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年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 1 5 万吨/年离子膜烧碱工程 可行性研究报告 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 2 目 录 1 总论 2 市场分析 3 生产规模及产品方案 4 工艺技术方案 5 原料、辅助材料及动力供应 6 建厂条件和厂址方案 7 公用工程及辅助生产设施 8 节能 9 环境保护 10 劳动保护与安全卫生 11 工厂组织及劳动定员 12 项目实施规划 13 投资估算 14 财务评价 15 结论 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 3 1、总论 1.1 项目规模：5 万吨/年离子膜烧碱工程（折 100%）1.2 项目建设意义 1.2.1 根据氯碱行业用电量大、负荷率高、电压等级高的特点，上马该项目可以带动本公司电力开发和装机总量增加，利用自备电厂优势，降低生产成本。1.2.2 根据氯碱平衡的行业发展原则，推进氯碱与石油化工联合，利用液氯和石油化工基本原料乙烯、丙烯，发展多种耗氯、耗碱及耗氢产品，有利于企业主要产品生产基地化、资源配臵合理化，以最少的资金投入取得最大效益。1.3 项目主要生产装臵 生产装臵包括：一次盐水、二次盐水及电解、氯氢处理（含事故氯处理）、液氯及包装、高纯盐酸、固碱蒸发、原料与产品储运设施。4 本项目财务评价的初步经济技术指标 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 4 2、氯碱行业的市场分析 2.1 国内、外市场状况及预测 2.1.1 产品的特点和用途 烧碱是重要的基本工业原料，其产量大、用户多，广泛应用于轻工、化工、纺织、冶金、电力、医药、农药、染料及有机颜料等行业，离子膜法电解制出的高纯度烧碱是化纤、医药、精细化工行业迫切需要的原料。氯气、液氯及液氯汽化气用途相当广泛，是生产聚氯乙烯、盐酸、环氧化合物、农药、增塑剂、合成橡胶、漂白剂、杀菌消毒剂化纤和制冷剂等氯化物的重要的原料。2.1.2 烧碱产品国内市场供需现状及主要消费去向 目前我国拥有近 200 家氯碱生产企业，烧碱生产规模在总量上已跃居世界第二位，1998 年烧碱总量 525.82 万吨；1999年烧碱总产量572.90万吨；2000年烧碱总产量达到646.22万吨；2001 年烧碱总产量 713.52万吨。2002 年，烧碱总产量 823 万吨。预计 2003 年，烧碱总产量 850 万吨。我国现有烧碱生产仍以隔膜法为主。2001 年烧碱总产量713.52万吨，其中：隔膜法烧碱产量 512.98万吨、占 71.89%，离子膜法烧碱产量 195.94 万吨、占 27.46%，苛化法烧碱产量4.60万吨、占 0.64%。2002 年 1-11月份烧碱工艺构成：金属阳极法生产的占 66.8%，离子膜法烧碱占 33%，石墨阳极法占0.2%。年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 5 国内烧碱的消费领域主要为：轻工、化工、纺织印刷三大行业，合计约占全国总用量的 77.3%左右，其余用于医药、冶金及其它领域，约占 22.7%。2.1.4 我国近几年烧碱进、出口情况 随着我国氯碱工业的发展，烧碱的生产能力和产量不断增加。我国氯碱平衡长期以烧碱要求为主导的局面发生转变是在“七五”末期。“七五”期间，我国烧碱净进口量名列世界第二，仅次于澳大利亚，但从 1991 年开始进口锐减，出口猛增，我国由烧碱进口大国转为出口大国。随着国民经济的高速发展，各行各业对烧碱和氯气的需求迫切，而对氯气的需求增长日益旺盛并超过对烧碱的需求，在满足大量氯气需求的同时，却又带来烧碱能力的过剩，因此必然有部分烧碱出口。2000 年我国烧碱出口量有 3040 万 t；2001年我国烧碱出口量达 50 万 t，2002 年 1-11月份，我国烧碱出口量达 32.9万 t。2.2 国内、外烧碱市场需要量预测 2.2.1 国内各行业烧碱需要量的预测 我国各行业的发展并不平衡，其中有机化工将有较快发展，因此化工用烧碱将年均增长 5.8%。其它及纺织印刷等行业也有一定增长。我国烧碱需求量前景预测，到 2003 年需 661 万 t，2005 年需 736 万 t。