氯碱年会太原论文集.doc

2008年全国烧碱行业技术年会论文集
目 次

我国烧碱生产技术发展现状 中国氯碱工业协会（1）
我国烧碱行业发展趋势与对策建议 刘自珍（13）
离子膜和隔膜法制碱两种工艺对比分析 刘立初（19）
旭化成F6801离子膜的运行总结 李明，吴玉斌，仇志勇，郑平友（27）
12万t/a电解装置运行总结 魏军海，徐梓达（31）
n-BiTAC新型电解槽的应用和研讨 章斯淇（37）
BiTAC-8型电解槽建设和运行总结 杜疆，申玉海，苏裕，王建川（41）
零压力控制NCZ电解槽的方案及其节能运行效果 吴彬，周延红（44）
采用节能型电槽保障隔膜电解在高负荷下运行 杨履思，张国忠，李玉生（49）
离子膜自然循环电解槽改零极距电解槽总结 王威（54）
离子膜电槽极网更换及再运行效果研究 黄海山，易红萍，劳一民（57）
国内两槽修理概况 袁忠（59）
NBH-2.7型自然循环高电流密度复极式离子膜电解装置开停车方法及运行要点 刘秀明（62）
大力发展精细化工产品实现氯碱整体实力提升 刘岭梅（76）
烧煤技术在连续加工固碱工艺中的开发应用 顾洪岩（80）
膜法除硝技术在氯碱盐水生产中的应用 刘立初（82）
淡盐水脱氯工艺的改进 张术山，冯超，许剑平（87）
布林克除雾器在氯气处理系统的应用 韦峰（92）
制片机的设计制造和运行情况 王荣春（94）
氯气冷却器工艺改造 刘义，王俊敏，赵敏（98）
提高氯气泵输送能力探讨 曹湘红（100）
依靠科技创新做好离子膜法烧碱生产节能减排工作 陈炳谦，曹桂生，曹战国，牛建生（103）
湿氯气余热利用及工艺设备的计算 樊启彪，潘柏茂（106）
烧碱副产氢气综合利用方法概述 刘岭梅（111）
氯碱生产中盐泥的回收利用 赵以波（114）
采用双膜法深度处理回用有机废水的实验研究 吉春红（116）
氯碱工业污水再生回用工程研究 郭春禹，王宇彤，罗德波，李忠（127）
DCS控制系统在氯化氢合成中的设计及应用效果 吴彬，库尔班艾力，吉建红，任爱江（136）

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我国烧碱生产技术发展现状
中国氯碱工业协会
1概述
近年来，我国氯碱工业发展呈现快速上升态势，原有氯碱企业纷纷扩大生产能力，同时一些新的企业也相继诞生，产能快速提升。据协会统计，仅2006年和2007年离子膜电解槽订货量分别为391.14万t和611.52万t（其中584.85万吨产能将于2008/2009年投产）；据中国氯碱网CCAON统计,截至2007年底，我国隔膜法烧碱生产能力为804.4万吨，离子膜法烧碱产能为1330.05万t，烧碱总产能达到2177.45万t，稳居世界第一。我国氯碱工业在产能迅速提升的同时，技术也获得了长足发展，规模化装置增多，装置技术水平提高，国内氯碱企业先后从发达国家引进了多套先进技术和现代化装备，使我国氯碱工业的装备和技术水平有了很大的提高。
表1 2003-2007年我国烧碱产量、进出口量、表观消费量变化情况（万t）
年 份
烧碱产量
进口量
出口量
消费量
2003
940
10.5
37.3
913.2
2004
1060
9.1
29.1
1040
2005
1240
4.7
83.4
1161.3
2006
1511
2.7
133.1
1380.6
2007
1759
3.2
147.4
1614.8
1.1规模化生产装置增多
国际原油价格持续走高为国内电石法聚氯乙烯的发展带来了机遇。我国西部地区有丰富的煤炭、石灰石资源，以及西部大开发政策的落实，为发展电石法聚氯乙烯提供了得天独厚的条件。目前已有多个大型氯碱项目在西部建成投产或正在建设中，这些大型氯碱项目的建设将加速我国氯碱行业向规模化发展。但总体上看，我国氯碱行业的集约化经营度还比较低的，如美国烧碱总产能约1 400万t，仅有13家生产商，装置31套。世界十大氯气生产商的总产能为2 049万t，约占全球总产能的40%。据协会技术经济网2007年统计数据显示，2007年我国烧碱产量大于30万t/a的企业有6家，20-30万t/a的企业有14家，10-20万t/a的企业有43家，低于10万t/a的企业有100多家，相比之下，我国氯碱企业的集中度是非常低的，全球十大氯气生产商情况见表2。
表2 全球十大氯气生产商
名次
公司名称
氯气总产能/万t
全球份额/%
1
DOW
665.8
12.71
2
Occidental
274.3
5.42
3
Formosa PC
186.4
3.56
4
PPG
169.4
3.24
5
Solvay
169.2
3.23
6
Bayer
161
3.07
7
Atofina
123.8
2.37
8
Olin
105.0
2.00
9
Asahi Glass
103.8
1.98
10
Tosoh Corp.
