中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著國(guó)家 “雙碳” 目標(biāo)的持續(xù)推進(jìn)，高耗能行業(yè)的節(jié)能降碳改造已成為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心任務(wù)。離子膜燒堿作為氯堿行業(yè)的關(guān)鍵產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程的能源消耗與碳排放水平直接關(guān)系到行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型成效。當(dāng)前，國(guó)家已出臺(tái)多項(xiàng)政策明確離子膜燒堿行業(yè)的能效標(biāo)桿與碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)行業(yè)內(nèi)也在積極探索余熱利用、設(shè)備升級(jí)、工藝優(yōu)化等技術(shù)路徑，以實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)?；凇堵葔A行業(yè)離子膜法電解工藝碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)10萬(wàn) t/a 離子膜燒堿裝置的碳排放量進(jìn)行精準(zhǔn)核算，并針對(duì)性研究可落地的節(jié)能降碳措施，對(duì)推動(dòng)2025年離子膜燒堿行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展具有重要實(shí)踐意義。以下是2025年離子膜燒堿行業(yè)趨勢(shì)分析。
國(guó)家層面已形成多維度政策體系引導(dǎo)離子膜燒堿行業(yè)節(jié)能降碳。2023年，國(guó)家發(fā)展改革委等部門發(fā)布《工業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平(2023 年版)》，其中明確 30% 離子膜法液堿能效標(biāo)桿水平為 315 kgce/t，基準(zhǔn)水平為 350 kgce/t;對(duì)擬建項(xiàng)目要求對(duì)照能效標(biāo)桿水平建設(shè)，能效介于標(biāo)桿與基準(zhǔn)水平之間的存量項(xiàng)目需加強(qiáng)綠色低碳技術(shù)應(yīng)用，能效低于基準(zhǔn)水平的存量項(xiàng)目原則上應(yīng)在 2025 年底前完成技術(shù)改造或淘汰退出。2024 年 5 月，生態(tài)環(huán)境部會(huì)同相關(guān)部委制定《關(guān)于建立碳足跡管理體系的實(shí)施方案》，從產(chǎn)品碳足跡核算標(biāo)準(zhǔn)、邊界、方法、數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面提出規(guī)范要求，并推動(dòng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)向行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。
在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)層面，2022 年 12 月發(fā)布、2023 年 3 月實(shí)施的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《氯堿行業(yè)離子膜法電解工藝碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)》(T/CCASC 6005-2022)，對(duì)離子膜燒堿碳排放核算邊界、要求和方法作出具體規(guī)定，明確以標(biāo)桿值法確定離子膜法電解工藝噸堿碳排放基準(zhǔn)值為 1.45 t，并通過碳資產(chǎn)管理方法和減排措施提供技術(shù)支持。后續(xù)對(duì) 10 萬(wàn) t/a 離子膜燒堿裝置的碳排放量核算及節(jié)能降碳措施研究，均以該新版標(biāo)準(zhǔn)為核心依據(jù)。
