离子膜和隔膜法制碱两种工艺对比分析

（表中价格均不含税） Nhomakorabea２ｌ
２００８年全国烧碱行业技术年会论文集
通过蒸发浓缩。在这个浓缩过程中则需消耗大量的蒸汽，一般先进的企业可控制在２．５优 １００％ＮａＯＨ蒸汽消耗量，较差的企业则在３．０．４．０
ｆｉｔ
Ｉｏｏ％ＮａＯＨ甚至更高。而蒸汽在产品综合
能耗统计中对于隔膜碱来说所占的比例最大。这就是隔膜碱能耗较离子膜法高的原因所在。 因此，隔膜法制碱的企业应将工作重点放在节约蒸汽消耗这方面上来。 ２．６运行安全性 对于隔膜法，在隔膜法采用了改性隔膜后，运行安全性能得到了根本保障。对于离子膜 法工艺来说，其运行安全性能可以说是没有问题的。但因使用的离子膜对生产环境要求比较 高，不管在盐水质量上、操作的稳定性上、原材料的要求上等方面均有严格的要求，一旦出 现失误，对企业造成的经济损失是相当严重的。例如，一旦系统出现问题造成离子膜受损就 必须更换离子膜，它将产生两种后果：一是企业没有足够的备用膜，若紧急采购则必须２个 月以上，企业必须停产或勉强运行，但均将对电槽的极片造成严重损害；二是换膜费用，对 于一般电流密度运行的企业，每一万吨烧碱换膜费用可达约１００万元人民币。而对于隔膜法 来说，一般盐水质量、操作出现异常还会出现严重问题，即使需要换膜，它可以不需立即全 部更换，可采取一些简单的措施后在保证运行的条件下逐步换膜，确保了企业生产的连续性， 费用上也仅是５万元／万吨烧碱，间接经济损失也较小。所以对于一些条件不太好的企业，采 用隔膜制碱工艺不失为一种较好的选择，而不必去刻意追求离子膜法，否则极有可能给企业 带来沉重的负担。 ２．７环保方面 两种工艺均采用了事故氯处理装置，在环保方面相对没有什么问题，但对于隔膜不法来 说，它主要存在以下两个方面的缺陷：一是因隔膜电槽的特殊性，一旦操作出现严重失误， 尤其是氯气压力严重正好压的情况下会造成氯气的外泄，污染环境，但这种失误在离子膜法 工艺上来也绝不允许的。这种情况可通过提高自动化程度来解决，不存在什么问题；二是石 棉污染问题，这一点在本文中已有叙述。 ２．８成本方面 ２．８．１成本对比表
注：①对丁．两种Ｉ：艺来说。成品的成本核算方式不一样，在本文进行成本比较时以总成本进行比较。 ②本表巾的比较是以本公司多年运行的实际情况为例，盐水方面使用卤水 ③本表中两种．Ｉ：艺相同部分，视作零，因此，此成本并ｌｔ－ｉ墓实完全成本。 ④本对比表均以１ ０万吨／年的生产规模进行比较 ⑤对于离子膜Ｉ：艺因要去除氯酸盐所要消耗的蒸汽和盐酸、烧碱在本文中朱作计算和介绍．
９６．５－９７．５ ９７．９８．５
氯中含氧％
≤２ ≤ｌ
氢气纯度％
≥９９ ≥９９
从上表可以看出，离子膜法的氯气纯度优于隔膜法，且含氧低（上述为本公司实测数据）。
２．４清洁生产方面 两种制碱工艺相比较，其最大的区别在于隔膜法制碱石棉的污染。一方面过多地接触石 棉可导致“石棉肺”等疾病的发生，另一方面电槽停运后冲下的废石棉的处理。这两点原因 一直是国内、外相关人士提出淘汰隔膜法制碱的一个重要理由。这种理由没有错，但这一缺
前隔膜电槽全部采用了改性隔膜，在运行电流密度１．８４№２条件下（３０．Ⅲ型电解槽，运行
电流５６ｋＡ），其平均槽电压约在３．１５Ｖ，总管氯纯度约在９７％左右。
从上述情况看，隔膜法烧碱的单位产品电耗与离子膜法烧碱中的离子膜的全寿命过程的