2.2.2 国际市场烧碱需要量预测 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 6 自 1993 年以来，世界各地烧碱供需平衡和进出口形势发生了很大变化，西欧在 1997 年已从烧碱净出口地区转变为进出口平衡地区或净进口地区；美国、日本、中东、俄罗斯和东欧是主要的氯、碱出口地；中国、印度及其他亚太国家是氯（产品）的主要进口地，占总量的 95.7%；澳大利亚、拉丁美洲和一些亚非国家则消费了全部出口烧碱。由于澳大利亚和拉丁美洲等地对烧碱的需求仍十分强劲，为我国烧碱出口创造了一定商机。世界烧碱产能 1996 年为 5203 万 t，2000 年增至 5819 万 t，5 年增加了 616 万 t。2001 年为 6012 万 t，预计 2003 年世界烧碱产能将达 6277 万 t，2 年将增加 265 万 t。2.3 烧碱产品销售的初步预测及竞争能力 我国目前虽然烧碱生产能力相对过剩，开工率仅为 80%左右，但随着国际经济的复苏、国内经济的持续发展，国内外烧碱的需求量将进一步扩大。国外有关资料表明，烧碱需求在今后几年仍将保持较强劲的增长势头，1997 年至 2005 年的年平均增长率为 1.9%。虽然氯气需求量的增加将拉动氯碱生产能力的进一步扩大，烧碱供过于求的状况还不会从根本上得到改变，但最起码将有所缓解。另外，离子膜烧碱因产品质量高、能耗低、三废少、成本低，已成为全世界氯碱工业发展的方向。从全国目前烧碱产需情况来看，总生产能力虽已高于需求，但高纯度离子膜法烧碱产量仍然较低。因此，凭借离子膜法烧碱产品的质量优势，将会拥有较稳定的销售用户。年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 7 本装臵所产烧碱有一部分 32wt%液碱用于本厂各装臵，其余大部分做成高纯度液碱、固碱，储运方便，销往周边地区及国外市场。2.4 国内烧碱产品价格现状及销售价格确定原则和意见 2.4.1 国内烧碱产品价格现状 1995 年至 2001 离子膜烧碱国内年平均售价 1550 元/t（不含税价、以下同）、最高为 1800 元/t、最低为 1400 元/t。国内固碱 1995 年至 2001 年平均售价 1700 元/t，最高为 1950 元/t，最低为 1500 元/t。2.4.2 本工程烧碱产品销售价格确定原则和意见 根据原材料、能源、运输等现行价格，参照氯碱行业内部同类产品的现行销售价格以及市场供需初步预测情况，确定烧碱（以 100wt%NaOH计）产品销售价格（不含税价）如下：固碱：1850 元/t（含税价）32%液碱：1350 元/t（含税价）50%液碱：1550 元/t（含税价）高纯盐酸：550 元/t（含税价）液氯：1750 元/t（含税价）3、产品方案及生产规模 3.1 产品方案 3.1.1 产品方案 3.1.1.1 32wt%离子膜烧碱（以 100wt%NaOH计）年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 8 产量：10000 吨/年 3.1.1.2 50wt%离子膜烧碱（以 100wt%NaOH计）产量：20000 吨/年 3.1.1.3 氯气(以 100wt%Cl2)产量：40650 吨/年 3.1.1.4 氢气(以 100wt%H2计)产量:1250吨/年 3.1.1.5 固碱(以 99wt%NaOH计)产量:20000吨/年 3.1.1.6 高纯盐酸(以 31wt%HCI计)产量:10000吨/年 3.1.2 产品方案选择与比较 烧碱产品方案选择的原则，近期主要考虑市场销售，远期开发耗碱项目；其他产品方案选择的原则，主要满足企业内部生产装臵需要；保持吃氯产品总消耗氯能力与电解产氯能力相互平衡，保证生产安全。结合今后建设 10 万吨/年离子膜烧碱装臵的规划，部分设施建设要考虑今后扩量需要。3.2 生产规模 3.2.1电解工序生产规模为 5 万吨/年离子膜烧碱,所产氯气生产液氯外销,氢气生产盐酸,多余部分用于化工生产装臵（加氢）。3.2.2 蒸发按 4 万吨/年规模考虑，固碱工段按 2 万吨/年规模。3.2.3 液氯工段按 5 万吨/年液氯规模建设,考虑全厂氯平衡系数年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 9 大于 20%。可以生产液氯 40650 吨。3.2.4 高纯盐酸工段按 2 万吨/年 31wt%高纯盐酸规模。正常生产1 万吨。