離子膜燒堿開題報(bào)告

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目： 年產(chǎn)量15萬(wàn)噸燒堿車間中 離子膜法制燒堿的模擬設(shè)計(jì)課 題 類 型： 設(shè)計(jì) eq oac(,) 論文學(xué) 生 姓 名： 戴兵兵 學(xué) 號(hào)： 3080404144專 業(yè) 班 級(jí)： 化工081學(xué) 院： 生物與化學(xué)工程學(xué)院指 導(dǎo) 教 師： 開 題 時(shí) 間： 3月 日2012年 3月 9 日氯堿工業(yè)離子膜法制燒堿的研究一內(nèi)容及研究意義內(nèi)容本設(shè)計(jì)是對(duì)燒堿車間電解工段中，用離子膜法制燒堿的研究。要求年產(chǎn)量：15萬(wàn)噸。離子膜法制燒堿就是采用離子交換膜法電解食鹽水而制成燒堿（即氫氧化鈉）。其主要原理是因?yàn)槭褂玫年?yáng)離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過(guò)性，只允許陽(yáng)離子通過(guò)而阻止陰離子和

2、氣體通過(guò)，即只允許H、Na+通過(guò)，而Cl、OH和兩極產(chǎn)物H2和Cl2無(wú)法通過(guò)，因而起到了防止陽(yáng)極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2相混合而可能導(dǎo)致爆炸的危險(xiǎn)，還起到了避免Cl2和陰極另一產(chǎn)物NaOH反應(yīng)而生成NaClO影響燒堿純度的作用。主要原料：飽和食鹽水，但由于粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等雜質(zhì)，遠(yuǎn)不能達(dá)到電解要求，因此必須經(jīng)過(guò)提純精制。 離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程：精制的飽和食鹽水進(jìn)入陽(yáng)極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電后H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過(guò)離子膜由陽(yáng)極室進(jìn)入陰極室，此時(shí)陰極室導(dǎo)入的陰極液中含有NaOH；Cl則在陽(yáng)極表

3、面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水則從陽(yáng)極室導(dǎo)出，經(jīng)添加食鹽增加濃度后可循環(huán)利用1。 陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發(fā)生反應(yīng)為2H+2e=H2；而Na+則可透過(guò)離子膜到達(dá)陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時(shí)，為增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性，同時(shí)又不引入新雜質(zhì)，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。 2.研究的意義離子膜法制燒堿優(yōu)點(diǎn)：(1)燒堿質(zhì)量高，可滿足化纖、制藥等行業(yè)對(duì)高純燒堿的質(zhì)量要求。 ( 2)能耗低，國(guó)外離子膜法氯堿生產(chǎn)，每噸堿綜合能耗(蒸汽消耗折算計(jì)入電耗中)為2250kW/h，比隔膜法的平均3 200 kW/h節(jié)省950 kW/h。 ( 3)投資節(jié)省，離子膜法制燒堿生產(chǎn)比水銀法制

4、堿節(jié)省投資10%一15%，比石棉隔膜法制堿節(jié)省投資15%一25%。 ( 4)無(wú)污染，離子膜法氯堿生產(chǎn)沒有廢物，不存在水銀法制堿的汞污染和隔膜法制堿的石棉廢物等污染問(wèn)題。 ( 5)氯氣純度高，通常氯氣純度99%，是很好的有機(jī)氯生產(chǎn)原料。 ( 6)氫氣純度高通常氫氣純度99%，可直接用于要求高純氫的場(chǎng)合。 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，大量的新材料、新工藝、新方法在離子膜結(jié)構(gòu)、電解槽設(shè)計(jì)和電解工藝等方面應(yīng)用，給離子膜法制氯堿生產(chǎn)注入了新的活力2。二離子膜法制燒堿發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1.國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)60年代，國(guó)外一些公司開始研究離子膜法氯堿生產(chǎn)技術(shù)。1966年，美國(guó)杜邦(Dupont)公司開發(fā)了化學(xué)穩(wěn)定

