离子膜纯碱研发取得重大突破

2024年3月24日，重庆市化工节能与防腐蚀技术协会在重庆市映天辉氯碱化工有限公司组织中国成达工程有限公司、四川大学、重庆化工设计研究院等业内专家，对重庆威能科技发展有限公司、重庆毓峰环保科技有限公司《质子循环离子膜反应器制纯碱新工艺——王昱飞制碱法》（以下简称离子膜纯碱）1000吨/年纯碱中试成果进行了鉴定。会议认为，离子膜纯碱新工艺，在全球范围内尚无先例，是对传统纯碱生产工艺的颠覆性原始创新成果：与采用氯化钠作为纯碱生产原料的传统制碱法不同，离子膜纯碱工艺路线采用廉价的芒硝和石灰石作为原料，制取纯碱和石膏，不仅能使我国约1170亿吨巨量芒硝矿藏和每年1000万吨以上的工业副产芒硝得以高效利用，而且能彻底解决传统纯碱生产过程中特别是氨碱法每年约1.5亿立方米废液废渣排放的世纪环保难题；离子膜纯碱的纯度能达99.95%以上，可满足制取医药级碳酸氢钠以及电池级碳酸钠的质量要求，优于氨碱法、联碱法、天然碱法的产品纯度。特别是副产的纯度达97%以上优质石膏，和磷石膏、钛石膏无市场需求不同，中试产出的湿品都能卖出每吨400元（以干品计），很好销售；按GB20140计算,项目中试吨产品综合能耗约182千克标煤，己远低于2023年版联碱法、氨碱法、天然碱法的重质纯碱行业能效标杆水平。工业生产后的规模效应,将会更大辐度降低综合能耗及碳排放；离子膜纯碱制造成本约780元/吨。考虑副产石膏的销售收入和硫酸钠废液处理收入，其吨纯碱制造成本将降低至300元以下，远低于氨碱法、联碱法和天然碱法的纯碱生产成本。

纯碱是基础化工原料、国家重点耗能和碳排放产品之一，按采用原料和生产方法（工艺路线）不同，我国最常见的是以氯化钠为原料的氨碱法（索尔维法）、联碱法（侯德榜制碱法生产纯碱和氯化铵）和以硫酸钠为原料的氨碱法（路布兰法）、联碱法（生产纯碱和硫酸铵），还有天然碱法（碳化法、蒸发法）。用这些方法生产纯碱都存在工艺繁杂、钠利用率低、能耗高、碳排放大、产品纯度低、生产成本高，特别是产能产量占比最大的氨碱法排放的废液废渣对环境的危害实在太大，尽管已有企业利用其生产球状氯化钙作干燥剂，但不仅市场容量小，废液废渣成份复杂，不能彻底解决问题；辽宁葫芦岛、四川攀枝花采用中科院过程研究所联碱法处理硫酸钠废液技术建成的纯碱＋石膏装置，因工艺复杂，钠利用率低、产品纯度差，成本高等原因难以推用。

王昱飞博士团队研发的芒硝制双碱（纯碱、烧碱）技术的实验室小试于2019年8月1日通过重庆市化工节能与防腐蚀技术协会组织的鉴定。转中试后，历尽苦难和艰辛，才找到制造电解槽的密封材料和双极板材料配方，成功研发出芒硝制纯碱新工艺的核心装备——质子循环离子膜反应器，该反应器在低电压（小于1V）下，利用阴极产生的碱溶液制取纯碱，利用阳极酸溶液制取石膏，从而为纯碱和石膏的生产创造前提，使工艺流程得以顺利打通。