3.3 产品、中间产品和副产品品种、规格 3.3.1 离子交换膜法氢氧化钠产品 液体烧碱产品执行 GB/T11199-89 质量标准:%优级 一级 合格 外观 无色透明液体 氢氧化钠 32.0 32.0 32.0 碳酸钠 0.04 0.06 0.06 氯化钠 0.004 0.007 0.01 三氧化二铁 0.0003 0.0005 0.0005 氯酸钠 0.001 0.002 0.002 氧化钙 0.0001 0.0005 0.001 三氧化二铝 0.0004 0.0006 0.001 二氧化硅 0.0015 0.002 0.004 硫酸盐（以 Na2SO4计）0.001 0.002 0.002 3.3.2离子交换膜法电解联产湿氯气,湿氢气参照执行引进合同质量标准:指标名称 主要指标 湿氯气 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 10 Cl2 97.5 O2 2.0 H2 0.03 湿氢气 H2 99.9 3.3.3 工业用液氯产品执行 GB/T5138-1996 项目 指标 优等品 一等品 合格品 氯含量，%（V/V）99.8 99.6 99.6 水 分 含 量，%（m/m）0.015 0.030 0.040 3.3.4 高纯盐酸产品参照执行引进合同质量标准：项目 指标 备注 HCL 含量 wt%31 Fe3+含量 wt ppm 10 Ca2+Mg3+含量wt ppm 0.3 以 Ca2+计 CLO-含量 wtppm 0 3.3.5 次氯酸钠溶液副产品执行 HG/T2498-93 质量标准：%项目 指标 I 型 型 型 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 11 外观 淡黄色液体 有效氯含量（以 Cl计）13.0 10.0 5.0 游离碱含量（以 NaOH计）0.11.0 铁含量 0.010 注：本工程次氯酸钠溶液有效氯含量（以 Cl 计）一般10.0%。3.4 氯平衡 表 3-4-1：氯平衡表 产品名称 生产能力（t/a）单耗（产）量（t/t）产氯量（t/a）耗氯量(t/a)离子膜烧碱 50000 0.886 44300 液氯 50000 1.02 51000 高纯盐酸 10000 0.315 3150 合计 43300 54500 5 万吨/年离子膜烧碱工程建成后，本公司氯年加工能力达到 54500 吨，大于年产氯量 433000 吨，由此说明足以保证氯碱生产系统安全运行。4、工艺技术方案 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 12 4.1 工艺技术路线选择 4.1.1 过滤盐水制备工艺 过滤盐水制备是氯碱生产工艺过程至关重要的工段，精制效果的好坏直接影响产品的质量和产量。传统的盐水精制工艺是同时加入反应剂，反应产生的含 CaCO3、Mg（OH）2、Ba SO4等沉淀物的粗盐水经过澄清，再经虹吸式砂滤器、a-纤维素预涂的炭素烧结管过滤器，最终除去沉淀物提到合格的过滤盐水该工艺对杂质钙镁比有一定要求，流程较长，设备庞大、占地多，a-纤维素预涂比较麻烦，而且管理繁琐、运行和检修的工作量都很大，生产成本较高。国内戈尔膜分离工艺近年得到了广泛应用。其特点是加入反应剂先除去硫酸根，再加上反应剂除去镁离子和有机物，再加入 Na2CO3反应产生 CaCO3后，用泵打入戈尔膜液体过滤器过滤，最终得到合格的过滤盐水。由于是分别反应除杂质，因此该工艺适合各种规格的原盐和卤水，流程较短，占地较少，过滤器操作简单，自动瞬间反冲，不需要停机清理，因此无需备用设备，生产成本较低。一次盐水工段拟定选用尔尔膜过滤工艺。淡盐水提浓有单效薄膜蒸发工艺，多效降膜蒸发工艺，多效板式蒸发工艺。单效薄膜蒸发器设备投资少，但蒸气消耗高。多效降膜蒸发汽消耗低，但设备投资高，蒸发器较高，土建投资较高。多效板式蒸发蒸汽消耗低，设备投资较低，蒸发器较年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 13 小，土建投资较低。本装臵拟选用两效板式蒸发工艺。4.1.2 二次盐水及电解工艺是离子膜烧碱生产工艺的核心部分。二次盐水及电解工艺的一般包括三道工序：二次盐水精制、离子膜电解及淡盐水脱氯。4.1.2.1 二次盐水精制 二次盐水精制目前普遍采用合树脂吸收钙镁等杂质离子。树脂再生使用盐酸、烧碱和纯水。定期自动进行再生。4.1.2.2 电解 以食盐为原料的电解制碱方法有水银法、隔膜法和离子膜法。水银法电解，其产品质量好，但能耗高，对环境污染严重，此工艺已被淘汰。隔膜法电解，出电解槽碱液浓度低，含有大量氯化钠，不能直接做产品使用，尚需经过蒸发、浓缩、除盐后方能作产品销售，且只能用于一般的纺织、造纸等工业，而不适用于粘胶纤维、维尼隆、腈纶、味精、染料等需高纯碱的工业，能耗低、无汞害，无石棉污染、投资省，是氯碱工业的发展方向。我国自 86 年起先后从日本旭硝子、旭化成、氯工程；意大利迪诺拉；伍德迪诺拉；英国 ICI、美国 ELTECH等公司引进约 50 套离子膜烧碱装臵，目前生产能力已占总能力的 33%。