5、性好，用于宇宙燃料電池的全氟磺酸陽(yáng)離子交換膜，并于1972年以后開始轉(zhuǎn)為民用。這種膜能耐電解食鹽水制氯堿時(shí)高溫、高腐蝕介質(zhì)的苛刻條件，為離子膜法氯堿技術(shù)的工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。1975年，日本旭化成(Asahi Iasei)公司首次將離了膜應(yīng)用于氯堿生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)了離子膜法氯堿生產(chǎn)的工業(yè)化。此后，發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相研究離子膜法氯堿生產(chǎn)技術(shù)，并取得了很大進(jìn)展。目前，國(guó)外有8家公司掌握了包括生產(chǎn)電解槽在內(nèi)整套的膜法氯堿生產(chǎn)技術(shù)3。它們是日本的旭化成(Asahi Glass ) ,氯工程公司（hlorine Engineering Company)、德山曹達(dá)(DS)，美國(guó)的西方化學(xué)(Oxychem )，英國(guó)的I

6、neOs(原ICI,Imperial Chemical Industry)，德國(guó)的伍德(U hde)和意大利的迪諾拉(De NOra)公司。與此同時(shí)，離子膜制燒堿法占世界燒堿總產(chǎn)量的比例也不斷上升。1987年，離子膜燒堿占世界燒堿總產(chǎn)量的10% , 1990年上升到18% , 1993年達(dá)到23.6% ,2006年達(dá)到30%。預(yù)計(jì)到2012年，離子膜法燒堿將占世界燒堿總產(chǎn)量的40%。離子膜法制堿在能源費(fèi)用較高的地區(qū)發(fā)展更加迅速。如在亞太地區(qū)，2005年的離子膜法燒堿已經(jīng)占該地區(qū)全部燒堿總產(chǎn)量的67.5 %.2.國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r及瓶頸去年以來(lái)，有關(guān)離子膜燒堿項(xiàng)目評(píng)審開工投產(chǎn)的消息頻頻見諸報(bào)端：2月

7、，沙隆達(dá)年產(chǎn)5萬(wàn)噸離子膜燒堿通過(guò)評(píng)審；5月，東明石化集團(tuán)15萬(wàn)噸/年離子膜燒堿項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段，計(jì)劃在2006年底建成投產(chǎn)；6月，焦作昊華年產(chǎn)10萬(wàn)噸離子膜燒堿項(xiàng)目開工；二季度，上海天原的36萬(wàn)噸年新裝置投產(chǎn)后，其燒堿年產(chǎn)規(guī)模達(dá)到76萬(wàn)噸；8月，唐山三友集團(tuán)年產(chǎn)30萬(wàn)噸燒堿一期工程試生產(chǎn);10月，山東東營(yíng)市化工廠二期12萬(wàn)噸離子膜燒堿項(xiàng)目一次性送電成功，順利投產(chǎn)據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅今年上半年，全國(guó)燒堿總產(chǎn)量為717.83萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)20%。其中，離子膜燒堿產(chǎn)量為218.58萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)35%。種種跡象表明，離子膜燒堿行業(yè)目前正在掀起新一輪的投資熱潮，我國(guó)也無(wú)可爭(zhēng)議地成為世界第一大燒堿生產(chǎn)國(guó)，不少

8、企業(yè)已經(jīng)樂(lè)觀地等待著接下來(lái)賺個(gè)缽滿盆盈了4。但是伴隨著大批新建、擴(kuò)建氯堿裝置投產(chǎn)，預(yù)計(jì)未來(lái)燒堿供大于求的局面難以逆轉(zhuǎn)，產(chǎn)能過(guò)剩必然引發(fā)市場(chǎng)的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，價(jià)格也會(huì)波動(dòng)較大，將逐漸形成倒U 型的走勢(shì)。長(zhǎng)期以來(lái)，一說(shuō)到離子膜燒堿的發(fā)展，技術(shù)困境總是被擺在最前面。不可否認(rèn)，久而久之，好象影響離子膜燒堿健康發(fā)展的就只有一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。離子膜生產(chǎn)技術(shù)掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手中，這是中國(guó)氯堿行業(yè)的一塊心病，威脅到我們產(chǎn)業(yè)的安全。但是，從離子膜燒堿的發(fā)展來(lái)看，國(guó)內(nèi)企業(yè)所面臨的遠(yuǎn)不只是技術(shù)問(wèn)題。隱憂一：使用超前，研發(fā)滯后 在當(dāng)前環(huán)保要求嚴(yán)格、油價(jià)上漲、能源緊缺的形勢(shì)下，發(fā)展離子膜法燒堿已經(jīng)成為氯堿企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)能

