离子膜法烧碱能耗计算中的几个常见问题

龙林林

(湖北省化学工业研究设计院，湖北 武汉 430073)

为促使烧碱生产企业持续改进烧碱管理水平和生产技术，鼓励采用新工艺、新技术，提高能源利用效率，使烧碱生产过程中的能源消耗下降，国家出台了《烧碱单位产品能源消耗限额》(GB21257-2014)[1]，引导氯碱行业逐步淘汰能耗落后的烧碱生产装置，促进行业的良性发展。

该标准研究与制定的依据是国家标准《综合能耗计算通则》、国家统计局批准、备案的《氯、碱技术经济核算规程》及《工业产品能耗定额国家标准研究方案》。

该标准规定了电解法烧碱单位产品能源消耗的统计范围、计算方法、烧碱单位产品能耗指标等。

在节能监察中，与离子膜法烧碱企业的交流中发现，企业对于标准的理解和应用中存在以下几项需要明确的事项。

1 32%液碱产品的产量

不少企业计量了电解槽出来的32%电解液量，也有企业的计量点在32%电解液回用到一次盐水精制之后，把此计量定为32%液碱产量，这是不准确的。

《氯、碱技术经济核算规程(离子膜电解法)》中第4.3条指出： 离子膜电解法生产过程中的浸膜及开车装槽用碱等，一次盐水精制和淡盐水脱氯中和用碱，离子交换树脂再生用碱，应列为自用碱，不能计入产品产量。

《氯、碱技术经济核算规程(离子膜电解法)》中第19.3条指出： 凡在烧碱、氯气生产及修理、开停车过程中所消耗的各种原材料、辅助材料、动力、燃料、汽、水等，均应列入氯气、烧碱范围内计算单耗。自用烧碱不得计入库量，自用烧碱所消耗的一切原材料、辅助材料、燃料等均由产品负担。

由此可见：

32%液碱产量=电解槽出来的32%电解液量-自用碱量

其中：自用碱量=一次盐水精制用碱量+离子交换树脂再生用碱量+浸膜及开车装槽用碱量+淡盐水脱氯中和用碱量

2 能耗统计范围不包括氯化氢合成阶段

氢氯处理工序在整个氯碱生产中起到了承上启下的作用，消耗的能源主要是电力及水，电功率较大。常采用先进的节能型设备，氯气处理及液化技术以及生产余热回收利用。

其中生产余热回收利用主要包括两个方面：

一是生产烧碱的同时产生的氢气和氯气含有大量饱和水蒸气，两者可带出两吉焦以上的热量(以生产一吨100%烧碱计)。利用此热量预热入槽精盐水，既节约蒸汽又节约冷却水。

二是回收利用氯化氢、盐酸合成炉余热。合成一吨氯化氢可产生反应热达2522MJ，一吨氯化氢气体回收的热量可以副产0.5MPa蒸汽750千克。

余热回收是一项很好的节能措施，很多烧碱企业把氯化氢的合成阶段作为了烧碱能耗统计范畴；而实际上烧碱产品的能耗统计范围不包括氯化氢合成阶段，叙述如下：

2.1 《氯、碱技术经济核算规程(离子膜电解法)》

第22.5条指出烧碱生产界区是指从蒸汽、电力、原盐等能源和原材料，经计量进入工序开始，到成品烧碱计量入库和伴生氢气、氯气进入总管为止的整个电解法烧碱产品生产系统。

第22.7 条指出氢气、氯气输出边界。电解法烧碱生产伴生的氢气和氯气以分别进入总管为输出边界。离子膜法工序中，淡盐水脱氯产生的废氯气或氯气，以出脱氯装置为界(进入辅助设施吸收处理的除外)。

2.2 《烧碱单位产品能源消耗限额》编制说明

第5.2.7条指出离子膜电解法工艺装置包括盐水制备、盐水二次精制、变电整流、离子膜电解、蒸发、固碱、淡盐水脱氯、氢、氯输送和成品烧碱计量包装入库等工序的装置。

第5.2.11 条指出氢气、氯气输出边界。电解法烧碱生产伴生的氢气和氯气分别以氢气泵及氯压机出口送出总管为输出边界。

2.3 《烧碱单位产品能源消耗限额》(GB21257-2014)

在3.4 中定义了烧碱电解单元单位产品综合能耗：用电解碱折100%烧碱单位产量表示的电解单元的综合能耗，包括氯、氢处理过程所消耗的能源数量，不包括烧碱蒸发及其他加工过程所消耗的能源数量。