90.6
1.73

合计
2 049.6
39.15
1.2装置的技术水平不断提高
面对日益高涨的原油价格、环保要求的不断提高、十一五节能减排目标的实现，发展离子膜烧碱已经成为氯碱企业调整产品结构、节能降耗、保护环境、增强市场竞争力的主要措施，绝大多数企业都将离子膜法工艺作为扩建或改造项目的首选工艺，国内新建烧碱装置中，基本都采用离子膜法生产工艺。预计到2009年，我国离子膜法装置生产能力将达到2000万t。
2 我国烧碱生产工艺技术现状分析
2.1电解系统
2.1.1离子膜电解工艺技术
离子膜电解法制碱技术因其具有节能、产品质量高 、无污染等诸多优点而被世界公认为技术最先进和经济最合理的制碱方法。近年来，不论是盐水的精制方法、电解槽型、电极材料，还是离子膜本身的性能都有了飞跃发展。
1983年，盐锅峡化工厂引进日本旭化成离子膜法电解技术揭开了我国氯碱工业规模化、工业化生产离子膜法烧碱的新篇章。随着改革开放的深入，国内许多氯碱企业纷纷引进先进技术。20多年来，先后有数十家氯碱企业从日本、美国、英国、意大利、德国等国家的世界8大驰名公司引进了数十种离子膜法电解槽，总产能超过1300万t/a。1984年，北京化工机械厂引进了旭化成、旭硝子离子膜法电解槽制造技术、阳极活性涂层、活性阴极等技术，采用这些引进技术先后制造了复极槽和单极槽。经过多年的技术转换、消化、吸收和创新，北京化工机械厂制造的具有自主知识产权的国产化离子膜法电解槽已达到世界同类产品的先进水平。1993年 7月，沧州大化集团首家采用了北京化工机械厂制造的 MBC-2.7型复极式离子膜法电解槽，为推广国产化离子膜法电解槽开创了先河。
2.1.1.1引进技术
20世纪 80年代为技术空白阶段，探索式谨慎引进技术，仅从国外4个公司引进少量离子膜法电解技术装置；20世纪90年代为技术发展阶段，开拓式全面引进技术，从国外6个公司引进大量离子膜法电解技术装置；21世纪初期为技术创新阶段，理性选择引进技术，侧重从旭化成、氯工程、伍迪三大公司选择引进先进的离子膜法电解技术装置。从1983年盐锅峡化工厂引进日本旭化成离子膜法电解技术至今，世界上绝大多数能够制造离子膜法电解槽技术装置的公司的各种类型、规格的离子膜法电解槽技术装置，包括复极槽单极槽，强制循环形式的、自然循环形式的、半强制循环形式的，小单元面积的、大单元面积的，低电流密度的、高电流密度的，都被引进和采用。
2.1.1.2槽型选择
在20世纪80年代，复极式离子膜法电解槽占绝对优势；进入20世纪90年代，单极式离子膜法电解槽发展迅速，数量大增，生产能力已接近复极式离子膜法电解槽；进入21世纪，复极式电解槽急速发展，数量再次大大超越单极式电解槽，其近几年在氯碱行业一统天下，在新建或改扩建离子膜法烧碱装置时，选择高电流密度、自然循环复极式离子膜法电解槽已成为绝大多数氯碱企业的共识。
2.1.1.3 装置规模大型化
20世纪80年代我国引进的离子膜法电解装置为1万-2万 t/a；20世纪90年代，上海氯碱化工股份有限公司一次引进 l5万 t/a，锦化化工(集团)有限责任公司一次引进 12万 t/a；进入 2l世纪，上海天原化工集团一次引进36万 t/a，齐鲁股份有限公司氯碱厂一次引进20万t/a，新疆天业化工股份公司一次引进18万 t/a大型离子膜法电解装置。2008年，陕西北元化工一次引进40万t/a。
2.1.1.4 电流密度趋高化
离子膜法电解技术不断创新，逐步趋向高电流密度。早期离子膜法电解槽的电流密度在3.3 kA/m 左右，电极保证寿命为6年。而进入2l世纪，北京化工机械厂与旭化成公司合作，后经转换自行制造的ZMBCH-2.7型高电流密度自然循环复极式离子膜法电解槽，其电流密度可达 6 kA/m ；引进的旭化成公司 ML32-NCH型离子膜法电解槽、伍迪公司BM-2.7型离子膜法电解槽、氯工程公司BiTAC型离子膜法电解槽，其电流密度均可达到 6kA/m，电极保证寿命达8年。
2.1.1.5 直流电耗渐低化