9、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，因此，國(guó)內(nèi)離子膜法燒堿的發(fā)展十分迅速。目前，國(guó)內(nèi)離子膜法燒堿生產(chǎn)廠家全國(guó)共86家，產(chǎn)能排前4名的企業(yè)離子膜法燒堿產(chǎn)能均超過(guò)了20萬(wàn)噸/年，2009年底前還有3家企業(yè)的離子膜法燒堿產(chǎn)能達(dá)到或超過(guò)20萬(wàn)噸/年。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2010年底前投產(chǎn)的142.5萬(wàn)噸/年裝置中有112.5萬(wàn)噸/年采用離子膜法，到2010年底，國(guó)內(nèi)離子膜法燒堿達(dá)產(chǎn)裝置能力達(dá)到794.7萬(wàn)噸/年，占總產(chǎn)能的49.34%。而到2011年，隨著又一批新建、擴(kuò)建氯堿裝置的投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)離子膜法燒堿不僅在生產(chǎn)能力上將超過(guò)隔膜法燒堿，而且產(chǎn)量也將超

10、過(guò)隔膜法燒堿。 我國(guó)離子膜法燒堿發(fā)展十分迅速，徹底淘汰了水銀法燒堿和部分石墨陽(yáng)極隔膜法燒堿，大大提升和優(yōu)化了我國(guó)氯堿工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了相關(guān)工業(yè)的迅速發(fā)展5。目前，世界上能生產(chǎn)離子交換膜法氯堿電解槽的7個(gè)生產(chǎn)廠其中包括北京化工機(jī)械廠生產(chǎn)的電解槽在國(guó)內(nèi)均有使用廠家，代表當(dāng)前離子膜法最先進(jìn)水平的高電流密度、低電流消耗、大單元面積、自然循環(huán)工藝的電解槽在我國(guó)已有企業(yè)采用。但專家指出，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平尚有一定差距，國(guó)內(nèi)離子膜燒堿行業(yè)在某種程度上存在著“使用超前，研發(fā)滯后”的問(wèn)題。 目前國(guó)內(nèi)離子膜法燒堿擴(kuò)能速度過(guò)快，規(guī)劃存在盲目性。得益于下游產(chǎn)品的市場(chǎng)行情好，和因企業(yè)缺鹽、缺電限產(chǎn)造成的供不足

11、需，國(guó)內(nèi)燒堿市場(chǎng)出現(xiàn)了近幾年少有的火爆行情，其中離子膜法燒堿企業(yè)的規(guī)模也呈現(xiàn)飛速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。但是隨著大批新建、擴(kuò)建裝置的投產(chǎn)，燒堿下游產(chǎn)品及離子膜法副產(chǎn)品利用技術(shù)的發(fā)展速度跟不上，這種行情將不復(fù)存在。一些企業(yè)，特別是新建裝置的企業(yè)，對(duì)上、下游市場(chǎng)及競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)、全面的分析，新增如此多的裝置將使原本已過(guò)剩的燒堿市場(chǎng)更加不堪重負(fù)。另外，從全球的氯堿發(fā)展形勢(shì)看，全球范圍內(nèi)燒堿過(guò)剩和產(chǎn)品同質(zhì)化趨勢(shì)使市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)變得更加激烈，這是各燒堿出口國(guó)面臨的共同問(wèn)題。而這也從另外一個(gè)方面制約了燒堿行業(yè)，特別是離子膜法燒堿的進(jìn)一步發(fā)展。特別值得一提的是，擴(kuò)能速度如此之快，而所用離子交換膜卻全部要依靠進(jìn)口。離子交換膜

12、是離子膜法燒堿的核心要素之一，目前，我國(guó)已建成投產(chǎn)的離子膜法燒堿裝置所用離子交換膜仍全部依靠進(jìn)口，且價(jià)格昂貴。進(jìn)口離子膜按800美元/平方米計(jì)，平均2.5年為一更換周期，大約每年需要購(gòu)膜費(fèi)用折合人民幣約2.756億元，不但增加了離子膜法燒堿的生產(chǎn)成本，而且受制于人。 隱憂二：能耗高，膜使用壽命短 過(guò)去世界各國(guó)生產(chǎn)高純堿都采用水銀法。而上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)明了離子膜電解法，因其兼有環(huán)保和節(jié)能等特性，從90年代開始在世界氯堿行業(yè)范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣，在目前幾種電解工藝中占據(jù)領(lǐng)先的位置。在我國(guó)離子膜法燒堿所占比例也在逐年提高，到目前為止已經(jīng)超過(guò)隔膜法，成為我國(guó)燒堿生產(chǎn)的主要工藝之一。在離子膜燒堿大規(guī)

