離子膜燒堿工藝整理過要點

1、離子膜燒堿工藝1、 工藝流程簡介燒堿目前以離子膜工藝為主。按流程順序分為一次鹽水、二次鹽水精制、電解、淡鹽水脫氯、Cl2處理、H2處理等工序。核心工序是二次鹽水精制和電解部分。鹽水一次精制的主要目的是控制懸浮物(SS)與各種雜質離子的含量在要求的范圍內，為鹽水二次精制作準備。鹽水二次精制最主要部分是螯合樹脂塔，使粗鹽水經(jīng)過樹脂塔后除去二價陽離子。部分工藝在二次精制中鹽水進螯合樹脂塔之前設置碳素管或其它類型過濾器，以進一步降低鹽水中的懸浮物的含量。電解部分是燒堿制備流程的關鍵工序，符合電解要求指標的精制鹽水流經(jīng)電解槽時，在一定直流電作用下，離子經(jīng)離子交換膜的發(fā)生遷移，最終在陰極液相形成燒堿，陽極

2、液相產生淡鹽水，陰極氣相生成H2，陽極氣相生成Cl2。2、 離子交換膜法電解制堿的主要生產流程工藝流程圖 精制的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電后H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室導入的陰極液中含有NaOH；Cl則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水則從陽極室導出，經(jīng)添加食鹽增加濃度后可循環(huán)利用。陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發(fā)生反應為2H+2e=H2；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。3

3、、 具體工藝流程 鹽水精制單元 工藝簡述：飽和粗鹽水加入精制反應劑，經(jīng)過精制反應后加入絮凝劑進入澄清桶澄清，澄清鹽水經(jīng)砂濾器粗濾后，再經(jīng)-纖維素預涂碳素管過濾器二次過濾，使鹽水中的懸浮物小于1×106，然后進入離子交換樹脂塔，進行二次精制，得到滿足離子膜電解槽運行要求的精制鹽水。其工藝流程簡圖如圖1所示。 一次鹽水精制 一次澄清鹽水的制備是氯堿生產工藝至關重要的工段，精制效果的好壞直接影響產品的質量和產量。bc 精制原理 除鎂鎂離子常以氯化物的形式存在于原鹽中，精制時向粗鹽水中加入燒堿溶液生成不溶性的氫氧化鎂沉淀。反應方程式： MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl離子反

4、應方程式： Mg2+2OH-=Mg(OH)2為使反應完全，控制氫氧化鈉過量，本反應速度快幾乎瞬間完成，是本工藝中的前反應。 除鈣鈣離子一般以氯化鈣和硫酸鈣的形式存在于原鹽中，精制時向粗鹽水中加入碳酸鈉溶液使生成不溶性的碳酸鈣沉淀，反應方程式： CaCl2+Na2C03=CaC03+2NaCl CaS04+Na2C03=CaC03+Na2S04離子反應方程式： Ca2+CO32-=CaC03為使反應完全，碳酸鈉一般控制過量，本反應速度較慢，反應速度受溫度影響較大，一般在50左右，在碳酸鈉過量情況下需半小時方能反應完全。二次鹽水精制 離子膜法電解槽使用的高度選擇性離子交換膜要求入槽鹽水的鈣、鎂離子

5、含量低于20wtppb，普通的化學精制法只能使鹽水中的鈣、鎂離子含量降到10wtppb左右。若使鈣、鎂離子含量降到20wtppb的水平，必須用螯合樹脂處理。 二次鹽水精制的主要工藝設備是螯合樹脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的運行與再生處理及其周期性切換程序控制，可由程序控制器PLC實現(xiàn)，PLC與集散控制系統(tǒng)DCS可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；也可以直接由DCS實現(xiàn)控制。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建議采用三塔式流程。 2、電解單元離子膜電解槽電解反應的基本原理： 離子膜電解槽電解反應的基本原理是將電能轉換為化學能，將鹽水電解，生成NaOH、Cl2、H2，如圖20所示，在離子膜電解槽陽