离子膜法电解技术进步，其主要目标是降低直流电耗。早期的直流电耗均在 2 300 KWH/t左右，如旭化成公司标准型自然循环复极槽，电流密度为3.06 kA/m 时，直流电耗为2 430 kW·h /t；其改进型自然循环复极槽，电流密度为3.35 kA/m 时直流电耗为2 228 kW·h/t。近几年涌现出一批更加先进的电流密度更高、直流电耗更低的新型离子膜法电解槽，如 ML32-NCH型、BiTAC型、BM-2.7型和 ZMBCH-2.7型等高电流密度自然循环复极槽，电流密度为5 kA/m 时，直流电耗均在2 130 kW·h/t左右。
旭化成公司研制的高电流密度零极距电解槽在天津大沽运行结果显示，高电流密度零极距电解槽比NCH电槽的直流电消耗低近100 kW·h/t，且电流密度越高，直流电消耗差距越大。高电流密度零极距电解槽优势更明显。
氯工程研制的新型n-BiTAC电解槽在芜湖融汇化工运行结果显示，实际直流电耗比BiTAC电解槽直流电消耗低约90 kW·h/t。
2.1.1.6 向高电流密度自然循环复极式方向发展
高电流密度自然循环复极式离子膜法电解槽具有诸多优势
(1)高电流密度的优势
①强化生产能力。与早期的3.3 kA/m电流密度的离子膜法电解槽相比，相同条件下电流密度为5.5 kA/m时，可提高烧碱产量约66.7%。
②降低投资费用。以旭化成复极式离子膜法电解槽生产l万t/a烧碱为例，在运行电流密度为3.3 kA/m时需要98对电极，即需要99个单元槽和 98 张离子交换膜，而运行在高电流密度4.2 kA/m时，则只需78对电极，即需要79件单元槽和78张离子交换膜。两者相比，单元槽数和离子交换膜数均相应减少20%，电解槽维修费用和更换离子交换膜的费用也低，既节省占地面积，又减少建筑厂房投资。
③减少副反应，提高电流效率。提高电流密度后，在电解液中氢氧化钠浓度保持不变时，必须相应加大通过离子交换膜的盐水流量，也就必然减少了OH-的反迁移，减少副反应，有利于提高电流效率。
(2)自然循环的优势
采用自然循环方式的离子膜法电解槽，一般是利用电解反应过程中在电解室内生成气体的携带作用，并利用电解槽内部结构造成的电解液密度差，使电解液在电解槽内部循环，其推动力为氯气泡，电流密度越高，单位时间内产生的气泡量越多，推动力也越大。一般国外运行电流密度为6 kA/m左右。目前国内电解槽运行的电流密度最高为5.5 kA/m，正常运行时以4.5 kA/m为宜。采用自然循环形式可提高装置运行的安全、平稳性，减少循环设备和动力能源的消耗，延长离子交换膜的使用寿命，其最终目的是降低生产成本，提高离子膜法电解装置的综合经济效益。
(3)复极式电解槽的优势
复极式电解槽具有流程短、设备少、投资省、单台生产能力大(单台生产能力达2万 t/a的电解槽)、占地面积小 、布置合理等特点，单元槽串联供电，低电流，高电压，电流效率高，槽间电压损失少；易采用微机控制，管理方便，单元槽用油压紧，检修方便。
2.1.2 隔膜电解工艺技术
2.1.2.1 改性隔膜技术
国内改性隔膜吸附制造技术和扩张阳极的制造技术都已很成熟，改性隔膜和扩张阳极技术在国内很多工厂都得到了广泛的应用，基本上都采用国产四氟乳液作改性剂，与使用进口SM-2改性剂相比，隔膜的制造成本可大幅度下降。隔膜的烧结过程是隔膜制作的关键，要求烧结炉内温差控制±3 ℃内，烧结过程中炉温上升速度能够达到3 ℃/min以上，因此温度控制最好使用简单的程序控制器实现自控。结合金属阳极的重涂，采用改性隔膜技术，对普通盒式阳极进行改造是一项技术经济性非常好的技术改造，同样电流密度下，可使槽电压下降0.2V左右，节能效果非常明显。
2.1.2.2 活性阴极改性隔膜节能型电解槽
隔膜电解槽的活性阴极技术借鉴了离子膜电解槽的活性阴极技术。隔膜电解槽所用的活性阴极材料为316L，用超低碳不锈钢板冲孔制成，网孔直径为 2.4 mm，开孔率为 38%左右(而普通阴极网袋开孔率为20%左右)。采用高温、高浓度碱蚀工艺，将不锈钢表面的 Cr、Fe等成分腐蚀掉，在不锈钢表面形成多孔的富镍表层(镍属于中过电位金属，在电流密度为 1 A/cm 时过电位为 0.5～0.7 V)，使阴极活性层的比表面积增大，以降低阴极电流密度，从而降低阴极的析氢电位，也就降低了槽电压。
活性阴极改性隔膜节能型电解槽特点：(1)活性阴极与普通阴极相比，析氢电位降低 200 mV左右，活性阴极改性隔膜电解槽的槽电压较普通隔膜电解槽下降0.17 V。(2)活性阴极改性隔膜电解槽氯中含氧体积分数较普通隔膜电解槽上升 0.13%，依据氯碱生产技术中虎克公式计算，则阳极效率下降 0.26%，相当于电流效率下降0.26%。(3)活性阴极改性隔膜电解槽氯中含氢量较普通隔膜电解槽低。