13、模新增、擴(kuò)建的浪潮中，更令人擔(dān)憂的除了技術(shù)之外還有很多：雖然我國(guó)離子膜法燒堿生產(chǎn)裝置在增多,裝置技術(shù)水平在提高，少數(shù)企業(yè)的運(yùn)行指標(biāo)很先進(jìn)，但總體運(yùn)行水平并不高,如電耗、原鹽消耗等，離子交換膜的使用壽命與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有較大差距。裝置連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短，離子交換膜使用壽命不夠長(zhǎng)。我國(guó)采用離子膜法電解技術(shù)裝置(無(wú)論是國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，還是國(guó)產(chǎn)化技術(shù))已近20年，除少數(shù)幾家技術(shù)水平、管理水平較高的企業(yè)之外，能夠連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月以上的裝置很少，各裝置全年計(jì)劃外停車次數(shù)少則幾次，多則十幾次，甚至達(dá)數(shù)十次。而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)水平的企業(yè)大多計(jì)劃外停車全年只有二三次。同樣的電槽，同樣的膜，同樣的電解工藝，我國(guó)的膜壽

14、命一般只有24年，平均2.5 年，而國(guó)外的膜壽命可達(dá)36年，甚至更長(zhǎng)。我國(guó)計(jì)劃外故障停車次數(shù)每年如能保持在二三次，則離子交換膜壽命有望超過(guò)4年6。能耗高于國(guó)外先進(jìn)水平。我國(guó)離子膜法燒堿的平均電耗2286kWh/t，與國(guó)外先進(jìn)水平相差17%43%。2011年，我國(guó)離子膜法制高純燒堿的蒸汽消耗平均為0.67噸(折標(biāo)煤95.7千克)。有些廠家未經(jīng)蒸發(fā)而直接按30%液堿出售，而日本的蒸汽消耗只有0.343噸(折標(biāo)準(zhǔn)煤49千克)，綜合能耗國(guó)內(nèi)平均水平比國(guó)外高31%左右。鹽耗也遠(yuǎn)高于國(guó)外先進(jìn)水平。國(guó)外離子膜法燒堿的鹽耗一般在1.5噸以下，國(guó)內(nèi)鹽耗一般在1.551.60噸，甚至有些廠高達(dá)1.671.76噸，

15、相差50千克左右。隱憂三：未來(lái)市場(chǎng)不容樂(lè)觀 據(jù)全國(guó)氯堿工業(yè)信息中心統(tǒng)計(jì)，2010年，是國(guó)內(nèi)新建、擴(kuò)建裝置投產(chǎn)的高峰期，預(yù)計(jì)在原有基礎(chǔ)上還會(huì)新增產(chǎn)能261萬(wàn)噸；到2011年，擴(kuò)產(chǎn)高潮稍有降溫，但預(yù)計(jì)還會(huì)有合計(jì)產(chǎn)能達(dá)99萬(wàn)噸的裝置投產(chǎn)，若規(guī)劃中的幾個(gè)重量級(jí)項(xiàng)目現(xiàn)在或稍后開始建設(shè)，2011年投產(chǎn)裝置規(guī)模甚至還將超過(guò)2010年。而在新建和擴(kuò)建裝置中，離子膜法裝置占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2.發(fā)展趨勢(shì) 分析顯示，目前，包括離子膜法裝置在內(nèi)的國(guó)內(nèi)新建和擴(kuò)建氯堿裝置主要有以下特點(diǎn)7：一是原有大型企業(yè)加緊擴(kuò)產(chǎn)。2010年，齊魯石化氯堿廠投產(chǎn)了20萬(wàn)噸年離子膜燒堿裝置，其燒堿年產(chǎn)能力達(dá)到46萬(wàn)噸，位居全國(guó)首位。2011年，天