综合平均电耗相比，可谓平分秋色。隔膜法烧碱的电耗并不一定比离子膜法的高，关键在于我们 氯碱企业不能因外界认为隔膜法制碱属淘汰工艺，而去消极对待，不去加强管理和技改，或者将 想用于隔膜法技改的钱花在用离子膜法来取代隔膜法的项目上去。 ２．５．２汽耗 对于两种工艺来说，蒸汽的消耗在盐水、电解、干燥工序消耗差别不大，在其它方面的差 别如下： （１）离子膜法。它所需要消耗的蒸汽在于真空脱氯，但消耗量不大，一般在 ０．２．０．４优．Ｉｏｏ％ＮａＯＨ。但它可以以动力消耗的形式取代蒸汽消耗。 （２）隔膜法制碱。因从电解槽出来的电解液含碱浓度仅１０％左右，且含盐量较高，必须
２．５．１电耗面 人们普遍认为，离子膜法制碱工艺的优点是离子膜槽的电流效率高，电耗低，而隔膜法 则正好与其相反。这种观点在以前相对于普通隔膜、盒式电极形式的电槽来说是正确的，但 如果采用了改性隔膜，配扩张阳极式活性阴极工艺，情况就完全不一样了。隔膜法制碱存在 普通隔膜和改性隔膜之分。普通隔膜存在着隔膜厚、隔膜电阻高、运行寿命短、易溶胀、易 形成氯内含氢高、抗运行条件变化能力差、安全性能差等缺点。而改性隔膜因添加了改性剂 而使其性能得到大幅改善。改性剂有乳液和纤维等品种。国内目前使用的改性膜绝大部分是 四氟乳液法。这种情况下的改性膜存在着性能不稳定、电解液浓度低等缺点。我国在上世纪 ８０年代由化工部组织、江苏常州化工厂负责开发的聚四氟乙烯纤维法改性隔膜虽通过了化工 部组织的鉴定，后因离子膜法制碱工艺的冲击，对该项技术的推广和完善未能得到行业重视， 而更进一步的改性剂ＳＭ．１、ＳＭ．２、ＳＭ一３等系列先进改性剂的开发更是无人问津。同时国产 石棉绝大部分是采用的建筑用棉的标准和生产技术，行业未能在石棉的开发利用上做过相关 研究、开发和规范管理，导致改性隔膜用石棉目前只能依赖进口。因此，行业协会若在该方 面组织力量攻关，做些符合中国国情的工作，隔膜法制碱这些方面的发展潜力仍然较大，绝 不能轻言淘汰隔膜法制碱。因为离子膜的国产化暂无法实现，在进口离子膜方面让外企赚了 太多的利润，并且给企业带来了一定的麻烦。扩张阳极与盒式阳极比较，它可以将阴、阳极 之间的距离减少至３ｍｍ以下，从而大大缩减了溶液压降，达到槽电压降低的目的。扩张阳极 经过最近几年的发展，制作质量有了较大的改观，尤其是弹簧的制作质量得到明显提高。目 前扩张阳极不论是收缩和扩张后，其垂直度、扩张度均能做到基本一致，有效保证了极距的 均匀性，使电流在电槽内的总体分布趋向均匀。例如，江苏常州新东化工发展有限公司，目
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点可采用相关措施来克服。一是加强对石棉的管理，给接触者配备齐全的劳护用品：二是废 石棉可利用板框压滤等一些技术进行压干，并利用其作为相关石棉制品的原料给予回收利用， 这样就很好地克服了上述两项不良因素。因此，只要有良好的管理，隔膜法制碱并不是非清 洁生产工艺。
２．５能耗方面
２两种制碱工艺的比较
２．１盐水工序的比较 ２．１．１对原材料的要求 对于离子膜制碱工艺来说，对使用的原盐或卤水品质要求较高，尤其对其中所含重金属 离子的含量要求。因为我们盐水处理过程中对某些重金属离子是无法进行去除的，一旦进入 生产系统，对离子膜的影响较大。而对隔膜法制碱工艺来说，可以没有什么大的要求。 ２．１．２盐水处理工艺 （１）纯隔膜法制碱工艺，因其不存在硫酸根的积累问题，可以在盐水处理过程中不对硫 酸根进行处理。该工艺的特点对盐水质量提出的要求不高。