰極， Na+得到電子生成液態(tài)的鈉和汞的合金，在解汞室中，這種合金與水作用生成氫氧化鈉和氫氣，析出的汞又送回電解室循環(huán)使用。水銀法制堿的特點是堿液濃度高，質量好，成本低，因此獲得廣泛應用，但這種方法最大的缺點是釀成汞對環(huán)境的污染。因此，此法已逐漸減少使用。隔膜法和水銀法電解所用陽極以前一直采用石墨，它的缺點是消耗快，耗電多。 1965 年，發(fā)明了在鈦表面涂鈦、釕等氧化物涂層的金屬陽極，這種金屬陽極降低了電耗，而且電流密度可成倍增長，使電解產(chǎn)量大幅度增加。 離子交換膜法是新開發(fā)出的方法，這 種方法用有選擇性的離子交換膜將陽極室和陰極室隔開，能夠得到高純度的燒堿溶液。離子膜法在電能消耗、建設費用、產(chǎn)品質量和解決環(huán)境污染方面都比隔膜法和水銀法優(yōu)越，被公認是現(xiàn)代氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。近幾年來，國內(nèi)氯堿企業(yè)普遍進行了以離子膜燒堿為中心的技術改造，電氣部門配合電解新工藝重新布局，引入了一系列的新技術新設備，從而提高了整流裝置的技術檔次和電氣綜合自動化水平。但在整流裝置的設計中也存在一些問題 [11]。電解工序綜合能耗約占燒堿總能耗的 53. 2%,電耗約占燒堿電耗的90%[12]。因此先進的電解節(jié)能技術就顯得 猶為的重要。 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計 1 概述 7 2Cl （ 1）．基本原理 離子交換膜 (IEM 或 IM)是對溶液中離子有選擇性透過的高分子材料膜。氯堿電解槽選用的是陽離子交換膜，它能使陽離子 (Na+)通過，而排斥帶負電的陰離子 (Cl175。)。離子交換膜電解與普通隔膜電解的比較示于圖 11。 Cl175。不能透過離子交換膜 ,陰極室得到的是不含 NaCl、高純度的燒堿溶液 [13]。 目前工業(yè)采用的離子交換膜有全氟磺酸型和全氟羧酸型陽離子交換樹脂。對離子交換膜的工藝要求是：化學穩(wěn)定性好，能夠耐 C1 ClO175。和酸堿腐蝕；機械穩(wěn)定性好，保持尺寸穩(wěn)定和膜面平整陽離子選擇 透過性好，能透過 Na175。和 H3O＋，阻止 Cl175。進入陰極室，對 OH175。進入陽極室也起一定阻止作用；膜電阻低 [14]。 H2 圖 11 離子膜電解示意圖 （ 2）．離子膜電解槽 工業(yè)化的離子膜電解槽是由多個單元組裝而成的 [15]。根據(jù)單元的結構不同，分為單極式和復極式 (雙極式 )。單極式是將陽極和陰極各自組成可拆卸的單元，如同板框壓濾機中板和框一樣，將 “ 陰極 框 膜 框 陽極 框 ” 順序組裝而成離子膜電解槽，各單元可用并聯(lián)或串聯(lián)組成一組電 解槽。單極式電解槽各單元間要用導線聯(lián)接，耗用材料多，電阻大。復極式電解槽按 “ 陰極 空間 廂板 空間 陽極 ” 組成一個單元。組裝時