片狀鉀堿裝置電解工序運行總結

吳禮定，曾波，潘敬青

（1.青海鹽湖工業股份有限公司，青海西寧810000；2.云南省化工研究院，云南昆明650228）

片狀鉀堿裝置電解工序運行總結

吳禮定1，曾波2，潘敬青1

（1.青海鹽湖工業股份有限公司，青海西寧810000；2.云南省化工研究院，云南昆明650228）

簡要介紹了6萬t/a離子膜法片狀鉀堿裝置電解工序的工藝及主要設備，對開車過程中出現的問題進行了詳細分析，并提出相應的解決辦法。

離子膜法鉀堿；運行；電解

青海鹽湖工業股份有限公司鉀堿項目以百萬噸鉀肥生產裝置的KCl產品為原料，生產片狀氫氧化鉀（6萬t/a，以100%KOH計）、碳酸鉀（7.2萬t/a，以100%K2CO3計）及向下游PVC裝置提供原料HCl氣（HCl按滿足10萬t/a PVC所需量及自用高純鹽酸所需量設計）。鉀堿裝置于2006年開始籌建，2010年11月18日電解裝置一次送電試車成功。目前是亞洲最大的氫氧化鉀裝置。

鉀堿裝置引進Hyffux公司的HVM膜預處理鹽水精制工藝、德國伍德公司的電解工藝（采用伍德BM2.7電解槽）、意大利SET公司的蒸發固堿工藝及瑞士Bertrams的離子膜流化床蒸發制碳酸鉀工藝。采用美國杜邦公司的離子膜、法國卡朋羅蘭公司的合成爐及nash_elmo的氫壓機/氯壓機。采用先進的DCS和BMS控制，整體裝置達到了國內氯堿行業的先進水平。

1 電解工序裝置簡介

電解工序包括二次精鹽水、電解槽、脫氯、氯處理、氫處理、廢氣處理幾個單元。電解總共4組電解槽，每組包括158個單元槽，每組電解槽滿負荷11.7 kA，每日理論產出32%KOH 400 t，氯氣80 t、氫氣2.3 t。電解工藝流程示意圖如圖1所示。

經過二次精制的飽和鹽水加入電槽的陽極室，溶液中的Cl-在陽極放電，生成Cl2從溶液中逸出，消耗部分KCl的飽和鹽水則成為淡鹽水流出電槽，而K+則透過膜移向陰極。與此同時，向電解陰極室加入純水，H2O中H+在陰極上放電，生成H2從溶液中逸出。而在陰極附近產生的OH-則和從陽極過來的K+結合生成KOH。在實際生產中，仍有少量的Cl-通過擴散從陽極室遷移至陰極，使生成的堿液中含有少量KCl，同時又有少量OH-，由于電子遷移從陰極室移向陽極室，從而導致電流效率下降和陽極副反應的增加。

2 試車運行情況

2.1 試車中發生的問題及處理方法

（1）進鹽水及堿液換熱器前有一個減溫減壓裝置，其作用是將供熱送過來的蒸汽通過加純水制成濕的飽和蒸汽。在這一控制點，指標要求蒸汽溫度控制為130℃以下，達到145℃，就會觸發連鎖，造成蒸汽閥門自動關死。在實際操作過程中，純水閥門全開，蒸汽的溫度還是居高不下，很容易觸發連鎖，將溫度連鎖上線提高至160℃，現運行平穩。

（2）氫氣帶水嚴重。在氫氣通過Ⅰ、Ⅱ段冷卻后，送往HCl合成的氫氣中含有大量水分，一方面造成氫氣系統壓力波動，另一方面在冬季很容易造成管道結冰堵塞，且氫氣夾帶水分造成HCl合成工序氯氫流量比率調節系統的氫氣流量計不準。在停車檢修期間，在氫氣Ⅰ、Ⅱ段冷卻器后新增1臺氫氣加熱器，Ⅰ、Ⅱ段冷卻器繼續冷卻氫氣，用后段氫氣加熱器升溫到70℃。將飽和氫氣變成不飽和氫氣，從而使氫氣在后段無法析出水分，很好地解決了這一問題。

（3）廢氣處理系統尾氣塔液泛。在開車初期，廢氣風機經常會將尾氣塔的循環堿抽至風機進口，將尾氣塔填料的填充量減少，降低了填料高度，尾氣塔未再出現液泛現象。

（4）廢氣系統吸收塔及尾氣塔液位控制。在生產過程中，要求吸收塔及尾氣塔內要有一定的液位，但在實際操作過程中，很難控制液位平穩。將吸收塔及尾氣塔堿液出口的U型彎抬高，使吸收塔及尾氣塔始終通過U型彎液封保持一定的液位，不再通過閥門來調節液位，減小了操作難度。

（5）電解及二次鹽水廠房采暖。電解廠房及二次鹽水廠房暖氣和二次鹽水廠房的鹽水和堿液換熱器同時接在減溫減壓裝置之后。在未生產之前，蒸汽的供應能夠滿足要求，但在生產過程中，由于二次鹽水及堿液換熱器對蒸汽的消耗，造成蒸汽耗量加大，減溫減壓后的蒸汽無法滿足所需蒸汽耗量，致使鹽水及堿液換熱器溫度提升困難以及廠房的供暖不足。將采暖系統改至減溫減壓之前，采用0.35 MPa蒸汽供暖，減溫減壓后的蒸汽全部送至鹽水和堿液換熱器。同時滿足了換熱器和采暖的蒸汽消耗。

