氧阴极低槽电压离子膜法电解质烧碱技术

氯碱工业是我国化学工业的支柱产业之一，其主要产品烧碱和氯气等属于基本化工原料，被广泛应用于轻工、化工、纺织、建材、国防、冶金等领域。我国的烧碱产量居世界第一位，且仍处于高速发展阶段。同时，氯碱工业属高能耗行业，是国家强制性限制能耗的行业之一。

基于气体扩散电极技术的氧阴极技术是近年来发展起来的一种新型电解技术，是电解制烧碱装备第四代革命性技术。北京化工大学研制出符合氯碱电解生产用氧阴极电极，解决了氧阴极离子膜电解槽产业化装置研制中的核心问题，该项目针对当前氯碱行业的技术发展要求，研制开发了大尺寸氧阴极电极产品、金属纳米粒子/C复合材料新型氧阴极催化剂材料；突破了氧阴极离子膜电极材料制备、组装、电解槽制造、工业装置运行控制等4项关键技术瓶颈；建成了电极材生产、电极组装、电解槽制造等3条工业生产线；建成了氧阴极离子膜法电解制烧碱200吨/年中试装置、5000吨/年工业放大装置、50000吨/年工业放大装置各一套，工业化规模居世界第一该技术吨碱能耗低于1500KWh,与世界上最先进的离子膜极距技术相比，吨碱节电600KW，节电效果达到了30%以上，该技术对氯碱行业降低能耗，提升我国氯碱工业的装备技术水平，实现可持续发展具有重大意义。该成果是在国家支撑计划、863计划和北京市科技计划项目支持下完成的，该项目已于2013年6月通科学技术部组织的项目验收。

不锈钢装备在非氧化性介质中的腐蚀控制新技术及应用

不锈钢是工业、科技、国防等领域应用最广泛的材料之一。不锈钢表面的钝化膜需要在氧化性环境中才能稳定地存在，因此不锈钢在氧化性环境中，例如大气、水环境、硝酸溶液等，具有良好耐蚀性，而在非氧化性或还原性环境例如高温稀硫酸、高温甲酸等介质中，由于表面的钝化膜不稳定，不能有效地保护基体，耐蚀性就很差；在含有能破坏钝化膜的有害离子的介质中，不锈钢的耐蚀性也很差。以化工、石化工业为例，在高温稀硫酸、高温甲、乙混合酸等介质中，奥氏体不锈钢腐蚀速度很快。由于温度较高，非金属材料在这种体系中不适用，国外部分企业采用耐蚀性更高的钛材或镍基耐蚀合金，但设备价格极其昂贵，同时材料来源和加工也非常困难。

实验室研究开发了一种利用电沉积法在不锈钢表面制备钯系合金薄膜的技术，主要通过钯对不锈钢表面钝化性能的促进作用来提高不锈钢在非氧化性介质中的耐蚀性，并研究了在工程现场对不锈钢设备进行大面积施镀的技术。这种方法能够显著提高不锈钢在非氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，例如，在沸腾稀硫酸和沸腾甲、乙混合酸中，镀钯不锈钢的腐蚀速率可以降低三到四个数量级，在含有微量Cl、Br离子的环境中，耐蚀性也显著提高。目前已在某化纤厂、化工厂等相关设备上进行工程实施，取得了良好的效果。相关研究成果已获得国家发明专利授权2项，并得到“十二五”国家支撑计划的支持。  该项技术的创新点：1. 研究开发了在奥氏体不锈钢表面制备钯、钯-铜和钯-铬合金薄膜的工艺技术，工艺稳定可靠，镀膜厚度可以在0.5-3μm之间控制，膜均匀致密，具有良好的结合力和抗冲击性能。镀膜、镀液及刷镀过程中均不含有毒有害物质，环保性好。2. 镀膜不锈钢在非氧化性腐蚀介质中耐蚀性大幅提高，与未镀膜的同种材料比较，在典型非氧化性环境（沸腾20%硫酸，沸腾90%乙酸+10%甲酸）中腐蚀速率降低约二到三个数量级。3. 传统的电镀或化学镀方法很难对大面积表面施镀，实验室开发了可对大型不锈钢设备表面实施大面积快速电刷镀钯的工艺技术，并且能够针对在用的旧不锈钢设备进行表面处理和现场施工。

