離子膜電槽送電初期淡鹽水含游離氯高的解決方案

鄭英蘭

（南寧化工股份有限公司氯堿廠，廣西南寧530031）

離子膜電槽送電初期淡鹽水含游離氯高的解決方案

鄭英蘭

（南寧化工股份有限公司氯堿廠，廣西南寧530031）

介紹了離子膜電槽送電初期脫氯淡鹽水含游離氯的情況，分析了造成脫氯淡鹽水中游離氯含量高的原因并確定了解決方案。

離子膜電槽；送電初期；溫度；脫氯塔；脫氯淡鹽水；游離氯

離子膜堿是南寧化工股份有限公司的主導產(chǎn)品，目前生產(chǎn)能力達20萬t/a（其中，高電密14萬t/a、低電密6萬t/a）。由于其具有低能耗、低成本、產(chǎn)品含鹽低、污染低等優(yōu)點，已被廣大氯堿企業(yè)認可。但離子膜電槽在送電初期，淡鹽水經(jīng)脫氯塔脫除氯氣后，仍含有較多的游離氯，不僅對后系統(tǒng)的金屬設備造成腐蝕，還會導致樹脂中毒，使樹脂處理鹽水的能力下降，甚至造成樹脂無法再生使用，而且還會影響碳素管過濾器的壽命。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

該公司采用的脫氯方法是物理脫氯（真空脫氯）和化學脫氯（亞硫酸鈉除氯）相結合，即真空脫氯后，剩余的微量游離氯通過加入NaOH調(diào)節(jié)pH值至10.5，再加入亞硫酸鈉來消除。

反應方程式如下：反應（2）是氧化還原反應，NaClO是氧化劑，Na2SO3是還原劑。因此，在生產(chǎn)中只要通過控制氧化還原電位值（ORP值）＜50 mV，脫氯淡鹽水中游離氯含量就合格。該公司10萬t/a離子膜堿裝置（高電密電槽）在2008年12月20日重新開車，電槽送電初期脫氯塔出來的脫氯淡鹽水含有較高的游離氯，無論如何加大進脫氯塔的鹽酸量和出脫氯塔后的燒堿量及亞硫酸鈉量，都無法將游離氯徹底脫除，隨著送電電流的提升，槽溫也隨之上升，ORP值才逐漸下降，待電流達到滿負荷（12.7 kA）并穩(wěn)定約0.5 h后，ORP值趨于正常值，在整個過程中，脫氯淡鹽水游離氯超標約2個小時。表1是該次開車電流為0.5～6.0 A的分析值和監(jiān)測值。

表1 開車數(shù)據(jù)分析值及監(jiān)測值

2 原因分析

2.1 鹽水預熱溫度和電流密度低

送電前，進槽鹽水因受樹脂耐溫的限制，最高預熱溫度只有60℃，再加上初始開車時電流密度低，所以槽溫低，電槽出來的淡鹽水溫度也低。因為氯氣的溶解度是隨著溫度的降低而升高的，溫度越低，溶解的氯氣越多，同時也不易脫除。

2.2 進槽鹽水pH值高

送電初期，在送電電流小于4 000 A時，進槽鹽水是不加鹽酸的。因為此時通過膜遷移的OH-的數(shù)量非常少，若稍有不慎加酸過量，會引起單元槽框腐蝕等情況。由于進槽鹽水pH值高，導致電槽里的陽極液pH值高，不利于陽極液中溶解氯的解析，大量的溶解氯帶到脫氯塔，這是造成脫氯淡鹽水含游離氯高的另一個原因。

2.3 電流不穩(wěn)定

送電初期，在電流逐步上升的過程中，工況不穩(wěn)定（比如進槽的鹽水流量、進槽前的加酸量以及氣體壓力等都在變化），造成脫氯塔的加酸量、脫氯淡鹽水泵出口的加堿量和加亞硫酸鈉量不好調(diào)節(jié)，使脫氯淡鹽水游離氯含量高。

3 解決方案

方案1：送電前將二次精鹽水預熱

由于樹脂塔耐溫要求低于60℃，要將鹽水加熱至70～80℃，就必須進行工藝改造。改造前工藝流程見圖1。

原工藝在開車前進行鹽水循環(huán)時，即鹽水工序送一次精鹽水到D-150，然后經(jīng)P-154到E-153，經(jīng)蒸汽預熱后，少部分回D-150，大部分到樹脂塔T-160，再到高位槽D-170，然后回到D-260，經(jīng)P-264到脫氯塔T-310，再經(jīng)P-314泵送到鹽水工序配水槽。準備開車要注入鹽水時，高位槽D-170鹽水就不回D-260，而是直接進入電解槽。