尤其对于国内许多富有地下盐矿 的地区，本工艺可以大量使用卤水甚至可以实现全卤制碱，极大地利用了资源优势。因开采 地下盐矿以卤水形式输出，其成本较低，能给企业带来极大的经济效益。 （２）离子膜法制碱工艺，因其工艺特点，盐水系统存在硫酸根积累问题。一般情况下， 盐水系统一个循环，可使硫酸根积累量大概在１３．５ｋｇ／ｔ １００％ＮａＯＨ左右，因此必须对硫酸根 进行去除。当然去除的方法有很多种，但不管采用哪种方法，均存在以下几个问题：ａ．增加了 盐水精制处理的难度。ｂ．增加了盐水精制的成本。ｃ．增加了盐水被二次污染的机会。ｄ．增加了 需要处理的固体废弃物。同时，因该制碱工艺中的电解工序将有含盐量在２００９／Ｌ左右的淡盐 水返回盐水处理工序，占制碱用饱和盐水的总量的８０％左右，极大地限制了对卤水的使用量， 对企业降本增效带来极大的影响。 ２．２对于电解工序的比较 （１）离子膜法需对盐水工序送来的一次盐水进行二次精制，在此过程中将盐水中的杂质
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（２）对于电解方面 离子膜法使用的是离子选择性透过膜（简称离子膜）。该膜国内虽然投入了大量的资金 进行开发研究，但至今毫无结果。所以，国内所有该工艺使用的离子膜均必须从美国或日本 进口，受制于人现象相当严重。同时该膜价格较高，质量掌握在别人手中，很多企业离子膜 往往达不到质量保证使用寿命，短者甚至不超过一年，虽经交涉均有不同程度的补偿，但给 企业造成的损失仍然相当大，同时一般企业还未将因换膜造成的延伸损失进行计算。对于该 工艺对员工的素质要求相当高，否则一旦出现不正常的操作往往对离子膜造成明显的影响。 对于隔膜法，使用的膜是改性隔膜，它是用石棉和四氟类改性剂由企业自制而成，膜的成本 低。工艺操作上对企业从业人员素质要求相对较低，操作弹性较大。一旦膜因操作不当受到 损害，更换膜的损失较小，同时对企业的总体生产影响不大，保证了生产的连续和稳定。 （３）对于离子膜法工艺而言，电解出来的烧碱即可达到浓度为３２％的成品碱，可直接入 库销售。而隔膜法工艺则不同，电解出来的仅仅是含碱量约１０％的淡碱（下简称电解液）， 且其中含有大量的盐，需配套蒸发工序，用于对电解液的增浓和提纯。该工序消耗的能源比 较大，主要是蒸汽的消耗。 （４）对于离子膜法工艺而言，电解槽出来的淡盐水中富含游离氯，必须配套脱氯工序， 将盐水中的游离氯脱出才能返回上道工序再重复使用。该工序需要消耗相对较少的能源蒸汽 （适合于热泵类工艺）和烧碱、亚硫酸钠等材料，而隔膜法工艺则不需要。 ２．３产品品质比较 （１）成品碱的质量比较
就属于劣质产品，这关键看下游用户的用途。有很多下游用户要的仅仅是ＮａＯＨ，对于其中含 有的其他杂质物质并不影响其任何使用。有的企业例如某些印染企业，他们就需要含些盐的 碱，没有必要去使用高品质的离子膜碱。因此，作为氯碱企业应能生产出适合各种客户需求 的产品。 （２）氯和氢的质量比较
项目 隔膜法 离子膜法 注： 氯纯度％（总管）
离子进一步降低，同时需消耗一定的热能、电能及成品酸、碱、ａ一纤维素和大量的纯水。
因盐水对杂质离子的要求相当高，使用的酸必须是精制盐酸，企业必须为其配套精制盐酸的 生产线，用于去除一般酸中存在的坤等杂质离子。同时，在此处理过程中将使盐水得到一定 的浪费。而隔膜法则无需上述过程，盐水工序送来的一次盐水只要经预热、ｐＨ调节后即可直 接进入电解系统。