这里用的是包括“氯、氢处理过程”，而不是“氯氢处理工序”。

2.4 标准编制的意义

烧碱生产副产的氯氢气体，有的以合成氯化氢为主，有的以直接销售为主。

能耗标准应起到促进节能、鼓励节能的作用。标准的制定既考虑差异，又便于实施、考核，具有可操作性。

如果烧碱产品的能耗统计范围包括氯化氢合成阶段，氯化氢气体回收的热量较大程度影响到烧碱能耗指标，不利于制定标准的原意。

综上叙述可知：烧碱产品的能耗统计范围不包括氯化氢合成阶段

3 盐酸合成炉副产的蒸汽用于烧碱生产的，应计入烧碱消耗能源

由于烧碱生产界区不包括氯化氢合成阶段，因此盐酸合成炉副产的蒸汽用于烧碱生产的，对于烧碱生产界区来讲，就属于外部供入能源，应计入烧碱消耗能源，否则形成漏记。

4 漏记烧碱生产界区内做燃料用的氢气的消耗

由于氢气是电解法制烧碱的副产品，而又消耗在烧碱生产界区内；因此习惯性的认为自产自用不予计量。

但是按照该标准的5.1.7的规定是应该计入的：在烧碱生产界区内，作为燃料耗用的氢气(包括电解法制烧的碱副产品氢气)应计入能耗量中。

5 自用碱率x和碱损失率y

该标准5.2.2 烧碱单位产品综合能耗的计算中给出标准中给出了自用碱率及碱损失率用法，但并未给出自用碱率及碱损失率的计算方法；经研究，给出自用碱率x和 碱损失率y计算式：

5.1 自用碱率x

自用碱率x=自用碱量÷32%液碱产量

=自用碱量÷(电解槽出来的32%电解液量-自用碱量)

=(电解槽出来的32%电解液量-32%液碱产量)÷32%液碱产量

推导过程：

A、标准第5.2.2 给出某种规格烧碱单位产品综合能耗按式(1)计算：

EZH=EDJ×(1+x)×(1+y)+EJG

式中：EZH——报告期内某种规格烧碱单位产品综合能耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)；

EDJ——报告期内烧碱电解单元单位产品综合能耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)；

X——实际发生的自用碱率；

y——实际发生的碱损失率；

EJG——报告期内某种规格烧碱加工过程的单位产品综合能耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)；

B、假如某企业只生产离子膜法32%液碱，报告期内企业综合能耗为E，按照《综合能耗计算通则》(GB/T2589-2008)有[2]：

①报告期内烧碱电解单元单位产品综合能耗EDJ为：

EDJ=报告期内企业综合能耗E÷电解槽出来的32%电解液量

②报告期内32%液碱单位产品综合能耗：

EZH(32%液碱产品)=报告期内企业综合能耗E÷32%液碱产量

③由于该企业只生产离子膜法32%液碱，可认为实际发生的碱损失为零，则实际发生的碱损失率y为零；由于电解槽出来的就是32%烧碱，因此离子膜法32%液碱加工过程的能耗为零，则离子膜法32%液碱加工过程的单位产品综合能耗EJG为零。

按照标准第5.2.2给出的式(1)，则

EZH(32%液碱产品)=EDJ×(1+x)×(1+y)+EJG

=EDJ×(1+x)×(1+0)+0

=EDJ×(1+x)

则

x=(EZH(32%液碱产品)÷ EDJ)-1

=(报告期内企业综合能耗E÷32%液碱产量)÷(报告期内企业综合能耗E÷电解槽出来的32%电解液量)-1

=(电解槽出来的32%电解液量÷32%液碱产量)-1

=(电解槽出来的32%电解液量-32%液碱产量)÷32%液碱产量

=自用碱量÷32%液碱产量

5.2 碱损失率y

碱损失率y=实际发生的碱损失÷某规格离子膜法液碱产量

(某规格离子膜法液碱产量指电解槽出来的32%电解液加工出来的质量分数更高的烧碱)

推导过程与自用碱率x相似，不在赘述；需要指出的是不宜参考《清洁生产标准 氯碱工业(烧碱)》(HJ475-2009)。

5.3 自用碱率x和碱损失率y参考值

由于种种原因，不少企业漏记了该数据；建议在此种情况下，企业可参考表1取值。

表1 自用碱率x和碱损失率y参考值

出处：《烧碱单位产品能源消耗限额》编制说明。