6、極室(圖示左側)，鹽水在離子膜電解槽中電離成Na+和Cl，其中Na+在電荷作用下，通過具有選擇性的陽離子膜遷移到陰極室(圖示右側)，留下的Cl在陽極電解作用下生成氯氣。陰極室內的H2O電離成為H+和OH，其中OH被具有選擇性的陽離子擋在陰極室與從陽極室過來的Na+結合成為產物NaOH，H+在陰極電解作用下生成氫氣。電解流程： 由二次鹽水精制工序送來的精制鹽水，通過鹽水高位槽，進入電解槽的陽極液進料總管。其流量由每個電解槽的自調閥來控制，以保證陽極液的濃度達到規(guī)定值。進槽值由送入每臺電解槽的直流電流進行串級控制。 濃度31%的高純鹽酸用來中和從陰極室通過離子膜滲透到陽極室的OH-離子，鹽酸經(jīng)過自

7、動調節(jié)與陽極液一起送入陽極室。 精制鹽水在陽極室中進行電解，產生氯氣，同時NaCL濃度降低。電解槽進、出口之間的NaCL分解率為約50%。 每個陽極室都有兩個撓性軟管，一個連接進料總管，另一個連接出料總管。電解后產生的氯氣和淡鹽水混合物通過軟管匯集排入陽極液總管，并在總管中進行氣體和液體分離。 氯氣在氯氣總管中進行匯集后送入淡鹽水儲槽頂部。在此，氯氣中的水分被分離并滴落，然后氯氣被送往界外。氯氣壓力由自調閥控制。 淡鹽水送入淡鹽水儲槽底部，然后用淡鹽水循環(huán)泵一部分經(jīng)液位自調控制送往脫氯工序；另一部分送往電解槽，進槽淡鹽水流量由自動控制。 陰極液在陰極室電解產生氫氣和燒堿，堿液進入陰極液循環(huán)槽，

8、通過陰極液循環(huán)泵一部分經(jīng)陰極液冷卻器進入堿高位槽后，進入電槽，這部分電解液進槽前加純水稀釋，純水量自調由直流電和堿串級控制；另一部分電解液經(jīng)液位自調控制送入堿冷卻器冷卻至約45后送往堿儲槽，然后送往罐區(qū)。 氫氣在陰極液出口總管中分離，并在氫氣主管線中進行匯集后，送到堿液循環(huán)槽頂部。氫氣中的水分被分離并滴落，然后氫氣送往界外。氫氣壓力由自調閥控制，與氯氣壓力串級控制，使氫氣和氯氣之間壓差保持在設定范圍內（5KPa）。 離子膜電解裝置電解循環(huán)的工藝流程為了保證離子膜電解槽的陰極室和陽極室能在一個合適穩(wěn)定的工藝邊界條件下運行，以及獲得最佳的電流效率，無論是強制循環(huán)工藝，還是自然循環(huán)工藝，通常設計采用

9、陽極循環(huán)系統(tǒng)和陰極循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)各自的工藝邊界條件。以下用自然循環(huán)工藝(北化機電解槽系統(tǒng))為例詳述之。 離子膜電解裝置電解循環(huán)的工藝流程包括陽極循環(huán)和陰極循環(huán)。(1)陽極循環(huán)部分從鹽水高位槽來的精鹽水與淡鹽水循環(huán)泵輸送來的淡鹽水按一定比例混合(初始開車時，加純水)，并在進入總管前加入高純鹽酸，調節(jié)pH值后，再送到每臺電解槽的陽極入口總管，并通過與總管連接的進口軟管送進陽極室。進槽鹽水的流量是由安裝在每臺電解槽槽頭的鹽水流量調節(jié)閥來控制的，流量的大小由供給每臺電解槽的直流電聯(lián)鎖信號控制。電解期間，Na+離子通過離子交換膜從陽極室遷移到陰極室，鹽水在陽極室中電解產生氯氣，同時氯化鈉濃度降低轉變成淡