改進后的工藝流程見圖2。

改進后的工藝增加了一個250 m3的二次精鹽水貯槽，該儲槽的容量足夠用于電槽送電前注入的鹽水量及電流升至7 000 A（7 000 A電流時，槽溫已達70℃以上）的鹽水用量，并且增加了該儲槽的進口和出口管等。這樣，電槽在送電前和送電初期，鹽水運行路線分4步進行。

圖1 改造前的工藝流程

圖2 方案1的工藝流程

第1步，D-150→P-154→E-153→T-160→二次精鹽水儲槽。E-153出口溫度要求在60℃左右，待二次精鹽水貯槽滿后，關閉二次精鹽水貯槽的入口閥。鹽水運行路線改為第2步。

第2步，D-150→P-154→E-153→T-160→D-170→D-260→T-310，待開車準備就緒后，即電解槽要注入鹽水時，鹽水路線改為第3步。

第3步，二次精鹽水貯槽→P-154→E-153→D-170→R-230，E-153出口溫度要求達到70℃以上。電槽鹽水和堿液注入到規(guī)定液面，送電后鹽水流程仍按第3步進行，待電流升到7 000 A時，可以切換到正常的工藝流程,即第4步。

第4步，D-150→P-154→E-153→T-160→D-170→R-230，在整個過程中，要注意的是，第3步運行時，要將原有在P-154到T-160之間管道的鹽水先置換到D-165（回收鹽水槽），然后再切換到D-170。因為第3步運行不經(jīng)過T-160（該步運行的鹽水已在第一步經(jīng)過T-160時精制了），而第2步運行結束后，滯留在T-160之前管道里的鹽水是沒經(jīng)過T-160精制的，所以第3步運行時要先置換。

該工藝改進的目的是為了提高入槽鹽水的溫度，從而提高電槽出口淡鹽水的溫度，使其中的游離氯便于解析和脫除。

方案2預熱進脫氯塔前的淡鹽水

從圖1中得知，從電槽出來的淡鹽水到了D-260（淡鹽水罐）僅經(jīng)過P-264泵送到脫氯塔進行脫氯。為了使游離氯脫除效果好，在淡鹽水進脫氯塔之前，增加1個鈦換熱器用蒸汽預熱淡鹽水，使淡鹽水升溫至70℃以上，再進脫氯塔脫氯。改進后的工藝流程見圖3。

方案3在淡鹽水中加入蒸汽冷凝水，提高淡鹽水溫度

電槽開車初期，淡鹽水溫度太低不易脫除游離氯，因此，考慮在淡鹽水中加入95℃左右的冷凝水來提高淡鹽水溫度。

不同電流密度下淡鹽水中加入約95℃冷凝水的量見表2。

表2 不同電流密度下淡鹽水中加冷凝水量

在運行中，可根據(jù)槽溫、電流及脫氯淡鹽水含游離氯的情況來決定是否要加冷凝水及冷凝水的加入量。

圖3 改進后的工藝流程

4 解決方案的優(yōu)缺點分析

以上3個方案各有優(yōu)缺點，具體分析見表3。

表3 3種方案優(yōu)缺點比較

根據(jù)上表的分析可以認為，若隔膜堿有剩余的冷凝水，則采用方案3；若不存在隔膜冷凝水，則采用方案1。方案1雖然開車前操作較復雜，但只要熟練掌握，就可操作。方案2在開車正常后，淡鹽水換熱器即閑置，設備利用率不高，且頻繁開停車易使設備腐蝕。

以上3個解決方案只能使送電初期脫氯淡鹽水中游離氯含量降低，卻不能根除。要想根本解決這一問題，在上述解決方案的基礎上，還要加快電流的提升速度，縮短工況的不穩(wěn)定時間，調(diào)節(jié)好脫氯塔的各項操作工藝指標，盡可能降低脫氯淡鹽水含游離氯，然后在鹽水配水或化鹽崗位補加亞硫酸鈉繼續(xù)進行脫除。

Solutions of salt water containing high free chlorine in initial ion－exchange membrane electrolyzer power transmission

ZHENG Ying－lan
（Nanning Chemical Chemical Co.，Ltd.，Nanning 530031，China）

The situation of dechlorinated salt water with free chlorine when the ion－exchange membrane electrolyzer at the initial transmission in Nanning Chemical Industry Co.，Ltd.was introduced.The reasons for high levels of free chlorine in dechlorination light brine were analyzed and the solutions were proposed.

ion－exchange membrane electrolyzer；the initial transmission；temperature；dechlorination tower；dechlorination light brine；free chlorine

TQ114.26+1

B

1009－1785(2011)03-0014-04

2010-03-21