离子膜单极槽的槽型，分为单极槽和复极槽。单极槽单台生产能力小，电槽台数较多，较适宜于生产能力较小的装臵，单台检修时生产损失较大，设备等价较低。通过对单、复极电年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 14 槽在技术、经济等方面的综合对比，结合本项目装臵能力较大，本项目拟选用引进具有世界先进水平的自然循环复极式离子膜电槽。4.1.3 氯氢处理工艺 4.1.3.1 氯气处理 由电解槽出来的氯气，温度高并伴有大量的水和杂质，必须进行冷却、干燥和净化处理。氯气的冷却有时接冷却两种方式。直接冷却，传热效果好，冷却快。本设计彩氯气经洗涤塔直接冷却，然后再用钛管冷却器间接冷却。氯气干燥塔有泡沫塔和填料塔三种设备。泡沫塔具有传质速率高，生产强度大，结构简单，制造维修方便等优点，缺点是结构复杂，阻力降小。填料塔和泡罩塔塔串联干燥工艺。氯气压缩设备有纳氏泵、小透平和大透平。纳氏泵电耗高，单台生产能力小，设备台数多，设备总体投资低。小透平电耗低，单台生产能力较大，设备台数较少，设备台数少，设备总体投资高。本装臵设计选用小透平工艺。4.1.3.2 氢气处理 由电解槽出来氢气温度高，含水蒸汽量大且含碱雾，故必须进行洗涤冷却。根据聚氯乙烯装臵对氢气较低含水和较高压力的要求，采用循环水间接冷却、液环泵压缩、冷冻水间接冷却工艺。4.1.4 氯气液化 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 15 通常根据氯气压缩机压力的不同，将氯气液化方式分为高压法、中压法和低压法三种。高压法和中压法消耗低温冷冻量少，能耗低，但对氯气输送设备的要求较高，且投资高。低压法一般用氨或氟城昂制冷。氨制冷是我国传统的工艺技术，因其使用设备多，占地面积大，能耗高，属淘汰工艺。氟化物制冷是我国近十向年发展起来的技术，在设备数量、占地面积、能耗方面均比氨制冷少许多。由于本装臵平时不生产液氯，因此没有必要选用投资高的设备。因此本装臵拟采用氟化物制冷、低温低压法，氯气液化温度-22氯气压力 0.2MpaG,液下泵输送液氯装瓶。4.1.5 固碱 固碱工段的工艺设备、阀门管道、仪表等到均为超低碳高镍不锈钢和纯镍材质，国内难以加工制作和供应，目前一般成套 引进。固 碱工 艺和设备 专利 供应商目 前主 要有瑞 士BERTRAMS和意大利 SET 公司，其工艺均采用多效降膜蒸发器，最后是入降膜式固碱炉制得熔融碱，然后再进入片碱机冷却制得片碱。BERTRAMS公司的固碱炉生产历史最长，在世界范围内专利装臵最多。SET 公司的蒸发器在设计上有独到之处，且设备价格较低，目前被广泛采用。4.2 工艺流程和消耗定额 4.2.1 工艺流程简述 4.2.1.1 一次盐水工段 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 16 卤水加入精制剂 BaCI2溶液后进入澄清桶，以除去系统中过量的 SO42-。澄清后的粗盐水自流入折流槽，加入精制剂 NaOH溶液 NaClO 溶液自流进而除镁反应罐。反应后在盐水送至于汽水混合器，与压缩空气混合后进入加压溶气罐，饱含空气的盐水减压后在文丘里混合器中与絮凝剂 FeCl3溶液混合，然后进入预处理器，由于减压作用，气泡大量释放出来，附着在杂质颗粒上并向上浮起，浮泥在预处理器上部自动排出。澄清后的盐水从预处理器上部溢流进折流槽，加入精制剂 Na2CO3溶液后进入除钙反应器。反应后在盐水自流入盐水缓冲槽，经过滤器进液泵加压后送入戈尔膜过滤器，合格的过滤盐水自流入一次盐水贮槽，再经一次盐水泵送往二次盐水及电解工段。澄清桶、预处理器及戈尔膜过滤器出来的盐泥排入盐泥贮槽，用盐泥泵打入箱式压滤机，压滤后的滤液回收用于化盐，滤渣由堆臵风干，装车外运。电解工段返回的淡盐水，收集于淡盐水贮槽，经淡盐水泵加压和换热器预热后，进入二效蒸发器，用一效来的二次蒸汽作为絷源进行提浓。中间盐水用泵送至一效蒸发器，用生蒸汽作为热源进一步提浓。提浓后的盐水用泵送入一次盐水贮槽，与过滤盐水混合。4.2.1.2 二次盐水精制及电解工段 4.2.1.2.1 二次盐水精制 一次盐水工段来的过滤盐水，经过流量调节送至离子交换树年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 17 指塔共 2 台，塔内装有合树脂，平时 2 台串联使用。运行中，第 1 台负荷操作，第 2 台，作为保护，使盐水中所含微量 Ca2+、Mg2+等多价阳离子会计师小于规定值。出离子交换树脂塔出来的二次精制盐水送入电解工序。2 台离子交换树脂塔出程序控制器约每 24 个小时进行一次运转和再生过程的自动切换操作。