離子膜燒堿生產(chǎn)需經(jīng)過多道工序?qū)崿F(xiàn)原料轉(zhuǎn)化與產(chǎn)品提純，具體流程如下：電解后的淡鹽水與回收的堿性廢水、機(jī)封水一同進(jìn)入配水槽作為化鹽用水，在化鹽池溶解原鹽形成飽和鹽水;鹽水精制階段，通過加入未脫氯淡鹽水、氫氧化鈉、碳酸鈉，結(jié)合浮上桶配套膜過濾技術(shù)，去除菌藻類、腐殖酸等有機(jī)物及鈣鎂離子，制得一次精鹽水;一次精鹽水經(jīng)鹽酸調(diào)整 pH 值后進(jìn)入螯合樹脂塔進(jìn)行二次精制，通過螯合樹脂吸附去除微量金屬離子，得到符合電解要求的二次精鹽水。
二次精鹽水經(jīng)預(yù)熱后送往電解槽，在直流電作用下，電解槽陽(yáng)極室產(chǎn)生氯氣和淡鹽水，淡鹽水需經(jīng)脫氯、氯酸鹽分解及膜法脫硝工序處理后循環(huán)作為化鹽用水，氯氣則送往氯氣處理工序，經(jīng)冷卻脫水、濃硫酸干燥后送往下游用戶;陰極室產(chǎn)生氫氧化鈉和氫氣，為控制出槽陰極氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 30%~32%，需在陰極加入適量純水，氫氧化鈉經(jīng)冷卻后作為成品堿送往貯罐，氫氣經(jīng)冷卻脫水后用于氯化氫合成及其他下游環(huán)節(jié)。此外，開停車或氯氣處理產(chǎn)生的廢氯氣、事故氯氣，通過堿液循環(huán)噴淋吸收反應(yīng)生成次氯酸鈉;部分氯氣進(jìn)入液化器與冷媒進(jìn)行熱交換，冷凝液化后成為液氯產(chǎn)品。
依據(jù)《氯堿行業(yè)離子膜法電解工藝碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)》(T/CCASC 6005-2022)，離子膜燒堿碳排放核算邊界為：從能源和物料經(jīng)計(jì)量進(jìn)入生產(chǎn)工序開始，到成品計(jì)量入庫(kù)的整個(gè)生產(chǎn)過程，不包含輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)。具體涵蓋原鹽或鹽鹵等原材料、電力及蒸汽等能源經(jīng)計(jì)量進(jìn)入生產(chǎn)單元，電解用交流電進(jìn)入整流變壓器前計(jì)量開始，經(jīng)鹽水制備、精制、電解、燒堿蒸發(fā)、固堿加工至成品燒堿計(jì)量入庫(kù)，以及氯氣處理、氫氣處理后送出相關(guān)生產(chǎn)單元的所有生產(chǎn)用能設(shè)備設(shè)施，核心涉及鹽水精制、電解、氯氣處理、氫氣處理等工序。
核算邊界內(nèi)的碳排放總量為進(jìn)出邊界的碳源流產(chǎn)生的排放量，離子膜法電解工藝聯(lián)產(chǎn)的燒堿、氯氣、氫氣中，氯氣與氫氣處理過程的碳排放量由燒堿產(chǎn)品承擔(dān)，燒堿產(chǎn)量需折 100% 計(jì)算;液氯作為商品直接銷售或企業(yè)自用于其他裝置時(shí)，需承擔(dān)液化及包裝過程的碳排放量。
核算邊界內(nèi)回收利用的二氧化碳，需根據(jù)實(shí)際回收利用量從碳排放總量中扣除。
核算邊界內(nèi)產(chǎn)生的氫氣、余熱及化學(xué)反應(yīng)熱等輸出邊界后作為能源使用時(shí)，該部分能源不納入碳排放量核算。
核算邊界內(nèi)使用自身配套的綠色能源時(shí)，該部分能源不納入碳排放量核算。
結(jié)合《氯堿行業(yè)離子膜法電解工藝碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)》(T/CCASC 6005-2022)及《燒堿行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》推薦方向，針對(duì)離子膜燒堿生產(chǎn)過程，可通過余熱梯級(jí)利用、核心設(shè)備改造、工藝優(yōu)化等技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)碳減排，具體措施及效果如下：
某離子膜燒堿生產(chǎn)采用特定型號(hào)電解槽，燒堿出槽溫度控制在 88℃，高溫高濃度燒堿易對(duì)儲(chǔ)罐、槽車及管道造成腐蝕，常規(guī)需通過換熱器冷卻至 40℃以下;同時(shí)，電解槽為控制出槽堿液濃度，需在進(jìn)槽循環(huán)堿液中加入脫鹽水，脫鹽水需從室溫加熱至 88℃左右，需消耗蒸汽。通過技術(shù)改造，在成品燒堿板式換熱器前增加一臺(tái)換熱器，利用出電解槽的高溫堿液先對(duì)脫鹽水加熱，加熱后的脫鹽水再并入循環(huán)堿，成品燒堿后續(xù)通過原有換熱器冷卻至儲(chǔ)存溫度。