16、津大沽化工有限責(zé)任公司14萬(wàn)噸年離子膜燒堿裝置投產(chǎn)后，燒堿年產(chǎn)能力也將達(dá)到46萬(wàn)噸。到2012年，上海天原的36萬(wàn)噸年新裝置投產(chǎn)后，其燒堿年產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到76萬(wàn)噸，將重居國(guó)內(nèi)首位。據(jù)預(yù)測(cè)，到2012年，天津大沽化工有限責(zé)任公司燒堿年產(chǎn)能力也有可能超過(guò)50萬(wàn)噸。目前，國(guó)內(nèi)排名第5的巨化股份有限公司電化廠還將有擴(kuò)建裝置投產(chǎn)。 二是新建裝置中大項(xiàng)目多。如內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司原規(guī)劃項(xiàng)目年產(chǎn)規(guī)模為50萬(wàn)噸，寧夏西部聚氯乙烯有限公司規(guī)劃項(xiàng)目年產(chǎn)規(guī)模為30萬(wàn)噸，陜西金泰氯堿化工有限公司規(guī)劃項(xiàng)目年產(chǎn)規(guī)模為30萬(wàn)噸，三友集團(tuán)氯堿有限責(zé)任公司規(guī)劃項(xiàng)目年產(chǎn)規(guī)模為30萬(wàn)噸。 三是原廠搬遷后裝置規(guī)模大多擴(kuò)大。隨著國(guó)

17、內(nèi)城市建設(shè)速度加快，部分氯堿企業(yè)距離市區(qū)、居民生活區(qū)越來(lái)越近，已威脅到周圍居民的人身安全，需要遷址重建。這一問(wèn)題在江蘇省顯得尤為嚴(yán)重。江蘇省有910家氯堿企業(yè)需要搬遷或正在搬遷，搬遷后的裝置年產(chǎn)規(guī)模大多定為20萬(wàn)50萬(wàn)噸。其他省份的一些氯堿廠目前也面臨搬遷問(wèn)題，而且也計(jì)劃在搬遷時(shí)擴(kuò)大規(guī)模。四是原料豐富的地區(qū)新建裝置。這一現(xiàn)象在山東省尤為突出。山東省鹽業(yè)資源豐富，電力充足，建氯堿裝置有明顯的原料優(yōu)勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，山東省29家企業(yè)的氯堿年產(chǎn)能力合計(jì)達(dá)3195萬(wàn)噸，2010年至2011年有30萬(wàn)噸年擴(kuò)建裝置投產(chǎn)。除此之外，在2011年至2012年，預(yù)計(jì)山東省還將有5家企業(yè)（合計(jì)年產(chǎn)規(guī)模37萬(wàn)

18、噸）加入到氯堿行業(yè)。我國(guó)西部地區(qū)有豐富的煤炭、石灰石、天然氣等資源，一批大規(guī)模氯堿項(xiàng)目正在建設(shè)或籌建，其中包括內(nèi)蒙古億利化學(xué)、寧夏西部聚氯乙烯、山西陽(yáng)煤集團(tuán)、陜西金泰、內(nèi)蒙古晨宏力、內(nèi)蒙古吉蘭太等。五是下游產(chǎn)品市場(chǎng)廣闊的地區(qū)建氯堿廠。這點(diǎn)值得其他氯堿企業(yè)關(guān)注。如電解鋁是燒堿的主要下游產(chǎn)品之一，鋁資源豐富的河南、廣西均有新的氯堿裝置正在建設(shè)中。由于燒堿市場(chǎng)的區(qū)域特征明顯，這些裝置的投產(chǎn)將對(duì)周邊地區(qū)的原氯堿企業(yè)帶來(lái)沖擊。 根據(jù)目前我國(guó)燒堿消費(fèi)水平和氯堿裝置的現(xiàn)狀，金屬陽(yáng)極隔膜法電解槽和離子膜法電解槽將會(huì)在今后較長(zhǎng)時(shí)間共存(少則10年，多則20多年)。因?yàn)槲覈?guó)大部分DSA槽目前仍占有主導(dǎo)地位，而且擴(kuò)

19、張式金屬陽(yáng)極隔膜法電解槽具有相當(dāng)?shù)南冗M(jìn)水平和競(jìng)爭(zhēng)力，企圖短期內(nèi)全部用離子膜槽轉(zhuǎn)換或淘汰DSA槽是不現(xiàn)實(shí)的，也是極大的浪費(fèi)。在目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)消費(fèi)情況下，除合成纖維、醫(yī)藥、試劑、水處理和石油化工等部門外，多數(shù)用戶如造紙、肥皂、冶金、玻璃、化學(xué)品等行業(yè)在考慮生產(chǎn)成本的同時(shí)，只要隔膜法燒堿能滿足使用要求，沒有必要使用離子膜法燒堿。目前離子膜法燒堿產(chǎn)能完全能滿足國(guó)內(nèi)對(duì)高純堿的需求，隨著電解技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，未來(lái)幾年即將問(wèn)世并可商品化的更加先進(jìn)的氧(空氣)陰極離子膜法燒堿，噸堿電耗只有1600千瓦時(shí)，對(duì)我國(guó)目前采用的活性陰極離子膜法燒堿的企業(yè)將是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 專家建議，國(guó)家要高度重視，下大力量自主研發(fā)或花