2.1.3 电解方面新技术介绍
2.1.3.1 氧阴极技术
由伍迪公司与拜耳公司共同研发的氧阴极技术（ODC）用于盐酸电解已成功地实现了工业化，2台1万吨氯气/年离子膜法电解盐酸溶液电解槽分别于2003年10月和2004年5月在拜耳公司的Brunsbuettle投入工厂运行。每台电解槽有76个单元，采用第二代ODC(RhSy)电极，单元有效面积为2.5 m2, 运行电流密度为5 kA/m2, 直流电耗1 100 kW·h/tCl2, 较传统的隔膜法盐酸溶液电解槽的电耗下降700 kW·h，膜和气体扩散电极的预计寿命为4a。最大工业化的21.5万t/a盐酸电解装置将于2008年在拜耳上海MDI/TDI一体化工业区投产。
拜耳公司预计用于NaCl溶液电解生产烧碱和氯气的氧阴极技术在2010年开发成功。
2.1.3.2 氢燃料电池在氯碱行业的应用
理论上，电解需要电力的20%可由氯碱装置生产的全部H2来供应。
荷兰NedStack和阿克苏诺贝尔基础化学品公司在荷兰Delfzijl建设合资的膜法电解装置，该装置采用了50 KW质子交换膜（PEM）燃料电池发电，项目采用来自电解槽的H2副产品为原料，系统由12个质子交换膜反应堆构成，反应堆由NedStack公司制造，每一个拥有75PEM燃料电池。每一个电池的有效面积为200 cm2。该系统发出峰值电力为120 MW，应用中的静态电力为50 kW，在56%（低热值氢气）操作点下，拥有理想的燃料电池转化效率。截至2008年4月中旬，该系统与电网相连已运行超过4000小时。燃料电池发电超过200 MW·h。据悉，不久应用于氯碱工业计划将使该系统放大至1MW。
阿克苏诺贝尔公司也计划在德国Bitterfeld的氯碱装置上投运15KW碱式燃料电池。碱式燃料电池比PEM系统的优点是成本较低。
另外，美国Nuvera燃料电池公司完成在意大利Brescia的Caffaro化学公司氯酸盐生产装置上Forza燃料电池的现场试验。该120KW设施由Uhdenora公司设置，已发电18.5万KWh，使用率超过95%。
目前我国还没有一家氯碱企业采用该项技术，主要是因为需要氢气和氯气合成生成的氯化氢用于聚氯乙烯生产。
2.2 盐水系统
2.2.1 原盐结构多样化
随着氯碱企业生产规模的不断扩大，原盐消耗量也在不断上升。为降低盐水生产成本，氯碱企业都在不断优化原盐结构。尤其2004和2005年国内海盐欠产，供应短缺，卤水、进口盐、真空精制盐的用量大幅增加。目前，靠近卤水资源的氯碱企业充分利用卤水，卤水用量比例越来越高。针对有些地区卤水总铵、锶含量较高的特点，可分别加入NaCIO及控制较高的Na2CO3过量，制得合格的盐水。
此外，对大量使用真空盐的工厂，使用中需要注意防结块剂亚铁氰化钾对电解槽的影响。由于K4[Fe(CN)6]在盐水精制过程中不能被除去，进入电解槽阳极室后会被氧化成Fe3+, 导致阳极液中铁离子浓度过高，并以Fe(OH)3的形式沉积于离子膜的阳极侧，Fe(OH)3也会沉积在电解槽阳极液出口软管上，使软管颜色变红，看不清管内液体流动情况。所以在使用真空盐时，需预先与真空盐生产商进行沟通，少加或不加防结块剂亚铁氰化钾。对同时生产食用盐的生产商，还需防止食用盐中的碘混入氯碱工业用盐中。
2.2.2 一次盐水精制
（1）表面膜过滤技术和新型一次盐水精制技术
随着电解系统大规模地采用离子膜法生产工艺，离子膜电解槽的设计电流密度大幅提高以及金属阳极隔膜电解槽普遍改造为扩张阳极改性隔膜电解槽。改进盐水生产工艺，提高盐水质量已得到各氯碱生产企业普遍重视。盐水精制系统的技术进步，主要围绕如何更加有效除去Ca2+、Mg2+等阳离子和阴离子SO42-。
传统的盐水精制工艺采用道尔型（或改良道尔型）澄清设备、砂滤器、碳素管过滤器来实现盐水一次精制，目的是将盐水中的钙、镁离子除到5×10-6以下，SS除到1×10-6以下。目前新建的离子膜烧碱装置的盐水一次精制系统较多地采用表面膜过滤技术，其优点是膜分离盐水精制工艺流程较传统工艺简单，去除了碳素管过滤器等工艺环节，不需大型的澄清桶砂滤器等设备，占地面积小，投资少，运行费用较低操作方便。目前我国在盐水精制工艺中采用的过滤膜主要有新加坡凯发公司的HVM膜，美国戈尔公司的GORE-TEX膜和颇尔ZF膜。从目前已投入运行的装置的运行实绩来看，表面膜过滤技术用于盐水一次精制是非常成功的。