從能耗計(jì)算來看，電解槽脫鹽水加入量與燒堿產(chǎn)量存在固定比例，脫鹽水流量約為 12.5 m3/h，從常溫 20℃升溫至 60℃，每噸脫鹽水需吸收熱量 Q=4.186×1000×40=167440 kJ，折合 0.6 MPa 蒸汽約 61 kg。以 10 萬(wàn) t/a 100% 燒堿計(jì)算，通過該技術(shù)可節(jié)省蒸汽消耗，對(duì)應(yīng)減少二氧化碳排放量 1849 t。
部分離子膜燒堿生產(chǎn)采用二效蒸發(fā)工藝生產(chǎn) 48% 燒堿，對(duì)二次蒸汽冷凝液進(jìn)行電導(dǎo)率和水質(zhì)含鹽分析后發(fā)現(xiàn)，其水質(zhì)與脫鹽水接近。通過技術(shù)改造，將二次蒸汽冷凝液收集后輸送至電解工序，作為電解槽陰極補(bǔ)充水使用，不僅減少了脫鹽水用量，且回收的冷凝液溫度較高，可降低蒸汽消耗量。為保障電解槽安全運(yùn)行，在冷凝液輸送管路安裝在線 pH 值和電導(dǎo)率分析儀，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
離子膜燒堿生產(chǎn)中，進(jìn)電解槽的鹽水溫度要求≥75℃，而出電解槽的濕氯氣溫度高且夾帶部分水蒸氣，蘊(yùn)含較大熱量。通過技術(shù)改造，采用高溫濕氯氣對(duì)鹽水進(jìn)行預(yù)熱，可實(shí)現(xiàn)能量回收與工藝需求的匹配。以 10 萬(wàn) t/a 燒堿裝置為例，鹽水流量約 130 m3/h，飽和鹽水密度約 1.17 kg/L，比熱容為 3.89 kJ/(kg?℃)，將鹽水溫度由 57℃預(yù)熱至 63℃，經(jīng)熱量計(jì)算可節(jié)約蒸汽約 1.25 t/h，年減少蒸汽用量 1 萬(wàn) t;同時(shí)，高溫濕氯氣溫度可下降約 15℃，有效降低氯氣處理系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。
氯化氫合成是離子膜燒堿配套生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，氫氣與氯氣在合成爐燃燒反應(yīng)生成氯化氫時(shí)會(huì)釋放大量熱量。早期合成爐采用循環(huán)水移熱，后續(xù)發(fā)展為熱水型合成爐(副產(chǎn)熱水用于鹽水加熱或溴化鋰機(jī)組用熱)，當(dāng)前先進(jìn)的副產(chǎn)低壓蒸汽合成爐可生產(chǎn) 0.30~0.40 MPa 蒸汽，1 t 氯化氫可副產(chǎn) 0.6~0.75 t 蒸汽，該蒸汽不僅可用于一次鹽水和電解鹽水加熱，還可供應(yīng)氯乙烯裝置鹽酸解吸、聚合裝置脫鹽水加熱及流化床、汽提塔供熱。
某 10 萬(wàn) t/a 離子膜燒堿裝置配套 4 臺(tái)氯化氫合成爐，滿足 10 萬(wàn) t/a PVC 裝置對(duì)氯化氫氣體、工業(yè)鹽酸及高純鹽酸的需求。通過采用自動(dòng)點(diǎn)火技術(shù)與副產(chǎn)蒸汽合成爐(替代原有合成爐)，副產(chǎn)蒸汽壓力提升至 0.6 MPa 以上，年可副產(chǎn) 0.6 MPa 飽和蒸汽 7.2 萬(wàn) t，可完全替代燒堿生產(chǎn)所需蒸汽，減少因熱力消耗產(chǎn)生的全部二氧化碳排放量 4634 t，使燒堿單位產(chǎn)品碳排放量降至 1.36 t/t。
《2025-2030年中國(guó)離子膜燒堿市場(chǎng)專題研究及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)評(píng)估報(bào)告》指出，電解槽是離子膜燒堿生產(chǎn)的核心設(shè)備，其用電量占生產(chǎn)總電耗的 90% 以上。膜極距電解槽通過縮短陰陽(yáng)極間距，可有效降低槽電壓，該技術(shù)于 2019 年列入《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目錄》中石化行業(yè)鼓勵(lì)類并推廣。某 10 萬(wàn) t/a 離子膜燒堿裝置通過膜極距電解槽改造，燒堿工藝電耗降低 98 kW?h/t，裝置年減少用電量 980 萬(wàn) kW?h，對(duì)應(yīng)減少二氧化碳排放量 5700 t。
部分離子膜燒堿生產(chǎn)中，氯氣壓縮原采用液環(huán)式壓縮機(jī)，以濃硫酸為壓縮介質(zhì)，壓縮氣量 1600 m3/h。因設(shè)備運(yùn)行年久，運(yùn)行能力下降，需開啟 4 臺(tái)、備用 1 臺(tái)才能滿足 10 萬(wàn) t/a 燒堿裝置的氯氣壓縮需求，輸送壓力為 0.10~0.35 MPa，配套電機(jī)額定功率 185 kW，4 臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)實(shí)際耗電量達(dá) 740 kW，電耗較高。