再生时单台塔独立运行。由高纯盐酸工段送来的 31wt%盐酸和在界区内由电解工序送来的 32wt%烧厣经流量测量系统与纯水混合配制成需浓度后，经程序控制阀进入离子交换树脂塔内，再生过程中所排出的酸性和厣性废液，经中和后送到废液池处理。4.2.1.2.2 电解及淡盐水脱氯 树脂塔出来的二次精制盐水加入到每台电解槽。阳极液经电解后产生的淡盐水和氯气进入淡盐水槽，氯气从淡盐水中分离、出来送氯气处理工序。阴极液出阴极液泵在各单元槽的阴极室和阴极液槽之间循环总管中以保持碱液浓度稳定。另一部分阴极液经碱液送至固碱工段。淡盐水槽中的淡盐水用淡盐水泵抽出，加入 31wt%高纯盐酸调节 PH 值后，送入脱氯塔上部，经真空闪蒸将淡盐水中的游离氯脱出。脱氯后的淡盐水中加入 32wt%烧碱调节 PH 为 911。中和后的淡盐水加入亚硫酸钠溶液完全除去游离氯后用泵送至一次盐水工段。4.2.1.3 氯氢处理工段 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 18 4.2.1.3.1 氯气处理 从电解工序来的高温湿氯气经氯气洗涤塔用氯水洗涤冷却，然后进入钛管冷却器，先后用冷冻水将其冷却到 1214。氯气经水雾捕集器分离出冷凝水后，依次进入一级填料塔、二级填料塔、泡罩塔，分别与稀硫酸和浓硫酸逆流接触进行干燥，然后进入酸雾捕集器，处理完的氯气含水量降至 50wtppm 以下。新鲜的 98wt%浓硫酸，依次进入泡罩塔、二级填料塔、一级填料塔，浓度逐渐降低。从二级填料塔塔底出来的 78wt%左右的稀硫酸，流入稀硫酸贮槽，然后送至罐区作为副产品出售。干氯气经氯气压缩机压缩后送往液氯工段或其他以氯为原料的生产装臵。4.2.1.3.2 氢气处理 电解工序来的氢气进入氢气冷却器用冷却水间接冷却，使氢气温度下降至 40左右，冷却后的氢气由压缩机加压后，进入氢气终冷器用冷冻水间接冷却，再经水雾捕集后磅往高纯盐酸工段或其他化工耗氢装臵。4.2.1.4 液氯工段 由氯气处理工序来的 40、0.2MpaG 的干氯气，经氯气缓冲罐进入氯气液化器，出扫气液化器的气液混合物经液氯气液分离器分离，尾气含 Cl2l1%，去高纯盐酸工段。液氯进液氯贮槽，用液下泵送液氯装瓶。4.2.1.5 高纯盐酸工段 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 19 氯气、氢气进入石墨三合一炉后，经合成所化氢气并经冷却、吸收制成 31wt%高纯盐酸，尾气去尾气塔进一步用水吸收手排空。吸收用水为纯水。成品高纯盐酸送至高纯盐酸贮槽，然后送至二次盐水及电解工段使用。4.2.1.6 固碱工段 电解来的烧碱液依次经过一级预蒸发器、二级预蒸发器、固碱炉，分别经二次蒸汽、生蒸汽、和熔盐加热，蒸去烧碱中的不分。高温熔融烧碱进入征碱机进行冷却结片，然后经装袋、计量封边和包装。用汽车将袋装固碱送固碱仓库。经鼓风机加压空气，以及从装臵外来的天然气燃料，经烟道气预热后，进行配比燃烧，在熔盐炉内将熔盐加热，烟道气回收热量后排空。加热的熔盐进入固碱炉，与烧碱液间接换热后循环利用。4.3 消耗定额 以每吨 100wt%NaOH计，装臵能力为 5 万吨/年 32%wt 烧碱。序号 名称及规格 单位 消耗量 备注 吨耗 时耗 年耗 1 卤水 NaCl=290g/l t 2.92 146000 2 食盐 t 0.73 36500 3 纯 碱：Na2CO3 kg 15 750t 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 20 98.5wt%4 氯 化 钡：BaCl298wt%kg 12 600 5 纯水 t 1.4 160000 6 助沉剂 kg 0.5 25 7 亚硫酸钠：Na2CO395wt%kg 0.6 30t 8 离 子 膜 烧 碱：折NaOH100 wt%kg 19 9 包装袋 个 40 80 万个 10 离子膜 m2 0.01 500 m2 11 螯合树脂 L 0.02 1000t 12 硫酸：H2SO498wt%kg 22 1100 13 直流电 kwh 2160 1.08 亿度 负荷1.35万 KW 14 动力电 kwh 150 0.75 亿度 负荷0.094 万KW 15 新鲜水 28 t 1.5 7500 16 循环水 33 t 190 9500000 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 21 17 仪表空气 0.7MPa Nm3 16 18 工艺空气0.5MPa Nm3 10 19 天然气燃料 Nm3 150 7500000 20 蒸汽 1.0MPa t 1.9 95000 