除此之外，新型一次盐水精制技术CN过滤器和陶瓷膜过滤器也被国内一些企业采用。这两种新技术在中国氯碱工业协会组织的2007年全国烧碱行业技术年会上已进行了介绍。
CN过滤器用于盐水精制过滤，第一台装置在自贡鸿鹤开车成功，目前江苏江东（新厂区）一次盐水工段采用的全部为CN过滤器。CN过滤器与普通砂滤器有以下几点不同：①改过滤流程上进下出为下进上出。②改过滤介质的密度比盐水大为比盐水小 ，这样过滤层从固定床变为悬浮床。由于这样一改过滤器的下部有沉清功能，使这台设备洗清功能与过滤功能合二为一，提高了过滤器的容污能力。同时反冲与排污合二为一。
陶瓷膜是一种固态膜，由无机材料加工而成陶瓷膜有自然多孔的陶瓷外层，此层作为附着在膜管内壁的膜层的支撑体。构成膜层的组分一般有A12O3、TiO2、ZrO2或 SiC等。膜孔用高技术含量的加工工艺经高温烧结而成。陶瓷过滤器是不予涂的无机膜精密过滤器。由于其孔径在50nm左右，平均孔径为40nm，过滤后SS可达到<l×10－6左右，因此在SS的指标上是完全可以满足离子膜进槽盐水的需要。2006年，九江新康达化工实业有限公司率先在国内采用了无机陶瓷膜过滤技术盐水精制系统，省去了体积庞大的澄清桶，工艺简单，盐水质量可靠。
（2）纳滤膜过滤SO42-技术
精制盐水的运行指标对离子膜的影响有多个方面，其中硫酸根离子的含量高低是一个重要指标，指标过高将影响离子膜的电解效率，并以硫酸钡晶体的形式沉积在阴极侧的表面，也就是离子膜的增强纤维上，造成电解槽电流效率下降、槽电压上升和离子膜使用寿命缩短。
控制盐水中硫酸根离子的方法包括：硫酸钡或硫酸钙化学沉淀法，离子交换法，硫酸钠结晶法，盐水排放法。目前国内去除硫酸根离子主要还是传统的BaCl2法，虽然有些工厂在尝试BaCO3法、CaCl2法，但由于BaCO3的溶解问题和反应生产BaSO4包裹在BaCO3外面从而降低了Ba的利用效率等问题，以及CaSO4溶度积大和反应生产的CaSO4易沉积在管道、设备中造成堵塞等问题而难以推广。传统的BaCl2法虽然简单，除SO42-效果好，但成本高，同时由于BaCl2是剧毒物质，需要严格管理。加拿大凯密迪开发的纳滤膜过滤技术（简称SRS，即Sulphate Removal System），利用膜对二价硫酸根离子的排斥作用，将硫酸根离子从盐水中分离出来，离子膜法电解淡盐水经SRS系统分离后，渗透盐水中硫酸根离子浓度为1.5 g/L, 排放的高芒水中硫酸根离子浓度为85 g/L。对高芒盐水的处理可采用结晶法或排入海中。该技术自1997年在美国西方化学公司建成工业示范装置后，已在台湾台塑等公司获得商业化应用。上海天原集团华胜公司引进了该技术。凯膜公司已与加拿大凯密迪公司达成战略合作，共同推广SRS技术，目前国内已有多家企业采用该项技术。
此外，离子交换法为应用两性离子交换树脂，可以同时除去SO42-及氯酸。该方法不产生污泥，除使用软水以外不使用其他药剂，是划时代的新技术，但由于该方法消耗的软水量较大，在日本仅有东曹公司使用，目前还没有国内企业应用的报道。
2.2.3 盐水二次精制
盐水二次精制技术几乎没有变化，螯合树脂塔系统有二塔和三塔工艺流程，越来越多的工厂选择出于安全考虑，选择了三塔工艺。二次盐水质量在线分析仪表虽有厂家引进，但维护困难，基本上都用不好，主要依靠ICP每天的分析。不同型号的螯合树脂对杂质离子的选择吸附能力有一定差异，各企业可以根据自己一次精制盐水的质量情况，选择更加适合的树脂。
2.2.4 盐水综合法工艺
国外拥有离子膜和隔膜法两种制碱工艺的氯碱厂，通常采用蒸发结晶盐重饱和离子膜法电解淡盐水供隔膜法电解使用的综台法供水工艺，既减少一次精制盐水的生产量和制造费用，又可将SO42-和对离子膜有害的杂质离子通过隔膜碱带 出，可以说是一种比较好的盐水供给工艺。该工艺的关键设备是结晶盐重饱和器，需要注意的是结晶盐溶解过程中液体上升速度必须控制不超过6m/h，这样可以有效解决细盐颗粒的夹带问题。