10、鹽水；氯氣和淡鹽水的混合物通過出口軟管流入電解槽的陽極出口總管和陽極氣液分離器，進行初步的氣液分離；分離出的淡鹽水流入淡鹽水循環(huán)槽。在陽極氣液分離器初步分離出的氯氣，通過氯氣總管流入淡鹽水循環(huán)槽的上部氣液分離室，進一步進行氣液分離；然后從其頂部流出至氯氣總管；在此總管適宜處設置氯氣壓力調節(jié)回路，通過其調節(jié)閥控制氯氣壓力，并與氫氣調節(jié)回路形成串級調節(jié)，控制氯氣與氫氣的壓差，流出系統(tǒng)至氯氣處理裝置。較大型的裝置，在氯氣流出界區(qū)前，還設置氯氣與二精鹽水的熱交換器，回收氯氣中的熱量。淡鹽水循環(huán)槽中的淡鹽水由淡鹽水循環(huán)泵加壓輸送，一部分通過調節(jié)回路，返回陽極系統(tǒng)與精鹽水混合后再次參加電解；另一部分輸送至

11、淡鹽水脫氯系統(tǒng)進行脫氯。(2)陰極循環(huán)部分從堿高位槽來的約32液堿與純水按一定比例混合后，流入陰極入口總管，并通過與總管連接的進口軟管送進陰極室。進槽堿液的流量是根據(jù)安裝在每臺電解槽槽頭的流量計來操作控制的。電解期間，陰極液在陰極室電解產生氫氣和燒堿。氫氣和堿液的混合物通過出口軟管流入陰極出口總管和陰極氣液分離器，進行初步的氣液分離；分離出的堿液流入堿液循環(huán)槽。在陰極氣液分離器初步分離出的氫氣，通過氫氣總管流入堿液循環(huán)槽的頂部氣液分離室，進一步進行氣液分離；然后從其頂部流出至氫氣總管；在此總管適宜處設置氫氣壓力調節(jié)回路，通過其調節(jié)閥控制氫氣壓力，并與氯氣調節(jié)回路形成串級調節(jié)，控制氫氣與氯氣的壓

12、差，流出系統(tǒng)至氫氣處理裝置或就地放空(一般在開車時)。堿液循環(huán)槽中的堿液由堿液循環(huán)泵加壓輸送，一部分通過調節(jié)回路輸送至堿液高位槽，通過堿液高位槽回到陰極系統(tǒng)；一部分通過調節(jié)回路作為成品堿送到成品堿貯槽。3、淡鹽水脫氯單元 電解槽出來的淡鹽水和氯氫處理來的氯水混合后，用31%的高純鹽酸將PH值調節(jié)到約1.5，送入脫氯塔的頂部。脫氯塔的壓力為-7075Kpa，由真空泵進行控制。脫氯塔出口處游離氯降低到50mg/L，脫出的氯氣匯入氯氣總管，也可送入廢氣吸收塔。 脫氯后的淡鹽水先用NaOH把PH調到911，再將亞硫酸鈉儲槽中配制的濃度為10wt%的亞硫酸鈉溶液用亞硫酸鈉泵加入到淡鹽水管道中，以徹底除去

13、殘余的游離氯。游離氯含量為0的脫氯鹽水送回一次鹽水工序化鹽。目前，國內物理脫氯生產工藝主要有真空脫氯和空氣吹除脫氯；實際生產中為提高脫氯技術經(jīng)濟效益，回收氯氣，一般先采取物理脫氯法將大部分游離氯脫除后，再用化學脫氯法將剩余的游離氯除去。淡鹽水空氣吹除法脫氯生產工藝流程工藝流程簡述來自電解工序的淡鹽水(溫度約85，pH值約3，游離氯一般為600800mg/L)在進入脫氯塔前，定量加入鹽酸，將其pH值調至1.31.5，然后進入脫氯塔頂部；風機鼓入的空氣(壓力約600mmH2O，氣量是淡鹽水體積的68倍)由脫氯塔底部進入，在塔內填料表面淡鹽水與空氣逆流接觸，逸出的濕氯氣隨空氣從塔頂流出，淡鹽水在此完