通過調(diào)研行業(yè)先進(jìn)技術(shù)，計(jì)劃采用 3 臺(tái)離心式氯氣壓縮機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，單臺(tái)按 6 萬(wàn) t/a 燒堿產(chǎn)量匹配，開啟 2 臺(tái)、備用 1 臺(tái)即可滿足生產(chǎn)負(fù)荷需求。所選 LYJIII-0.35/2800 型氯氣壓縮機(jī)配套電機(jī)功率 220 kW，改造后每小時(shí)可減少用電量 300 kW?h，年減少用電量 240 萬(wàn) kW?h，折合減少二氧化碳排放量 1394 t。
傳統(tǒng)離子膜燒堿蒸發(fā)多采用二效蒸發(fā)工藝，而三效逆流蒸發(fā)工藝通過充分利用二效蒸汽的熱量，可顯著降低蒸汽消耗。目前，三效逆流降膜蒸發(fā)工藝已廣泛應(yīng)用于燒堿蒸發(fā)領(lǐng)域，與二效堿蒸發(fā)技術(shù)相比，噸堿汽耗平均由 0.72 t 降至 0.52 t，即生產(chǎn) 1 t 50% 的 NaOH 溶液可節(jié)約蒸汽約 0.2 t，有效減少熱力消耗及對(duì)應(yīng)碳排放量。
當(dāng)前離子膜燒堿裝置多采用加酸控制 pH 值并升溫的方式，實(shí)現(xiàn)淡鹽水中氯酸鹽分解，該工藝存在鹽酸、燒堿及蒸汽消耗較高的問題。通過研究新技術(shù)，在淡鹽水中加入還原劑與氯酸鹽反應(yīng)，可減少鹽酸用量，同時(shí)降低燒堿和蒸汽消耗。以 10 萬(wàn) t/a 燒堿裝置為例，采用該技術(shù)后蒸汽用量降低約 0.7 t/h，年可節(jié)約蒸汽消耗，對(duì)應(yīng)減少二氧化碳排放量 1663 t。
2024年6月，國(guó)家已出臺(tái)煉油、合成氨、鋼鐵、水泥等四個(gè)行業(yè)的節(jié)能降碳專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃，圍繞產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、節(jié)能改造、設(shè)備更新、能源低碳轉(zhuǎn)型、資源循環(huán)利用、數(shù)字化升級(jí)等方面部署重點(diǎn)任務(wù)，并對(duì)二氧化碳減排作出具體規(guī)定。作為高耗能產(chǎn)品，離子膜燒堿行業(yè)即將面臨明確的節(jié)能降碳任務(wù)，推動(dòng)生產(chǎn)過程碳減排成為行業(yè)綠色發(fā)展的核心議題。
從離子膜燒堿生產(chǎn)的能源消耗結(jié)構(gòu)來看，電力是主要能源消耗，熱力產(chǎn)生的二氧化碳排放量?jī)H占總排放量的 3%~5%，因此，減少用電量是降低離子膜燒堿產(chǎn)品碳排放量的關(guān)鍵方向。未來可重點(diǎn)探索兩大技術(shù)路徑：一是氧陰極電解槽耦合綠電制氫技術(shù)，通過氧陰極技術(shù)制取燒堿和氯氣，結(jié)合綠電制取氫氣，大幅降低生產(chǎn)用電量;二是二氧化碳吸收技術(shù)，例如在鹽水精制環(huán)節(jié)采用石灰芒硝煙道氣技術(shù)，既能固定排放煙氣中的二氧化碳，又能減少一次鹽水精制過程中碳酸鈉的用量，實(shí)現(xiàn) “減排” 與 “降耗” 的雙重效益。
綜合來看，當(dāng)前通過余熱利用、核心設(shè)備改造、工藝優(yōu)化等技術(shù)，已可實(shí)現(xiàn) 10 萬(wàn) t/a 離子膜燒堿裝置單位產(chǎn)品碳排放量從 1.447 t/t 向 1.36 t/t 的下降，且后續(xù)仍有較大優(yōu)化空間。2025年，隨著政策要求的進(jìn)一步收緊、綠色能源替代率的提升及新技術(shù)的落地應(yīng)用，離子膜燒堿行業(yè)將逐步形成 “政策引導(dǎo) - 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 - 技術(shù)落地 - 效益提升” 的良性循環(huán)，推動(dòng)行業(yè)向低碳化、高效化方向持續(xù)轉(zhuǎn)型。
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