采用综合法盐水工艺，离子膜法烧碱和隔膜法烧碱的装置能力最好能满足一定的比例，最佳比例为3:2，若比例过高或过低将影响综合法工艺的经济性。对于国内既有隔膜法烧碱又有离子膜法烧碱的企业而言，采用综合法盐水工艺，对减少一次精制盐水的生产量和制造费用，提高隔膜法电解的盐水质量，延长石棉隔膜的使用寿命，尤其对延长改性隔膜的使用寿命都将有很大的好处。
2.3 氯氢处理
2.3.1 氯气干燥
氯气处理由氯气的干燥及压缩两部分组成。氯气干燥工艺基本为氯气水洗塔→氯气冷却器→水除雾器→填料塔→泡罩塔→酸雾捕集器→透平压缩机→用户，多采用二塔干燥流程。但为了确保干燥效果和适应各种生产负荷，目前趋向于三塔干燥流程，即2台填料塔加 1台组合塔，处理后能更好地满足透平机要求。这里水除雾器效果是其中的关键，如氯气中夹带的盐不除干净，酸雾捕集过滤层表面会截留较多白色固体颗粒，很容易堵塞过滤器，从而使系统阻力升高，影响生产。
在对引进设备消化的基础上，国内生产的泡罩塔已能完全替代进口设备，如浙江临安汇通玻璃钢公司生产的PVC/FRP泡罩塔已在多家氯碱厂使用，单台设备的生产能力可以为15万t/a烧碱装置配套。酸雾的捕集，相比国产纤维除雾器，孟莫克公司（原孟山都公司）生产的布林克除雾器的正常使用寿命很长，用于干氯气中酸雾的去除可达十年以上寿命。
2.3.2 氯气压缩输送
氯气压缩输送设备，透平机与纳氏泵相比具有明显的节能优势，一般可节能20%左右,而且单台机器的输气量大，因此，有一定规模的氯碱工厂大都采用透平压缩机。国内锦化机生产的1 800～4 500 m3/h的系列透平机在国内有广泛的用户，杭州振兴、求是公司生产的小透平机也颇受欢迎。对于规模超过10万t/a以上的烧碱装置，基本上都使用进口大型透平机组，如日本三菱重工、荏原制作所、神户制钢、德国PGW等公司的产品。对于生产规模在5万t/a以下的工厂，大流量纳氏泵仍然是压缩输送氯气较理想的设备。大型纳氏泵(西门子技术 、淄博制造)因其简单、易操作仍有旺盛生命力 ，与传统纳氏泵相同，仅是生产能力较大。
2.3.3氯气液化和输送
目前国内液氯生产厂大多数采用中压法，引进的螺杆式带经济器的氟里昂制冷机组用于氯气液化已有很多年，机组运行稳定可靠，操作方便，系统开车时间短。单台机组的生产能力可根据需要进行选择，从年产两三万吨液氯到10～20万t液氯的机组都有选择。与老的氨-氯化钙盐水间接冷冻法工艺相比，氟里昂法工艺具有明显的节能优势和安全优势，可节约电能约30%～40%，而且从根本上杜绝氯和氨可能接触产生NCl3的机会。高压法可以省去冷冻机组，对于以生产液氯为主的工厂来说，与氟里昂中压法工艺相比可节约电能20%，具有很大的节能优势。
中压法可分为一级液化和二级液化两种流程。若低浓度液氯尾气能得到适当处理，可采用一级液化流程；若处理低浓度液氯尾气有困难，希望多生产液氯，可采用二级液化流程。第 1液化器出来的尾气中含氢已达 4%～5%(体积分数)，进入第2液化器中继续液化时，极易发生爆炸，必须在其尾气出口处设置防爆膜，同时设置尾气吸收装置，以免氯气外逸。该工艺中的氯气压力和液化温度都易实现，应用企业较多。
高压法：氯气压力为 1.4～1.6 MPa(表压)，液化温度为3O～5O℃。高压法常采用 3级压缩方式。在生产能力较小时可用往复式压缩机，生产能力大时则应用透平式压缩机。由于往复式压缩机对气体纯度要求较高，因此一般在进气前设置液氯洗涤器，以降低氯气中氯化铁、氯化钠等固体物质的含量，保证往复式压缩机安全运行。用高压常温法必须重视辅助设备选材(硫酸冷却器、液化器等)，必须重视管道安装耐压，以保证系统安全持久运行。国内有些工厂引进西门子公司生产的ELMO-F型液环式压缩机，使用高压法生产液氯，每吨液氯的综合电耗为84.5 kW·h, 较氟里昂法低17.5 kW·h，较氨-氯化钙盐水间接冷冻法低57.5 kW·h。
液氯的输送，液下泵和屏蔽泵虽已在行业内得到普遍应用，但很多工厂仍然采用液氯汽化法和压缩空气压出法来输送液氯，但汽化法需要注意三氯化氮累积问题。包装运输，国内目前仍然以1吨的钢瓶为主，液氯槽车运输还不多。出于安全考虑，液氯冲装采用电子秤称量、计算机控制和自动切断装置可有效避免钢瓶超装问题。
2.3.4 氢气处理及输送
目前氢气冷却均采用水喷淋冷却塔，冷却水循环使用，减少废水的排放，同时降低水耗。氢气压缩已从小型水环式压缩机向大型压缩机发展，其单台输送能力可达6万t/a烧碱所产的氢气量，而且设备运行可靠、节能，占地面积少。
