離子膜燒堿系統氯酸鹽分解裝置的工藝優化

朱伯麟，馬旻銳，遲棧洋

（金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌737100）

離子膜燒堿系統氯酸鹽分解裝置的工藝優化

朱伯麟，馬旻銳，遲棧洋

（金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌737100）

簡述了氯酸鹽分解的必要性及其原理，介紹了現有氯酸鹽分解的工藝及存在的問題，重點對存在的問題進行了深刻剖析并有針對性地提出了優化解決方案。

氯酸鹽分解；工藝；優化

在離子膜法電解裝置制取燒堿的過程中，淡鹽水中除含ClO-外，還含有氯酸鹽。經過多次閉路循環，氯酸鹽的濃度逐漸上升。若淡鹽水中氯酸鹽含量過高，部分氯酸鹽會透過離子膜進入陰極室，造成產品堿中的氯酸鹽含量上升，影響成品堿的品質；燒堿中高含量的氯酸鹽在后續堿蒸發濃縮工序中嚴重腐蝕設備和管道；在螯合樹脂塔再生過程中，氯酸鹽會產生次氯酸，會對螯合樹脂造成致命的傷害。因此，必須嚴格控制淡鹽水中氯酸鹽的含量，使其濃度維持在規定的范圍內，以保證離子膜燒堿系統的壽命，同時降低系統的運行成本。

1 氯酸鹽的產生與分解原理

在離子膜法電解裝置制取燒堿的過程中，電解槽陽極室在高溫條件下會產生氯酸鹽。

氯酸鹽的產生方程式如下：

6ClO-+3H2O-6e=2ClO-3+4Cl-+6H++3/2O2（高溫）

3Cl2+6NaOH=NaClO3+5NaCl+3H2O（熱的濃堿液）

氯酸鹽分解方程式如下：

NaClO3+6HCl=NaCl+3Cl2+3H2O（鹽酸過量）

NaClO3+2HCl=NaCl+ClO2+Cl2+1/2H2O（鹽酸不足）

氯酸鹽分解裝置中鹽酸量不足時，生成的ClO2和Cl2混和氣體會發生爆炸。

2 氯酸鹽分解工藝

淡鹽水中氯酸鹽的產生是不可避免的，怎樣高效的分解淡鹽水中產生的氯酸鹽以減輕氯酸鹽對系統的危害是氯堿行業一直探索的話題。

氯酸鹽分解槽一般為間歇性運行，當成品堿中ClO-3含量趨近20 mg/L時應及時開啟氯酸鹽分解裝置。其工藝為：含氯淡鹽水經蒸汽加熱至95～100℃后與31%的高純鹽酸經管道混合器充分混合，通過流量串級控制進入氯酸鹽分解裝置進行氯酸鹽分解。氯酸鹽分解后的淡鹽水進入氯水槽后由氯水泵送至脫氯塔，分解產生的氯氣進入氯氣總管或廢氣處理工序。進行氯酸鹽分解的淡鹽水量一般控制為電解槽淡鹽水總量的10%[1]，工藝流程示意圖見圖1。

圖1 氯酸鹽分解工藝流程示意圖

3 現有氯酸鹽分解裝置工藝優化

圖1所示的氯酸鹽分解裝置的工藝存在鹽酸加入量控制不精確、氯酸鹽分解效率低等問題，經分析，可以從3方面進行優化。

3.1 氯酸鹽分解槽的結構優化

目前氯酸鹽分解槽大多采用罐式結構，淡鹽水從分解槽下部進入，從中上部溢流出進入氯水槽。該種結構的分解槽對于淡鹽水在罐內至少有兩三小時的停留時間，無法保證充分反應，同時存在以下缺點。

（1）鹽酸與淡鹽水的緩和效果差，氯酸鹽的分解效率低；（2）由于溢流產生的氣液相并存現場，導致氯水泵氣縛現場嚴重，運行不穩定；（3）該種結構形式的氯酸鹽分解槽需要放置在高位，分解后的淡鹽水通過溢流的形式進入氯水槽。

結合以上生產實際情況，通過優化設備結構，引入平推式帶折流板臥式氯酸鹽分解裝置。工作原理為：淡鹽水通過a口和進液緩沖板進入分解槽內部，靠底部和頂部折流板導向作用，以平推流式向前推進，折流增大了工作液在分解槽內部的停留時間和反應時間，分解效率得以提升。分解后的液相產物通過g管口及該管口之前安裝的防渦流器排出分解槽，因異常情況未及時排除，分解槽工作液從b管口溢流出分解槽，以充分保證分解槽上部的氣相空間和分解槽內氣液相的平衡。分解后的氣相產物通過分解槽頂部的c、d管口由外界風機抽出分解槽，由于氣相不斷地被抽出，導致工作液面的壓力不斷降低，促使工作液的分解繼續向正反應方向進行，具體結構見圖2。

圖2 平推流臥式氯酸鹽分解槽結構示意圖

3.2 鹽酸加入量的雙閉環比值控制

在鹽酸稍過量的條件下，氯酸鹽的分解效率較高。現有氯酸鹽分解工藝中淡鹽水和高純鹽酸的流量由各自的自動閥自動控制，當鹽水流量FI01波動時高純鹽酸的流量FI02不能及時做自動調整，需要人工手動調節并設定高純鹽酸的加入量，存在酸量加入量過多或過少、控制不精確、反應滯后等問題。

針對該問題，在鹽酸加入方面引入雙閉環比值控制的概念，引入圖3所示的邏輯控制。當主流量FI01發生變化時，比值控制回路快速隨動跟蹤，使副流量FI02=K×FI01關系變化，從而實現鹽酸的精準加入。

圖3 鹽酸加入量雙閉環比值控制邏輯示意圖

3.3 氯酸鹽分解液的強制輸送

現有氯酸鹽分解槽溢流出液方式導致溶解有飽和氯氣的氯酸鹽分解液進入氯水槽中，導致氯水槽的輸送機泵經常發生氣縛現象，影響系統的連續生產。

針對該問題，結合臥式氯酸鹽分解槽結構的優化，通過設計的機泵將氯酸鹽分解后的淡鹽水從臥式氯酸鹽分解槽的底部抽出并直接輸送至脫氯塔，保證了系統連續穩定運行。經過取樣分析對比，得出優化后的氯酸鹽分解裝置運行效果見表1。

表1 淡鹽水中氯酸鹽含量數據對比表

優化后氯酸鹽分解裝置的工藝流程圖見圖4。

4 結語

優化后的氯酸鹽分解裝置氯酸鹽的分解效率得以提升，31%高純鹽酸的消耗量也明顯降低，系統中氯酸鹽含量的降低對成品堿的品質、離子膜燒堿裝置的保護以及系統的經濟運行發揮了巨大的作用。

圖4 優化后氯酸鹽分解裝置的工藝流程圖

［1］程殿彬，陳伯森，施孝奎．離子膜法制堿生產技術．北京：化學工業出版社．1998．6：171－173．

Optimization solution of decomposing chlorate process in ionic membrane Caustic Soda System

ZHU Bo-lin，MA Min-rui，CHI Zhan-yang
（Chemical Plant of Jinchuan Group Co.,Ltd.,Jinchang 737100，China）

The necessity and principle of decomposing chlorate in ionic membrane caustic soda system were sketched briefly，as well as the process of decomposing chlorate and existing problems were introduced. meanwhile the existing problems were analysed pertinently，the optimization solution were put forward emphatically at the same time.

decomposing chlorate；process；optimization

TQ124.4+4

：B

：1009－1785(2017)05-0004-03

2017-02-28