氯碱化工行业节能减排的途径与实践研究

1.氯碱化工行业概述

氯碱化工行业由食盐水经电解法制备氯气、氢气、烧碱等基本化工产品，形成石化产业链的核心环节。它的下游产品为塑料、橡胶、医药、农药、造纸、纺织、轻工及冶金等行业提供了广泛的服务，是许多工业体系中不可缺少的支持基础。在氯碱产业中，离子膜电解技术被广泛应用，这一工艺对电力的依赖性非常高，其电力成本大约占到烧碱生产总成本的超过 60% ，因此长时间被认为是高能耗和高排放的行业。同时氯气，氢气及其他副产物回收利用效率的高低还直接关系到装置总体能源平衡及环保负荷的大小。近年来，伴随着我国“双碳”战略的实施，氯碱行业节能减排的压力不断增大，电解系统的优化，余热利用和废气处理急需取得突破性进展。产业的发展已经从产能扩张向绿色化、智能化、低碳化升级转变，这对于节能降耗，清洁生产等系统协同方面提出更高的要求。所以，基于全流程的绿色制造体系建设是促进氯碱化工可持续发展的基本方向。

2.氯碱化工行业节能减排的难点

2.1 电解装置能耗刚性高制约节能空间拓展

氯碱化工核心过程是对电能依赖程度很高的离子膜电解。当前主流离子膜电解槽的单位电耗仍然保持在 2100～2400kWh/t⋅NaOH 之间，甚至使用了最新高效阴极和低电阻离子膜材料，单位能量消耗的减少范围仍然受到限制，理论上的最低电耗已经逼近 2000kWh/t⋅NaOH ,这接近了热力学的极限。另外由于过程的连续性和启停损耗较大，设备的运行需要长时间维持在高负荷的稳定态状态，使得灵活调峰和间歇节能的可行性很小。国内企业一般囿于设备老化和电解槽结构不尽合理，能源结构升级较难迅速进行，节能空间存在“平台期”的瓶颈。

2.2 余热资源利用效率低影响排放减量进程

氯碱化工中氢气冷却，液碱浓缩和氯气干燥都伴随着大量中低温余热的排放，其温度范围往往集中在 40^∘C～150^∘C C之间。但是，目前的余热回收系统大多使用的是单级换热器或简化的热回收塔，其换热效率普遍不超过55% ，这使得它们难以满足对多点、多质、多温余热的回收要求。以年产30 万吨的烧碱生产设备为例，每年大约有 1.2×105 GJ的余热被直接排放到环境中，这相当于损失了大约3500 吨的标准煤。余热系统和主体装置之间耦合性不强，造成工艺热源布局零散、回收和利用环节相互脱节等问题，严重制约着企业碳排放削减潜力的全面发挥。

2.3 污染物治理过程能耗反弹制约系统协同

氯碱产业的废气治理，废水中和及固废收集期间，都得引入各种治理设备，诸如氯尾气的吸收塔，针对碱渣的干化系统及重金属脱除装置，即便这些设备可有效地达成排放标准，然而在治理操作时，明显的能量消耗累积问题频繁出现，正常情况下，氯气吸收塔配套风机功率在 55\~\~90kW范畴，若处于一直持续运行的情况里，一年下来电耗可达40 - 60 万kWh。有企业为提高治理效率，引入了诸如低温等离子体、深度催化氧化等工艺，虽这些工艺可提高处理精度，但其单位治理能耗往往是以上，因而引起能源反弹等相关状况，污染物治理跟余能回收或者生产热利用系统没有有效衔接，提升了系统能耗叠加的压力水平，于是影响到全流程能碳优化的协同目的。

3.氯碱化工行业节能减排的实践途径

3.1 推进高效电解技术替代实现能效结构重塑

鉴于离子膜电解装置具有能耗刚性偏大且节能潜力有限的特点，有必要从技术替代与装备升级这两个维度对能效结构展开系统性重塑，少数企业在引入“零间隙电解槽等”及“变极距电解技术等”基础上，有了突破性的进展，把金陵化工公司列为研究对象，在2023 年推进的改造计划里面，其选用日本旭化成的第五代零间隙电解槽技术作为方案，同时采用了高效的镍基阴极与创新型的低电阻离子膜，圆满地将单位电耗从起初的 2340kWh /t·NaOH减至 ,每年节约电量差不多是1.6 亿kWh。同时配合自动电流密度调节系统，对极距及电解温度做动态调节，借此达成负荷随产量改变实现智能调节的目的，增进了电解槽工作稳定性及负载的灵活性能，倡导未来大范围推广模块化电解单元及数字化监控系统，构建以“预测—调节—评价”一体化为特征的电解效率优化平台，且结合电价的分时机制，推动氯碱行业往柔性调峰型绿色制造领域实现升级。

3.2 构建多级余热回收系统提升能量梯级利用

为应对氯碱企业低温余热利用效率低下的困境，倡导构建一个把“分质提取，多级使用”当作核心理念的余热回收体制，以山东海化集团 2022 年实施的节能改造工程为例子，企业把多级热泵系统引入到液氯冷却里，蒸汽冷凝操作及碱液浓缩的环节，搭建了 40^∘C ,三级热能回收区，还配置了板式换热器跟中温储热罐，成功实现余热的跨段转移。项目进入运营阶段后，整体余热回收效率自 47% 增长到 81% ，每年实现的热量回收量为 2.4×105 GJ,这近似于减少了大约 7200 吨标煤的消耗数量，企业凭借引进热能管理系统达成目的，对设备运行温差展开动态跟踪，达成各热源点跟热汇点的有效耦合，由此处理传统工艺里“热量闲置”情形。提议大力推行“源网荷储”综合能量管理平台，以余热作为区域供热的热量来源，进而提高系统综合热效率，延展节能边界。

3.3 优化末端治理流程协同控制能耗与排放

针对污染物治理中能耗反弹现象，要促进治理系统和主工艺的深度耦合和“减污降碳”双控协同。2023 年中盐吉兰泰化工公司进行的综合处理改造工程值得参考，该工程的核心作法是对氯气吸收系统和制氢尾气预处理工段进行综合优化，通过副产氢的燃烧产热来带动尾气吸收塔内循环液的再生工艺，避免了独立加热电源的使用，使系统每年的节电量达到 75 万kWh左右。该项目通过将电除雾器与湿法洗涤塔进行串联，并利用前端的静电去雾技术来提高后端吸收液的接触效率，从而将单位氯气处理的能耗从减少到 1.12kWh/Nm³ 。提出其他氯碱企业应借助“末端加过程”协同路径、低温余热和副产气资源整合、能耗闭环控制技术等措施，促进能源梯级利用引导下污染治理新模式的建立，做到全过程绿色转型和污染物达标稳定控制相统一。

结束语

氯碱化工行业实现节能减排并不依赖于单一技术的突破，而是需要建立一个覆盖源头，工艺和终点的协同控制体系。通过促进高效电解技术的应用，多级余热回收及污染治理等工艺优化，该产业能够在确保产能平稳的同时达到能耗和排放“双控”的目的。今后，要进一步强化数字化监测，智能控制和政策激励等联动机制，不断拓宽节能减排深度和广度，帮助化工行业绿色转型和可持续发展。

参考文献

[1]梁多奇. 氯碱化工综合排水零排放及资源化利用探讨[J]. 盐科学与化工, 2025, 54 (04): 18-21.

[2]王小艳, 熊新阳, 王小忠, 李国栋. 氯碱行业新形势下创新发展思路及实践[J]. 中国氯碱, 2024, (10): 1-4.