2.4 烧碱浓缩和固碱生产
2.4.1烧碱浓缩
国内烧碱浓缩和固碱生产技术近年来没有太大的技术进步，热泵技术虽有介绍，但还没有成功的示范性装置。由于近年新建的烧碱装置以离子膜法工艺为主，所以液碱的蒸发一般都是从30%～32%浓缩到48%～50%，典型的工艺流程是二效顺流或逆流蒸发工艺，蒸发设备有多种型式，如引进的瑞士阿法拉伐板式蒸发器，瑞士Bertrams降膜蒸发器，法国NERO KESTNER公司以及美国BU—FLOYAK公司的膜式蒸发器、国产列文蒸发器。二效工艺每吨碱的蒸汽单耗约为700～750 kg。据介绍日本木村化机株式会社的三效逆流降膜工艺生产50%液碱，其蒸汽单耗可达500 kg。
隔膜碱蒸发主要是三效顺流和三效四体顺流部分强制循环工艺，采用三效逆流工艺的较少，主要是设备材质要求高，投资高于顺流工艺。强制循环蒸发器分强制外循环蒸发器和强制内循环蒸发器二种。由于隔膜碱蒸发过程中存在结晶盐问题，结晶盐的有效分离是影响蒸汽单耗和蒸发强度的关键。旋液分离器和离心机是分离盐的关键设备，国产Φ800 mm和Φ600 mm推杆式离心机越来越多地被氯碱厂用来取代刮刀式离心机。另外，为了降低汽耗，蒸汽疏水器的选择和真空设备的选择也很重要。蒸发生产30%隔膜碱的蒸汽单耗一般在3.0吨左右。
2.4.2 固碱的生产
固碱的生产许多工厂仍然使用含镍铸铁大锅熬制技术，主要是投资低。相比之下，采用升降膜法浓缩工艺的生产厂家还是少数。生产的固碱按照氢氧化钠含量分，主要有73%、95%、98%、99%几种规格；按产品形状分有片碱和粒碱，包装采用牛皮纸复合袋包装，桶装固碱越来越少。目前引进的连续法膜式固碱生产装置大多是瑞士Bertrams公司的技术，少数厂家引进意大利 SET公司和美国BTC公司的技术装备。国内自己开发的升降膜法固碱生产技术也很成功，如上海氯碱公司电化厂采用自己开发的升降膜法工艺生产浓度99%的片碱已有20多年历史，但从单套装置能力和自动控制水平来说，与引进装置有较大的差距。由于生产片碱比粒碱简单，设备投资省，国内固碱生产企业大多数生产的是片碱，国产片碱机规格主要有Φ800，Φ1200，Φ1400几种。国内自主开发的气流流态化造粒技术与喷淋式造粒技术相比，投资可大幅降低。
3问题与思考
随着我国氯碱工业十五期间飞跃式发展，特别是近年来新技术、新装备不断涌现，我国氯碱工业在生产技术水平取得了长足的进步，但是我们必须清醒地意识到我们与世界发达国家的先进水平之间仍然存在很大的差距，特别体现在使用超前，研发滞后，管理落后上。我们虽然在烧碱产量上已经跃居世界第一，但决不是氯碱生产技术上的强国。
3.1离子膜电解槽用离子交换膜全部依靠进口
离子交换膜和电解糟是离子膜法烧碱工艺装备的核心部分。国内目前虽然已能够制造离子膜电解设备，但所用的离子交换膜仍全部依靠进口，且价格昂贵。每万吨离子膜法制碱装置约需300 m2离子交换膜，按平均2.5年为一更换周期，全国己建成的1265万t离子膜法烧碱装置（截至2007年12月）年消耗离子膜约15.2万 m 2。预计2009年底前国内已签约的离子膜法烧碱装置全部建成后，产能将达到1850万t/a，年消耗离子膜约22.2万m 2。如此大的离子膜消耗量完全依赖进口，受制于人将会对我国氯碱工业及化工产业发展带来危险。国家已意识到这个问题，含氟离子交换树脂和离子膜项目已列为国家“863”计划的重大科技攻关项目，项目已在山东东岳国际氟硅材料工业园动工建设，但要制造出能满足氯碱工业用的离子交换膜还有很长的路要走。
3.2 管理水平低，离子交换膜使用寿命较短
从1983年引进第一台离子膜电解槽至今，我国引进离子膜法电解技术已25年。除少数企业外，大多数工厂的运行管理水平都不高，膜的使用寿命短，与国外先进公司有较大的差距。同样的电解槽，同样的膜，同样的电解工艺，我们的膜寿命一般只有两三年，平均2.5 a，而国外的膜寿命一般在3～5 a，甚至长达七八年。主要原因是：a.我们的离子膜烧碱装置因为配套设备的质量、管道阀门的质量、外界公用工程的稳定性差以及操作工的责任心和技术水平等问题，常常造成装置故障停车，装置开停车次数远比国外同类装置多；b.进入电解槽的盐水质量不稳定，有些工厂对使用的原料和辅助化学品的质量不能严格控制，导致膜被污染和损坏。
