工業鹽酸用于氯酸鹽分解嘗試

薛衛東

(寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753200)

1 實施背景

在氯乙烯合成工序系統開停車、切換合成爐時，須將系統內剩余的氯化氫氣體用水吸收生產工業鹽酸。生產的工業鹽酸要向用戶支付一定數額鹽酸處理費來減輕工業鹽酸庫存壓力，生產成本較高。

離子膜電解槽陽極側因副反應會產生一定量的氯酸鹽，隨著淡鹽水流出，須在高溫強酸的條件下使氯酸鹽分解。氯酸鹽分解槽運行過程中淡鹽水流量為10 m3/h左右，高純鹽酸加入量平均為1.5 t/h，全月需要高純酸約1 080 t。每生產1 t高純酸，消耗氯氣0.3 t，氫氣0.009 t。

2 主要做法

2.1 氯酸鹽分解原理

在高溫強酸的條件下，氯酸鹽在分解槽內發生分解反應，通過調節溫度、酸度和進料流量達到氯酸鹽分解的目的。

主要反應如下。

鹽酸過量：

(1)

鹽酸量不夠：

(2)

2ClO2=Cl2+O2。

反應產生的氯氣并入氯氣處理系統。

2.2 氯酸鹽分解槽各項指標控制及影響

2.2.1 淡鹽水流量對氯酸鹽分解的影響

加酸量和溫度保持穩定的情況下，通過改變氯酸鹽分解槽入口的淡鹽水流量來分析氯酸鹽的分解效果，如表1所示。

表1 加酸量和溫度保持穩定，氯酸鹽分解槽入口的淡鹽水流量對氯酸鹽分解效果的影響Table 1 Effect of depleted brine flow at chloratedecomposition tank inlet on chlorate decomposition underthe conditions of unchanged acid feed and temperature

由表1數據可知：淡鹽水流量越小，進氯酸鹽分解槽淡鹽水中氯酸鹽分解越徹底，但氯酸鹽分解量較低，不夠經濟；提高淡鹽水流量,氯酸鹽分解槽氯酸鹽分解量相應增大，當鹽水流量到10 m3/h時，氯酸鹽分解槽分解量開始減少。

原因分析：隨著淡鹽水加入量的增多，淡鹽水中氯酸鹽的含量隨之增多，在加酸量不變的情況下，即氯酸鹽分解過酸量不足，影響氯酸鹽分解；在氯酸鹽分解槽體積一定的情況下，不斷增加淡鹽水流量會減少淡鹽水在氯酸鹽分解槽內停留時間，降低氯酸鹽反應時間，影響氯酸鹽分解。

2.2.2 加酸量對氯酸鹽分解的影響

淡鹽水流量和溫度不變的情況下,通過改變氯酸鹽分解槽進口加酸量分析淡鹽水流量對氯酸鹽分解的影響，如表2所示。

表2 淡鹽水流量和溫度不變，加酸量對氯酸鹽分解的影響Table 2 Effect of acid addition on chlorate decompositionunder the conditions of unchanged depletedbrine flow and temperature

由表2可知：適當增加鹽酸量,有利于氯酸鹽分解，當繼續增大氯酸鹽分解槽加酸量時，氯酸鹽分解量變化不再大幅增加，不利于后序淡鹽水pH值的調節，并會增加酸堿消耗量。

2.2.3 濃度對氯酸鹽分解的影響

淡鹽水流量、溫度、加酸不變的情況下，氯酸鹽分解槽淡鹽水中氯酸鹽濃度對氯酸鹽分解的影響，如表3所示。

表3 淡鹽水流量、溫度、加酸不變，氯酸鹽濃度對氯酸鹽分解的影響Table 3 Effect of chlorate concentration onchlorate decomposition under the conditions of unchangeddepleted brine flow, temperature and acid feed

通過表3可知：在溫度、加酸量、進氯酸鹽分解槽鹽水量一定的情況下，淡鹽水中氯酸鹽濃度越高,越有利于氯酸鹽分解。

2.2.4 反應時間對氯酸鹽分解的影響

氯酸鹽分解槽規格：Ф 2 800×3 200?？刂浦笜巳绫?所示。

表4 氯酸鹽分解槽控制指標Table 4 Control indexes of chlorate decomposition tank

通過控制氯酸鹽分解槽的液位，計算出淡鹽水在氯酸鹽分解槽中的停留時間，即反應時間。氯酸鹽分解槽液位控制在1.8 m即氯酸鹽分解槽淡鹽水溢流液位。

加酸量、溫度不變的情況下,分析反應時間對氯酸鹽分解的影響，如表5所示。

表5 加酸量、溫度不變，反應時間對氯酸鹽分解的影響Table 5 Effect of reaction period on chlorate decompositionunder the conditions of unchanged acid feed and temperature