14、成物理脫氯過程。濕氯氣經(jīng)廢氯氣冷卻器冷卻后，一般送去生產次氯酸鈉(因吹脫出的氯氣中含有大量空氣，濃度較低，一般采用二級填料塔串聯(lián)，用堿吸收)。脫氯后的淡鹽水含游離氯約(1020)×106，自流到脫氯塔釜，其中的淡鹽水由淡鹽水泵抽送，在該泵的進口處先加入NaOH溶液調節(jié)pH值至911(用pH計檢測)，然后在其出口處加入濃度約為89(質量分數(shù))的亞硫酸鈉溶液進一步除去殘余的游離氯(要求游離氯為零)，并用氧化還原電位計檢測(ORP+50mV)其中的游離氯含量。為達到充分混合，在管路中設有靜態(tài)混合器(或增設孔板)。淡鹽水在此完成化學除氯過程；然后用淡鹽水泵送至一次鹽水工序回收循環(huán)使用。在亞硫

15、酸鈉配制槽內配制濃度89(質量分數(shù))的亞硫酸鈉溶液，并用亞硫酸鈉泵將該溶液加入到淡鹽水泵的出口管中。3、氯氫處理單元離子膜電解裝置中的氯氣處理生產工藝由三部分組成冷卻、干燥、壓縮。這三部分工藝流程一般根據(jù)生產規(guī)模和下游氯產品對氯氣含水量以及壓力的要求不同而有所不同選擇。離子膜電解裝置中電解工序產生的濕氯氣溫度高、壓力低，并含有大量水分。含有較多水分的濕氯氣中會發(fā)生化學反應，生成鹽酸和次氯酸。鹽酸是強酸，次氯酸是酸性強氧化劑，具有很強的腐蝕性。因而濕氯氣具有很強的腐蝕性，不便于輸送和使用。當氯氣中的水分含量降至0.04(質量分數(shù))以下時，其腐蝕性大大降低。所以離子膜電解裝置中要設置氯氣處理工序，

16、其目的就是要將電解工序產生的濕氯氣進行冷卻、干燥、加壓，然后輸送給下游工序滿足生產氯產品的要求，并為電解系統(tǒng)氯氣總管的壓力穩(wěn)定提供條件。(1) 氯氣的冷卻離子膜電解裝置中氯氣冷卻的工藝流程氯氣直接冷卻加間接冷卻工藝工藝流程簡述(參見圖98)來自電解工序的高溫濕氯氣(約80)由氯水洗滌塔底部進入，在塔內由下而上地與由塔頂進入的氯水充分接觸，洗滌鹽霧、交換熱量，濕氯氣被氯水洗滌冷卻至約(40±5)后，從塔頂流出。氯水用氯水泵加壓，并用氯水冷卻器冷卻循環(huán)使用，以確保循環(huán)使用的氯水進入氯水洗滌塔的溫度在約30；多余的氯水由泵送至界外。從氯水洗滌塔頂流出的濕氯氣由鈦列管冷卻器的上部封頭進入其管

17、程，被走殼程的約8冷水冷卻至1214，然后由其下部封頭流出至水霧捕集器，除去水霧后，進入干燥系統(tǒng)。其間冷凝下來的氯水經(jīng)水封流出至氯水貯槽。當生產規(guī)模較大，氯氣壓縮機采用大型離心式氯氣壓縮機，同時離子膜電解產生的氯氣壓力不足夠高時，為滿足大型進口氯氣壓力為正壓的要求，在氯水洗滌塔出口處設置氯氣鼓風機，將濕氯氣加壓為正壓操作后，再進入鈦管冷卻器冷卻和干燥系統(tǒng)。如果離子膜電解產生的氯氣壓力足以克服整個氯處理系統(tǒng)的阻力降時，就不需要設置氯氣鼓風機。(2) 氯氣的干燥氯氣干燥工藝一般有三種一是“填料 + 篩板”二合一塔工藝；二是“一級填料塔”和“填料 + 泡罩”二級復合塔組合，形成兩級干燥工藝；三是三級