据报道，日本横河电机公司开发成功了针对离子膜电解槽的电压监控系统，使得工厂可以准确快速发现问题，减少离子膜的损耗。
3.3 能耗、物耗水平高
我国离子膜法烧碱装置开车初期电耗水平都很好，完全能够达到考核指标，但电解槽槽电压的上升都比国外同类装置快，导致运行一段时间后，我们的电耗明显比国外装置高。同样，我们的蒸汽消耗水平也比较高，隔膜法烧碱生产过程中的蒸汽消耗一般要高20%以上。据协会技术经济网统计，2007年我国离子膜法平均电解交流电耗为2360kW·h/t，隔膜法平均电解交流电耗为2430kW·h/t。此外，在原盐消耗上，国外离子膜法烧碱的盐耗一般在1.5t以下，国内盐耗一般在1.55t，相差50kg左右，主要是盐水生产过程中盐通过盐泥排放、杂水排放流失掉。
2008年6月1日即将实施的《烧碱单位产品能源消耗限额》强制性单位产品能源消耗限额国家标准对新建、改扩建和现有烧碱装置的能耗限额作出了严格规定，参见下表：
（1）新建、改扩建烧碱装置单位产品能耗标准
新建、改扩建烧碱装置单位产品能耗限额准入值指标包括综合能耗和电解单元交流电耗，其准入值应符合以下要求。
表3 新建、改扩建烧碱装置产品单位能耗限额准入值
产品规格
质量分数（%）
综合能耗准入值（千克标煤/吨）
电解单元交流电耗准入值（千瓦时/吨）
≤12个月
≤24个月
≤36个月
≤12个月
≤24个月
≤36个月
离子膜法液碱≥30.0
≤350
≤360
≤370
≤2340
≤2390
≤2450
离子膜法液碱≥45.0
≤490
≤510
≤530
离子膜法固碱≥98.0
≤750
≤780
≤810
隔膜法液碱≥30.0
≤800
≤2450
隔膜法液碱≥42.0
≤950
隔膜法固碱≥95.0
≤1100
注1：表中离子膜法烧碱综合能耗和电解单元交流电耗准入值按表中数值分阶段考核，新装置投产超过36个月后，继续执行36个月的准入值。
注2：表中隔膜法烧碱电解单元交流电耗准入值，是指金属阳极隔膜电解槽电流密度为1700 A/m2的执行标准。并规定电流密度每增减100 A/m2 ，烧碱电解单元单位产品交流电耗减增44千瓦时/吨。
（2）现有烧碱装置单位产品能耗标准
现有烧碱生产装置单位产品能耗限额指标包括综合能耗和电解单元交流电耗，其限额值应符合以下要求。
表4 现有烧碱装置单位产品能耗限额
产品规格
质量分数（%）
综合能耗限额
（千克标煤/吨）
电解单元交流电耗限额
（千瓦时/吨）
离子膜法液碱≥30.0
≤500
≤2490
离子膜法液碱≥45.0
≤600
离子膜法固碱≥98.0
≤900
隔膜法液碱≥30.0
≤980
≤2570
隔膜法液碱≥42.0
≤1200
隔膜法固碱≥95.0
≤1350
注：表中隔膜法烧碱电解单元交流电耗限额值，是指金属阳极隔膜电解槽电流密度为1700A/m2的执行标准。并规定电流密度每增减100A/m2 ，烧碱电解单元单位产品交流电耗减增44千瓦时/吨。
3.4装置的安全管理水平不高
氯碱行业属于危险化学品生产行业，生产过程具有一定危险性，一旦出现事故，不但会造成财产及人员伤亡，还会对环境及社会造成不良影响。因此，氯碱生产的安全问题无论对企业还是对公众社会都至关重要。特别是发生在2004年液氯储罐爆炸和2005年液氯罐车泄漏两起恶性安全事故后，国家对氯碱行业的全面安全管理更加关注。虽然导致氯碱事故发生的原因是多方面的，但有效防治事故发生的措施必须是技术与管理的有效结合。技术上通过工艺和设备的不断进步，尽可能消除威胁氯气安全生产和使用的本质问题；管理上通过制度的不断健全和完善，法规的强制推行，解决氯气生产、储存、运输、使用全过程的有效监管问题。
此外，为了加强行业安全管理工作，促进行业安全水平的提高，中国氯碱工业协会于2007年5月18日成立了氯碱行业安全专业委员会，并组织行业25家单位的100多位专家编写了《氯·碱生产安全标准化指导手册》，该手册以国家安监总局的《危险化学品从业单位安全标准化规范》为主要依据，集行业内各氯碱企业安全生产管理实际经验于一体，对氯碱行业安全管理工作具有十分重要的指导意义。
3.5新技术研发落后
近年来，由于国家高度重视节能减排工作，各企业加大对采用节能减排新技术和技改项目的投入，而对于氯碱生产