20、費(fèi)大量外匯直接引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)制膜生產(chǎn)技術(shù)和裝置，組織強(qiáng)大的科技力量，加大資金投入，對(duì)樹脂合成、制膜工藝、膜表面處理、電槽考核和工業(yè)性試驗(yàn)等進(jìn)行一條龍攻關(guān)，盡快實(shí)現(xiàn)我國(guó)氯堿生產(chǎn)用離子交換膜的國(guó)產(chǎn)化、規(guī)?；a(chǎn)。據(jù)了解，離子交換膜的研發(fā)早已列入國(guó)家重點(diǎn)科研項(xiàng)目。作為國(guó)家“863”計(jì)劃的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目500噸/年全氟離子交換樹脂和離子膜項(xiàng)目已在山東東岳國(guó)際氟硅材料工業(yè)園動(dòng)工建設(shè)，這將對(duì)我國(guó)氯堿行業(yè)產(chǎn)生重大影響，使我國(guó)成為繼美國(guó)、日本之后的第3個(gè)能夠生產(chǎn)全氟離子交換膜的國(guó)家8。國(guó)家應(yīng)實(shí)施總量控制，在我國(guó)未掌握制膜技術(shù)之前，根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，適時(shí)適度發(fā)展離子膜法燒堿。對(duì)于用來(lái)淘汰落后的石墨陽(yáng)極和固定盒式

21、金屬陽(yáng)極隔膜法電解裝置的離子膜法燒堿項(xiàng)目應(yīng)予以大力支持，對(duì)于國(guó)家重點(diǎn)新建大型離子膜法燒堿項(xiàng)目，必須采用先進(jìn)的離子膜法電解技術(shù)，以增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提升我國(guó)氯堿工業(yè)的技術(shù)水平。同時(shí)，專家建議，我國(guó)今后新建、擴(kuò)建離子膜法燒堿裝置應(yīng)由以國(guó)外引進(jìn)為主逐步轉(zhuǎn)向以國(guó)產(chǎn)化為主9。三離子膜法制燒堿的研究方案及工作計(jì)劃1.研究方案10（1）一次鹽水精制一次澄清鹽水的制備是氯堿生產(chǎn)工藝至關(guān)重要的工段，精制效果的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。傳統(tǒng)性的一次鹽水精制工藝，采用配水、化鹽、加精制劑反應(yīng)、澄清、砂濾，然后再經(jīng)炭素?zé)Y(jié)管過(guò)濾器過(guò)濾。近幾年新建氯堿裝置一次鹽水工藝大都采用膜過(guò)濾技術(shù)制取精制鹽水，該工藝路線省去

22、了砂濾器、炭素?zé)Y(jié)管過(guò)濾器。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，經(jīng)膜過(guò)濾分離方法制得的一次鹽水質(zhì)量指標(biāo)、設(shè)備投資等都比傳統(tǒng)工藝?yán)硐?。所以一次精制鹽水工藝采用膜過(guò)濾器過(guò)濾工藝。 （2）二次鹽水精制離子膜法電解槽使用的高度選擇性離子交換膜要求入槽鹽水的鈣、鎂離子含量低于20wtppb，普通的化學(xué)精制法只能使鹽水中的鈣、鎂離子含量降到10wtppb左右。若使鈣、鎂離子含量降到20wtppb的水平，必須用螯合樹脂處理。 二次鹽水精制的主要工藝設(shè)備是螯合樹脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的運(yùn)行與再生處理及其周期性切換程序控制，可由程序控制器PLC實(shí)現(xiàn)，PLC與集散控制系統(tǒng)DCS可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；也可以直接由DCS實(shí)現(xiàn)控制。伍