5、原料、辅助材料及动力供应 5.1 原料供应 序号 名称 规格 年用量 t 来源 1 卤水 NaCl 290g/l 146000 从区内卤井购买 2 食盐 93%36500 从省内盐场购买 5.2 辅助材料供应 序号 名称 规格 年用量t 来源 1 亚硫酸钠 外观 白色粉末 Na2SO3 95wt%NaCl 0.5wt%Fe3+30 外购 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 22 0.02wt%2 助沉剂 FeCl3 90wt%温度 30 25 外购 3 离子交换膜 500m2 引进 4 包装袋 10 袋公斤/袋 380 万个 外购 5 螯合树脂 型号 TP260 或相当品 堆 积 比 重 0.7 0.8g/bl 交换容量 1.3eq/l 钠型树脂 1000升 引进 6 纯碱 Na2CO3 98.5wt%750 外购 7 硫酸 H2SO4 98wt%1100 外购 8 氯化钡 BaCl2 98wt%600 外购 5.3动力供应 序号 名称 规 格 年用量 t 来源 1 纯水 电阻率 1105cm 160000 本装置提供 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 23 SiO2 0.1wtppm 2 循环水 供水 33 回水 44 9500000 本厂提供 3 生产水 75000 本厂提供 4 蒸汽 1.0MPa 95000 本厂提供 5 天然气 Nm3 7500000 本厂提供 6 电解电 10kV 108000000 本厂提供 动力电 380V 7500000 本厂提供 6、建厂条件和厂址方案 6.1 拟建地点概况 6.1.1xxx 地理位置及厂址选择 xxxx 县地处山东省 xx 部，北纬 3458-3525，东径11458-11516，属黄河冲积平原，全境地势平坦，海拔高度 54.6-66.5 来，高差 12 米。在 xxxxxx 工业园内，在结合项目生产安全特点的基础上，建议5万吨/年离子膜烧碱工程项目建在与石化工业园电源中心临近的区域，并处在下风处，可以确定在现在电厂东部临近高速公路处，该属于 xxxxx 工业园发展规划区，地势平坦，没有山岭和突兀岗地。在充分利用原有生产区域的基础上，向东平整少量荒地即可满足建设需要。年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 24 6.1.2 区域水文、地质、气象资料 厂址地处 xxxxxxx，周围皆为第四系覆盖,厚度很大，在千米以上，地面为黄河漫滩冲积层。第四系下伏基岩属侏罗系。据原工程地质勘察报告：地质属黄河冲积土，表层以粘土为主，深层以细砂、粉砂为主，地耐力 8-12t/m2，地震裂度为七度设防区。地下水位深 3.10-3.80m。该区地下水质较好，对混凝土基础无浸蚀性。该区地下水资源丰富，地下浅层水埋深 3.5 m 左右,在地下 40m、180m、300m 处贮有三层淡水。单井出水量 50-60m3/h，水质较好。xx 县气候稳定，四季分明，温度适宜，风压平和，降水均匀，冰冻期较短，历年来没有重大灾害性天气发生。气温：历年平均气温 13.6 历年平均最高气温 19.4 历年平均最低气温 8.8 极端最高气温 40 极端最低气温 -16.8 气压：历年平均气压 100.996KPa 绝对最高气压 102.0KPa 绝对最低气压 99.59KPa 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 25 湿度：历年平均相对湿度 71%降雨量：年平均降雨量 624.1mm 年最高降雨量 956.5mm 年最低降雨量 264.9mm 降雪量：年平均降雪量 15mm 积雪最大厚度 120mm 风：全年主导风向为北风，年频率为 14%；次主导风向为南风，年频率为 13%；出现最小的是西风和西北风，仅 1%，年平均风速 3.7m/s，3-4 月平均最大风速为 4.8m/s。6.2 建厂条件 该项目建设地点确定在现在 xxxxx 处，此处具有相当好的建设条件和优势。6.2.1 配套条件 紧靠 xxxxx 原有生产装臵，利用现有水、电、汽、风十分方便，并便于管理，可以不建或少建厂区生活福利设施，完全依靠已有设施，并且可以减少征地费用，节约投资。6.2.1.1 水源、供排水 厂区水源主要为地下水，井深 400m 以下，地下水资源丰富。年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 26 该项目在充分利用原有供水设施的基础上，只需补充少量用水即可满足生产需要，xxxxx 化工业园拟建一座污水处理厂，污水统一排放至集团公司污水处理场或新建污水处理厂，集中处理达标后排入 xxxxxxx。