对应零排放工艺已经成功开发出一系列新技术，主要有：①新的系统平衡技术；②氧化性水工况及其防腐阻垢技术；③抑制传热面偏离核态沸腾技术；④超分子缓蚀剂法防腐蚀技术；

锅炉水汽系统近零排放工艺运行模式

从国家“六五”计划开始，魏刚教授领导的研发团队，从工业设备、特种压力容器的清洗技术、缓蚀技术研究开始，逐步创制了中国工业设备化学清洗技术、工业锅炉停用保养技术、锅炉运行防腐阻垢技术。“九五”期间，绿色化学概念的提出与全球对于零排放技术的追求，最终促成科技部批准立项做工业用水零排放技术的研究。在“十五”、“十一五”期间，魏刚教授成功开发出工业锅炉成套节能节水近零排放技术，彻底解决了长期以来锅炉安全事故频发、水耗、能耗居高不下的难题，对提升整个行业技术水平具有划时代的意义。该技术于2009年被正式列入国家863计划“工业冷却与锅炉系统节水及废水近零排放技术”项目，技术的工程化应用得到国家科技部第一批节能减排项目的重点支持。

低压锅炉近零排放工艺如图

中压锅炉近零排放工艺如图

对应零排放工艺已经成功开发出一系列新技术，主要有：①新的系统平衡技术；②氧化性水工况及其防腐阻垢技术；③抑制传热面偏离核态沸腾技术；④超分子缓蚀剂法防腐蚀技术；⑤远程集中监测控制系统；

锅炉水汽系统近零排放工艺应用实例

①低压锅炉示范项目

 河北省廊坊市开发区耀邦热力有限公司锅炉项目，实施效果：

l  吨蒸汽补水量从1.5m3下降到0.0447m3 ，年节水量12.5万吨；

l  吨蒸汽耗煤由183.1 kg下降到160.8 kg，年节能量1662吨标准煤；

l  吨蒸汽废水量从1.4m3下降到0.003m3 ，年减排废水量12.8万吨；

l  锅炉排污率从10％~15％下降到0.3％；

l  减少碳粉尘排放1130.2吨/年、CO2排放4142.5吨/年、SO2排放124.6吨/年、NOX排放62.3吨/年；

l  碳钢腐蚀率0～0.001 mm/a；

l  阻垢率≥99.9％；

l  一个供热季可实现经济净效益183.4万元；

耀邦热力有限公司锅炉项目现场应用照片

河南新郑卷烟厂锅炉系统改造项目，实施效果：

l  吨蒸汽补水量由1.2吨下降到0.56吨，年节水量可达64000吨；

l  每生产一箱卷烟消耗天然气量较去年同期相比降低1.63m3，年节能量可达1711.2吨标煤；

l  吨蒸汽向锅外排放废水量下降到0.1吨，年减排废水量可达10000吨；

l  年实现直接经济净效益可达288万元；

l  因节约天然气消耗，减少了污染气体的排放，减排CO2量为2096.2吨/年，减排SO2量为0.524吨/年；

河南新郑卷烟厂现场照片

②中压锅炉示范项目

石家庄双联化工有限责任公司中压锅炉节能节水近零排放技术示范项目

l  省却除氧器不用，节约2%新鲜蒸汽，年节约费用可达192万元，年节能量达2555吨标煤；

l  回收排污热及排污水，锅炉排污率由实施前的5%下降到实施后的1%，此项每年可实现节能量1240吨标煤，节水量3.2万吨；

l  增加回收高温凝结水，此项每年可增加节能量356.2吨标煤，节水量4万吨；

l  增加回收高温凝结水，此项每年可增加节能量356.2吨标煤，节水量4万吨；

l  采用本技术后，年可实现直接经济效益355.7万元，节水总量7.2万吨，节能总量达4151.2吨标煤；

双联化工有限责任公司现场照片