A型次氯酸鈉生產工藝的優化

鄢明雄

(中石化江漢鹽化工湖北有限公司，湖北 潛江 433121)

消毒是自來水凈化處理最重要的環節，其運行的好壞直接影響自來水水質。氯氣因其使用成本低、投用設備簡單等優點作為飲用水消毒處理劑已有上百年的歷史，目前仍有城市自來水廠采用氯氣進行自來水消毒。但由于氯氣在生產、儲存、運輸、使用等環節安全風險較大[1]，部分城市已經逐步禁止液氯槽車及液氯鋼瓶進入市區。尋找高效、穩定、安全的氯消毒劑成為自來水消毒劑開發的焦點。次氯酸鈉作為一種廣譜的消毒殺菌劑，具有較好的殺菌滅藻效果，運輸過程中安全性好，使用次氯酸鈉替代液氯消毒已經成為供水行業的趨勢[2-4]。

GB/T 19106—2013《次氯酸鈉》中將次氯酸鈉分為A型和B型兩種規格。A型次氯酸鈉對重金屬鉛和砷有明顯的含量最高要求，適用于消毒、殺菌及水處理等；B型僅適用于一般工業。因此，自來水廠所選用的次氯酸鈉消毒產品必須是符合GB/T 19106—2013中要求的A型次氯酸鈉產品。

中石化江漢鹽化工湖北有限公司(以下簡稱“江漢鹽化工”)是一家以氯堿化工、高效水處理消毒劑為主要產品的大型化工公司。其主要生產裝置包括60萬t/a鹽硝聯產裝置、20萬t/a氯堿裝置、7萬t/a鈉法漂粉精裝置和3萬t/a三氯異氰尿酸裝置。為進一步提高裝置的利用效率，江漢鹽化工在進行充分安全評估的基礎上，對氯堿廠事故氯氣處理裝置進行了工藝改進，改進后的事故氯氣處理裝置具備了連續穩定生產A型次氯酸鈉產品的能力。

1 生產工藝

江漢鹽化工事故氯氣處理裝置采用三塔吸收工藝。其中1#吸收塔為主要的氯氣吸收塔，2#吸收塔和3#吸收塔作為保護塔運行。裝置的氯氣來源主要有：由電解裝置送來的高濃度原氯，液化、鹽酸、液氯庫、檢瓶站送來的低濃度尾氯，電解經事故管線送來的事故氯氣。裝置的氫氧化鈉來源于電解裝置。

氯氣經管線進入吸收塔后與氫氧化鈉逆流接觸，反應生成次氯酸鈉，反應產生的熱量由冷凍水換熱帶走，不可吸收的氣體經監測達標后由風機排入大氣。

吸收塔中發生的化學反應方程式為：

(1)

2 工藝改進

為確保生產出的A型次氯酸鈉產品純凈，江漢鹽化工對事故氯氣處理裝置進行了工藝改進，主要做了如下工作：①從電解裝置輸送至氯氣處理的氯氣主管道上引出一根DN50氯氣管線，管線進2#吸收塔；②在新增的氯氣管線上加裝流量計及電動控制閥；③在1#吸收塔進2#吸收塔的氯氣管道上安裝自動切斷閥，并加裝手動閥。

改進后的工藝流程圖如圖1所示。工藝改進后，事故氯處理裝置流程劃分為事故氯處理和A型次氯酸鈉生產兩個部分。其中1#吸收塔及3#吸收塔串聯處理尾氯及事故氯氣，作為氯堿生產的安全保障；2#吸收塔用于A型次氯酸鈉的生產，緊急情況下可以并入事故氯處理裝置。

1—燒堿罐；2—燒堿高位槽；3，5，8—吸收液受槽；4—1#吸收塔；6—2#吸收塔；7—3#吸收塔；9—次氯酸鈉儲罐。

圖1 次氯酸鈉生產工藝流程示意圖

Fig.1 Process flow diagram of sodium hypochlorite production

改進后的事故氯氣裝置用于生產A型次氯酸鈉的2#吸收塔原料氣為原氯，避免了事故氯氣中含有的雜質進入吸收塔中，保證了產品的純度達標。

3 自動化升級

事故氯氣處理裝置建于2011年，自動化程度較低，氫氧化鈉堿液配制、次氯酸鈉產品倒槽均須通過人工開關閥門切換相關流程，存在堿液配比濃度不穩定、人工勞動強度大、跑氯風險大等不利因素；裝置還存在儀表配置位置不合理、數量偏少等問題。為確保穩定連續生產A型次氯酸鈉產品，江漢鹽化工對事故氯氣裝置進行了自動化升級改造。