6.2.1.2 电源、供电、通讯 距县 110KV 工业变电站约 1 公里，距县 110KV 变电站约 2公里。集团公司通讯系统完备并有富余，可依托利用。公司装臵区内自有 6000+120002+3000KW 发电能力，而且 xxxxxx 化工业园计划新建 25 万 KW 电厂，一期建设 5 万 KW 机组与 2 台130t/hr 中温中压 CFB 热电联产项目，因而电源可靠，用电方便。5 万吨/年离子膜烧碱将新增 1.45KW 的用电负荷，xxxx 工业园电力规划完全可以满足。6.2.1.3 环境条件 厂区周围工业企业较少。由于公司在正常生产中非常注重三废治理，完全达到或超过国家环保标准，因而大气及水体污染较轻，环境容量较大。6.2.2 协作条件 本项目建设地点 xxxxx，故本项目的文化、教育、卫生等以县城为依托。6.2.3 自然条件 厂址位于 xxxxx 处，现在电厂东部临近高速公路处，初定 3公顷，地势平坦。北靠五里河为东明县排污主干渠，排水方便。年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 27 据工程地质勘察报告：地质属黄河冲积土，表层以粘土为主，深层以砂为主，地耐力 8-12t/m2，该地区地震烈度为七度。地下水位深 3.10-3.80m，水质较好，对混凝土基础无浸蚀性。该区域适合建设工业装臵。6.2.4 交通运输条件 该项目厂址交通运输条件极为便利。6.3 厂址方案 本工程属技术改造项目，厂址确定在现在电厂东部临近高速公路处。需征地 3 公顷，东西长 300m，南北宽 100m。主生产装臵需新建，辅助生产设施及公用工程依托原厂，只需少量改造即可满足该项目正常生产需要。7、公用工程及辅助生产设施 7.1 平面布置 基于平面布臵原则，将烧碱装臵的固碱工段布臵在烧碱装臵西侧，中间布臵二次盐水及电解、罐区、变配电及控制室，烧碱装臵东侧由南向北依次布臵一次盐水工段、氢气处理及盐酸工段、氯气处理及液氯工段。尽量使氯气及液氯工段距离以氯气为原料的装臵近些，降低昂贵的氯气管道投资。7.1.1 装置组成 根据本装臵建构筑物和装臵性质可以分为以下部分：7.7.1 一次盐水工段 7.7.2 二次盐水精制及电解工段 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 28 7.7.3 氯气处理与液氯工段 7.7.4 氢气处理与盐酸工段 7.7.5 固碱工段 7.7.6 罐区 7.7.7 变配电及中心控制室 7.1.2 装置平面布置 7.2 给排水 本装臵脱盐水量为 20-0m3/h，由电厂化水工段供给；循环水量为 2000-2500 m3/h，由公司内改造后的循环水系统提供。其他排水、消防给水、生活用水、雨水排放，依托原来设施。7.3 供热 本装臵用 0.98Mpa 饱和蒸汽 9.4t/h,0.49Mpa 饱和蒸汽2.5t/h。7.4 供电 根据本装臵特点，依托本公司改造后的电力系统供电。7.5 储运 原料卤水由槽车送至卤水槽，其他化学品由仓库和罐区统一考虑，本装臵设立盐库。产品为液体烧碱、固碱、液氯。固碱储存于仓库，储存周期 30 天。8、节能 8.1 能耗指标及分析 8.1.1 编制原则 年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 29 8.1.1.1 认真贯彻国家产业正策和有关节能规定，努力做到合理利用能源和节约能源。8.1.1.2 积极采用节能型的先进工艺和高效设备，严禁选用已公布淘汰的机电产品，降低产品耗指标。8.1.1.3 水、电、汽等动力系统设臵能耗检测仪表，提高自控水平，加强计量管理。8.1.2 项目能耗指标 该项目离子膜烧碱产品 32wt%液碱与隔膜法金属阳极电解相应规格的产品综合能耗对照，见表 8.1。表 8.1 离子膜法与隔膜法 32wt%液碱（折 100%NaOH）能耗对照表 序号 项目 单位 消耗定额 离子膜 隔膜法 1 交流电 Kwh 2500 2654 2 蒸汽 kg 400 3576 3 新鲜水 t 3 12 4 纯水 t 3 5 压缩空气 Nm3 52 17.5 从表 8.1 可以看出，32wt%离子膜液碱的综合能耗指标大大低于相同浓度与隔膜法金属阳极碱液的综合能耗。目前大中型厂生产 32wt%液碱（折 100wt%NaOH）采用金属阳极（D=1500A/m2）时，平均每吨综合能耗为 1.60 吨标煤；本年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 30 工程每吨 32wt%离子膜碱的综合能耗仅为 0.984 吨标煤。