18、填料塔(或第三級為填料 + 泡罩塔)或多級填料塔干燥工藝。工藝流程簡述(參見圖101)從水霧捕集器來的濕氯氣由“一級填料塔”底部進入，并由下而上地經(jīng)過塔內的填料層，與塔內由上而下的硫酸充分接觸而被干燥，氯氣由塔頂流出至“填料+泡罩”二級復合塔進口。從“一級填料塔”頂來的氯氣由“填料+泡罩”二級復合塔底部進入，并由下而上地經(jīng)過塔內填料層和各塊塔板，在填料和塔板上的泡罩內與塔內由上而下的硫酸充分接觸而被干燥，氯氣由塔頂流出，經(jīng)酸霧捕集器除去酸霧后，得到含水量約100ppm(質量分數(shù))的干燥氯氣；然后進入氯氣壓縮系統(tǒng)。進入“填料 + 泡罩”二級復合塔泡罩段上部的98(質量分數(shù))硫酸來自98(質量分數(shù)

19、)酸高位槽，在泡罩段一次通過；98(質量分數(shù))硫酸由濃硫酸貯槽用濃硫酸泵輸供給。由“填料+泡罩”二級復合塔泡罩段下來的硫酸供其填料段使用，并用二級塔硫酸循環(huán)泵和二級塔硫酸循環(huán)冷卻器(8±3冷水)冷卻循環(huán)使用，控制其進塔溫度在約20；當其濃度降至約88(質量分數(shù))時或塔釜液位達到一定高度時，將其泵至“一級填料塔”硫酸進口。來自“填料 + 泡罩”二級復合塔填料段的硫酸濃度約88(質量分數(shù))，進入“一級填料塔”上部，并采用一級塔硫酸循環(huán)泵和一級塔硫酸冷卻器(8±3冷水)冷卻循環(huán)使用，控制其進塔溫度在約20；當其濃度降至約75(質量分數(shù))時或塔釜液位達到一定高度時，將其泵至稀硫酸貯

20、槽，然后包裝外賣。氯氣三級干燥(一級填料、二級填料、三級泡罩塔)或多級干燥工藝，干燥后氯氣含水50ppm(質量分數(shù))，可滿足氯氣壓縮采用大型離心式壓縮機(即進口大型透平機)含水要求。工藝流程簡述從水霧捕集器來的濕氯氣由一級填料塔底部進入，并由下而上地經(jīng)過塔內的填料層，與塔內由上而下的硫酸充分接觸而被干燥，氯氣由塔頂流出至二級填料塔底部，由下而上的與由上而下的硫酸進一步干燥；氯氣從二級填料塔頂部流出至三級“填料+泡罩”復合塔的底部進入，在塔內繼續(xù)被硫酸干燥，然后從三級塔頂部流出，經(jīng)酸霧捕集器除去酸霧后，得到含水量小于50ppm(質量分數(shù))的干燥氯氣；隨后進入氯氣壓縮系統(tǒng)。(3) 氯氣的壓縮大型離心式氯氣壓縮機(大型透平機)工藝流程工藝流程簡述(參見圖109)來自氯氣干燥系統(tǒng)并經(jīng)酸霧捕集器除去酸霧的含水量約50ppm(質量分數(shù))的干燥氯氣，進入大型離心式氯氣壓縮機第一級進口，經(jīng)四級壓縮，使其壓力升至0.451.20MPa(可根據(jù)下游氯產品用氯壓力要求，選擇出口壓力)。壓縮過程中，氯氣溫度上升，配備各級中間冷卻器和后冷卻器將每級氯氣進口溫度和最終出氣溫度冷卻至約45；然后進入氯氣分配臺向下游用戶分配。各