(1)配堿自動化。將1#吸收塔加堿及補水閥、2#吸收塔加堿及補水閥改為自動控制閥，并將控制信號引入氯氫處理中控DCS事故氯氣處理裝置控制系統。

(2)產品倒槽自動化。將1#、2#循環槽循環泵出口閥、倒槽閥改為自動控制閥，1#循環槽、2#循環槽4臺泵控制信號引入氯氫處理中控DCS事故氯氣處理裝置控制系統。

(3)合理布局監控儀表。2#吸收塔新增2只熱電阻溫度探頭，分布在2#吸收塔氯氣進口，準確測定吸收塔內溫度分布，并與氯氣進口流量進行聯鎖設置，超溫時降低氯氣流量；還對檢測點位置不合理的pH值及ORP探頭進行了重新移位。

自動化升級改造后，事故氯氣處理裝置實現了堿液配比自動化，產品倒槽自動化，且儀表監控參數更加符合實際工藝流程，提高了生產效率，降低了人工勞動強度，減小了裝置的安全風險。

4 工藝控制參數選定

氯氣與氫氧化鈉反應是放熱反應，吸收過程中應及時移出反應熱，否則會使吸收液溫度上升，發生下面的副反應：

(2)

(3)

副反應的發生不僅會消耗次氯酸鈉，還會生成具有生理毒副作用的副產物氯酸鹽[5]，因此，必須控制副反應的發生。分析A型次氯酸鈉生產工藝可知，導致副反應發生的主要原因有如下2點。

(1)反應溫度過高。溫度高于35 ℃時會發生反應(2)。因此在工藝控制過程中，采取的措施有：將對循環液換熱的冷凍水調節閥門開度與2#吸收塔溫度探頭進行聯鎖控制，溫度超過30 ℃時，冷凍水調節閥門自動開大；設置反應溫度高溫報警，溫度達到29 ℃時，操作人員手動降低進料氯氣流量。

(2)局部氯氣過量。局部氯氣過量現象，一方面取決于通入氯氣的速度; 另一方面，在通入氯氣速度一定時，取決于氯氣在氫氧化鈉溶液中的分散速度[6]。氫氧化鈉溶液的濃度越高，其密度和黏度就越大，而氯氣在氫氧化鈉中的分散性就越差，造成局部氯氣濃度過大，副反應增加。因此在A型次氯酸鈉生產過程中，須控制氫氧化鈉溶液的濃度不能太高；此外，要嚴格控制通氯速率，防止局部氯氣過量。

在實際生產過程中，對氫氧化鈉配堿濃度、通氯流量、通氯時間、反應終點ORP值和反應終點pH值等工藝控制參數進行調控，生產出的A型次氯酸鈉產品情況如表1所示。

表1 A型次氯酸鈉生產裝置運行工藝參數及產品質量

從表1可以看出：配堿液質量分數控制在16%，通氯流量在100 kg/h，通氯時間為8 h，終點ORP值控制在560 mV時，生產出的次氯酸鈉產品有效氯、過堿量、氯酸鹽含量、重金屬元素鉛與砷含量均低于標準要求。可以作為城市自來水消毒劑使用。

5 結語

(1)對事故氯氣處理裝置進行工藝改進，自動化升級，在滿足裝置安全生產的前提下，生產出的A型次氯酸鈉產品可以作為城市自來水消毒劑使用。

(2)當氫氧化鈉堿液質量分數16%、氯氣流量100 kg/h、通氯時間8 h、反應終點ORP值為560 mV時，生產出的A型次氯酸鈉產品有效氯質量分數13%～14%、過堿量質量分數0.65%～0.7%、氯酸鹽質量分數0.27%～0.28%，滿足了下游客戶自來水廠的指標要求。