8.1.3 能耗分析 本工程的离子膜电解工序，从电解槽制出的碱液 NaOH 浓度是 32wt%，直流电耗是 2100kwh/t，而大中型厂隔膜法金属阳极电解工序直流电耗指标最低也为 2304kwh/t。显然，离子膜碱的直流电耗足以达到国际先进水平的指标。8.2 节能措施综述 8.2.1 主要工艺流程采用节能新技术、新工艺 8.2.1.1 降低槽电压及经济电流密度的选择 为了降低能耗就要获得较高的电流效率和较低的槽电压，必须在较大的电流密度下运行，仍能保持低电耗，以使每吨离子膜烧碱电解电耗 2100-2200kwh，甚至更低。槽电压是影响电解槽直流电耗的主要因素之一。当电流效率为 96%时，槽电压每升降 0.1V,影响电耗 69.8kwh/t。从槽电压和电流密度的相依关系来分析，槽电压随着电流密度的降低而降低，而电耗又是随槽电压的降低而降低。所以使槽电压维持在适当值，是节能措施的一大关键。一般大中型氯碱厂电解槽电压定为：金属阳极电解槽，D=15A/dm2时，槽电压 3.3V；石墨阳极电解槽，D=8A/dm2时，槽电压 3.4V。本工程拟引进的自然循环复极式电解槽，电流 D=39A/dm2时，槽电压仅 3.035V。优良的电槽参数，必然有利于降低离子年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 31 膜碱的能耗指标。离子膜复极槽电流密度比金属阳极高 1.5 倍，因而单台产量大，宜在大中型厂推广应用。自然循环复极式电解槽，阳极液采用自然循环方式，可有效地提高离子膜性能和延长离子膜的使用寿命，免除阳极液外部强制性循环装臵，节约动力电消耗。离子交换膜是离子膜法制碱技术的核心。电解过程中饱和食盐水在离子膜电解槽中电解，直接获得浓度 32wt%的碱液和高纯度氯气，就意味着离子膜的一侧要承受高温、高浓度的酸性盐水和氯气，另一侧则是高温、高浓度的碱液。由于离子膜具有高度的造反透过性，高度的物化稳定性和机械强度，高度的离子交换容量和电流效率，同时又具有低的膜电阻和低的电解质扩散，因此完全可以适应电解过程的苛刻条件，而且使用寿命长达 3.5-5 年。离子膜独具的技术特性是石墨阳极陋膜和金属阳极隔膜无法比拟的，石墨阳极隔膜因石墨阳极腐蚀堵塞，寿命一般为 3-6 个月，金属阳极隔膜寿命虽然长些，但只能达到 9-10 个月。隔膜电解工艺因受石棉隔膜局限，从电槽制得的碱液 NaOH 浓度比离子膜法低得多，一般只有 11-12wt%，且其中含有大量 NaCL 需要除掉，必须经过蒸发才能制得 30wt%成品液碱。8.2.1.2 缩小极距可以降低槽电压 阴、阳极间距是影响槽电压的因素之一。电解槽两极间的距离小，电极表面光滑，电流经过的路程就短，同时使气体能年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 32 迅速脱离电极表面，电流分布均匀，减少电压降，有利获得较好的技术经济指标。本工程拟采用的阳离子交换膜的溶胀度、机械强度都优于石棉隔膜，能够在现有较小极距的基础上进一步缩小极间距，由极距 3mm 左右逐渐接近零极距即两极之间的距离等于离子膜厚度。8.2.1.3 严格控制进槽盐水质量 离子膜法制碱技术中，进入电解槽的盐水质量是该项技术的关键。盐水质量对离子膜的寿命、槽电压和电流效率有着重要的影响。（1）盐水 NaCL 深度要求达到 310-320g/l。在实际生产中NaCL 浓度一般都超过 315g/1，提高阳极液中 NaCL 浓度，能使阳极附近的 CL-浓度升高，而抑制电解副反应，避免造成电流效率下降。（2）盐水中有害杂质含量不得超标。电解槽用的阳离子交换膜具有选择和透过溶液中阳离子的特性，因止它对盐水中 Na+能选择和透过而对 Ca2+、Mg2+等也同样能透过。Ca2+、Mg2+等在透过交换膜时，会同少量从阴极室以迁移来的 OH 生成 Ca（OH）2沉淀。沉淀堵塞离子膜，使膜电阻增加，引起槽电压上升，还会加剧 OH-向阳极室的反迁移，降低了电流效率。因此合格的一次盐水必须经螯合树脂塔进行二次精制，使盐水含 Ca2+、Mg2+等总量低于 50ppb，实际上要求长期稳定控制在 20ppb 以下。年产 5 万吨离子膜烧碱工程可行性研究报告 33 为此，必须严格控制二次精制盐水质量，杂质含量不得超标。在设计中积极选用先进、可靠的监测、检测仪器和仪表，以控制盐水中杂质含量。（3）盐水的 PH 值控制在 9-10。为了降低氯中含氧量，需要在进槽盐水中加盐酸以中和从阴极室返迁移来的 OH，但要严格控制阳极液的 PH 值不得过低。如果加了过时的盐酸或搅拌不均，会破坏离子膜的导电性，膜的电压很快上升并造成永久性的损坏。如果生产上确有必要在盐水中连续加入盐酸应采用连锁