通過表5對比可以看出:增加鹽水在氯酸鹽分解槽內的停留時間即增加反應時間，有利于氯酸鹽分解，可以使氯酸鹽分解更徹底。反應時間對氯酸鹽分解影響較大。從氯酸鹽分解槽氯酸鹽處理量來說，適當增加進槽鹽水量，減少反應時間，有助于氯酸鹽分解量的增加。綜合來說，選擇一個合理的停留時間有利于分解槽發揮更大的分解能力

由以上分析可得出：提高氯酸鹽分解效率必須控制好反應溫度，隨著加酸量的增加，氯酸鹽的分解率也隨之提高。在氯酸鹽分解槽進料量和加酸量同時提高的情況下，氯酸鹽分解槽的處理量不一定隨之增長，還要考慮反應時間，反應時間越長，則反應越徹底。在工業生產中既要考慮氯酸鹽分解的效果，又要考慮經濟性。

在實際生產過程中，氯酸鹽分解槽的大小、輔料消耗等均制約氯酸鹽分解處理量。綜合考慮，根據氯酸鹽分解槽的大小確定反應時間，根據反應時間控制氯酸鹽分解槽進料量、加酸量，既能夠有效分解氯酸鹽又能夠合理控制高純鹽酸、蒸汽消耗，讓生產穩定、持續、高效、節能運行。

2.3 工業鹽酸替換高純酸實施方案

(1)配置2臺揚程高、流量小的泵專供氯酸鹽分解槽加酸使用。

(2)在氯酸鹽分解槽工業用酸預留管道連接并加裝控制閥門，通過流量計調節氯酸鹽分解槽加酸流量。

(3)工業鹽酸庫存不足時，可通過開關酸管道上控制閥實現工業鹽酸與高純鹽酸切換使用。

(4)在使用工業鹽酸過程中，對氯酸鹽分解槽進出口含量進行分析，如出現工藝指標異常，及時停用工業鹽酸。

(5)方案實施前期，由化驗室對工業酸中鈣、鎂離子含量進行分析，化學分析法均未監測出鈣、鎂含量。

3 實施效果

3.1 總體情況

對比高純酸改用工業酸后氯酸鹽分解槽的運行情況發現：分解處理能力與高純酸無差別，運行過程中工業酸濃度出現小幅波動，在可控范圍內，總體達到了預期目標。

3.2 主要指標，單位堿產品耗高純酸

單位堿產品耗高純酸量對比如圖1所示。

圖1 單位堿產品耗高純酸量對比Fig.1 Comparison of high purity hydrochloric acidconsumption per unit caustic soda

圖1中通過2020年、2021年高純酸使用量對比，2020年高純酸改用工業酸前高純酸平均單耗為0.142 t/t，改用后高純酸平均單耗為0.11 t/t，下降了0.032 t/t。

3.3 產生的經濟效益

工業酸(質量分數26%)處理費用150元/t，累計使用工業酸5 000 t/a，減少處理費75萬元。

累計少生產5 kt高純酸，累計增加樹脂產量2 097 t。樹脂盈利按400元/t計算，可增加收益83.88萬元左右。

每年產生經濟效益約158.88萬元。

4 生產系統運行情況

4.1 離子膜電解槽運行情況分析

4.1.1 進槽鹽水

使用工業鹽酸后，鹽水處理系統運行穩定，經分析檢測精制鹽水各項指標均在要求范圍之內，與之前相比幾乎無差異。表6是使用工業鹽酸后精制鹽水ICP分析指標對比表。

表6 使用工業鹽酸后精制鹽水ICP分析指標對比表Table 6 ICP analytical results of refined brine beforeand after industrial hydrochloric acid is used 10-6

4.1.2 電解槽電壓

使用工業鹽酸后，在進槽鹽水穩定，槽溫控制穩定的情況下，監測電解槽電壓幾乎無波動。經統計，在相同的電流負荷下槽電壓均控制在3.05～3.28 V之間，離子膜使用未受到任何影響。

4.2 螯合樹脂

鹽水二次精制過程，樹脂塔內螯合樹脂在同周期內正常運行—再生，生產穩定，精制鹽水合格。檢修期間打開樹脂塔查看樹脂顆粒以及塔內設備情況，表層樹脂顆粒形狀圓潤，破損率在允許范圍，設備內壁干凈無腐蝕破損痕跡。

5 結語

此項目投運后，氯酸鹽分解槽各項指標合格，氯酸鹽分解效果良好，達到了預期效果。通過氯酸鹽分解槽高純酸改用工業酸，降低生產成本，單位堿產品耗酸下降，同時增加了樹脂產量，解決了工業酸銷售困難、減少工業酸處理費用。