23、迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建議采用三塔式流程。 （3）電解槽現(xiàn)在能夠提供離子膜電解槽的專利商有旭化成、伍迪、氯工程、北化機(jī)等廠家，這幾家公司的技術(shù)都是成熟的。槽型為復(fù)極式自然循環(huán)離子膜電解槽。 （4）淡鹽水脫氯淡鹽水脫氯有兩種工藝路線：一種采用空氣吹除法，該法脫氯效果欠佳，從淡鹽水中分離出來(lái)的廢氯氣純度低，無(wú)法匯入濕氯氣總管送氯氣處理工序，只能由燒堿液循環(huán)吸收，制成次氯酸鈉溶液。另一種采用真空脫氯法，該法脫氯效果較好，通過(guò)蒸汽噴射器或真空泵提供的真空系統(tǒng)將含氯淡鹽水中的游離氯抽出分離后進(jìn)入濕氯氣總管。建議采用真空法淡鹽水脫氯工藝技術(shù)。 （5）氯氫處理氯氣處理 由電解槽出來(lái)

24、的濕氯氣，溫度高并伴有大量的水蒸氣和雜質(zhì)，具有較強(qiáng)的腐蝕性，必須經(jīng)過(guò)冷卻、干燥和凈化處理。 氯氣處理系統(tǒng)分為冷卻、干燥、輸送三部分11。 冷卻選用填料式洗滌塔，能夠較好地除去濕氯氣帶出的鹽霧，填料采用CPVC花環(huán)。氯氣冷凝下來(lái)的氯水回收送淡鹽水脫氯工序。 對(duì)于干燥部分，在實(shí)踐應(yīng)用中已采用過(guò)多種干燥塔型和不同的組合方式，比較典型的有： a、一段泡沫塔、二段泡沫塔； b、一段填料塔、二段泡沫塔； c、一段填料塔、二段泡罩塔。 國(guó)內(nèi)采用最多的是填料塔和泡沫塔組合，這是兩種典型的塔。 泡沫塔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板數(shù)多；缺點(diǎn)是操作彈性小、不便于增加硫酸循環(huán)量，操作彈性僅為15%，塔板阻力降大，一

25、般為100-200mmH2O，而且開孔的加工精度、酸泥沉積等因素易影響其操作穩(wěn)定性。 填料塔操作彈性大，易操作，壓降小，但投資大，有效塔板數(shù)少。 泡罩塔的特點(diǎn)介于泡沫塔與填料塔制堿，塔板數(shù)多，壓降與泡沫塔相當(dāng)，操作彈性比較大。 經(jīng)過(guò)對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、比較，應(yīng)選擇二段干燥；一段為填料干燥塔，二段采用泡罩干燥塔。 目前氯氣輸送設(shè)備有兩種形式，一種是液環(huán)泵，另一種是離心式壓縮機(jī)。液環(huán)泵對(duì)氯氣含水量要求不苛刻，但動(dòng)力消耗大，輸送量小，出口氯氣壓力低，適用于生產(chǎn)規(guī)模在5萬(wàn)噸/年燒堿能力以下的氯氣輸送。離心式壓縮機(jī)具有輸送量大、排氣壓力較高、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡、得以改善工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)備能量消耗與同氣量液環(huán)泵相

26、比節(jié)電50%，但要求氯氣中含水量100wtppm，適用5萬(wàn)噸/年燒堿規(guī)模以上的裝置輸送氯氣。 建議氯氣處理工藝方案：濕氯氣經(jīng)氯水洗滌，鈦管換熱器，氯氣除鹽、降溫后經(jīng)一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯氣含水量50wtppm，氯氣輸送選用大型離心式氯氣壓縮機(jī)。 氫氣處理 由電解槽出來(lái)的氫氣溫度高、含水量大、且含堿霧，故必須進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)分直接冷卻和間接冷卻兩種，建議選擇氫氣洗滌塔直接洗滌冷卻降溫、列管換熱器間接冷卻，水環(huán)式氫氣壓縮機(jī)輸送。 （6）氯氣液化通常根據(jù)氯氣壓縮機(jī)壓力的不同，將氯氣液化方式分為高壓法、中壓法和低壓法三種。高壓法消耗冷凍量少，不需要制冷機(jī)，能耗低。 2.工作計(jì)劃查詢相關(guān)資料與文獻(xiàn)，在對(duì)燒堿電解工段以及整個(gè)燒堿車間的工藝的了解后，確定選擇一套能夠年產(chǎn)15萬(wàn)噸離子膜制燒堿工藝方法，在確定了原料來(lái)源地后，設(shè)計(jì)