（6）廢氣系統循環管線堵塞。廢氣系統堿液濃度不宜配置太高，否則，NaOH與Cl2反應生成的NaCl易使循環管道堵塞，一般配置為16%左右。其間，也發生過因濃度配置高，吸收塔下液堵塞使堿液倒灌至廢氣管線事故。后來，一方面嚴格控制濃度及吸收液氧化還原電位；一方面將吸收塔廢氣進口做成上U形彎，避免了此類事故發生。

2.2 開停車及運行過程中需要重點關注的控制

（1）開車過程中鹽水及堿液的流量調節。在電解升降電流的過程中，進槽鹽水及堿液的流量會隨著電流的變化而進行相應的調節，這就要求在升降電流的過程中，現場操作及主控始終要保持密切的聯系。主控隨時要向現場通知電流大小，巡檢人員進行相應的調節。否則，會造成電解連鎖跳車，甚至出現電解槽斷流的事故發生。造成無法彌補的損失。

（2）1151AB、1152AB閥門切換。在電解槽電流升至2.7 kA時，需要通過1151AB閥門切換，將氯氣由廢氣處理系統切至氯處理系統、通過1152AB閥門切換將氫氣由氫氣放空切至氫氣處理系統。在閥門的切換過程中，主控一定要嚴格按照操作步驟進行，且操作過程要緩慢，始終保持氯氣總管壓力為24 kPa左右、氯氣總管壓差大于3 kPa，氯氫壓差為4 kPa左右。否則，很容易造成氯氣總管壓力連鎖、氯氣總管壓差連鎖或氯氫總管壓差連鎖跳停電解槽。

（3）進槽堿液中純水的加入量。在電解槽電流大于4 kA以后，進槽堿液中純水的加入量的連鎖會被激活，一旦加入量過少，就會造成電解槽連鎖跳停，因此，在升電流的過程中,要始終關注純水的加入量，并根據電流大小進行調節。

（4）離子交換樹脂塔出口指標。要求進槽鹽水中Ca2＋＋Mg2＋含量＜20×10－9，一旦進槽鹽水中Ca2＋＋Mg2＋含量過大，鹽水中的鈣離子、鎂離子及其他重金屬離子，會與從陰極室反滲過來的OH－形成難溶的氫氧化物而沉積在膜內。這樣，一方面，會堵塞離子膜使膜電阻增加，從而引起槽電壓上升；另一方面，還會使膜的性能發生不可逆的惡化而縮短膜的使用壽命。因此，要對進槽鹽水的指標保持高度的關注，一旦超過指標，離子交換樹脂塔就要切換再生。

（5）精鹽水中的游離氯。一次鹽水送過來的精鹽水中若存在游離氯，會造成樹脂塔中毒，對樹脂造成永久性的損壞，失去交換能力。因此，一旦發現精鹽水中存在游離氯，要立即加入亞硫酸鉀進行消除。

（6）氯壓機濃硫酸濃度。氯壓機的工作介質是濃硫酸，因為進氯壓機的氯氣中含有一定量的水分，在氯壓機運行過程中，濃硫酸的濃度會逐漸降低，若酸濃度低于95%，會對氯壓機產生腐蝕。因此，要密切關注氯壓機出口氯氣溫度，隨時分析氯壓機中濃硫酸濃度，一旦濃度低于95%，立即進行換酸操作。

（7）在電解單元，要求操作人員在現場查測進槽鹽水濃度、陰極液濃度，陽極液pH值，與測量儀表相對照，作為進槽鹽水加純水，陰極液加純水及電槽運行數據的參考。在現場用密度計直接測定密度，升電流時半小時一次；運行正常時，1小時一次。

3 冬季試車生產中的注意問題及事故處理

3.1 裝置在冬季試車生產中注意問題

（1）認真檢查防凍隱患并提前采取措施。根據生產裝置管線特點，制定各工序的冬季檢查表，將主要部位都列在檢查表上，安排人員24小時加強巡檢，認真填寫記錄，一旦發現問題及時處理。

a.采用在各工序界區閥后加盲板，閥前加DN25旁路閥門，接膠皮管至下水井，使裝置生產水不進入各軟管站，在閥前通過旁路形成長流水，避免工序凍害、跑水事故發生。這樣，在正常生產時，遇到冬季停車，就可以直接通過旁路排水，避免管道凍害。

b.循環水方面，采用在進設備前做循環上水與回水間的連通管，中間加裝閥門。使所有循環水管線保持循環，避免循環水管線出現死區。并在蒸發冷凝液泵等個別死區，加裝臨時排液閥門，接膠皮管至下水井，形成長流水，避免凍害事故。

c.蒸汽系統，平時各導淋、軟管站保持常開狀態。遇到蒸汽中斷，整個蒸汽和冷凝液管線安排人員排水，如排水效果不理想，應及時用蒸汽或空氣吹凈。若蒸汽疏水閥排水不暢，則拆下蒸汽疏水閥進行疏通，排凝走旁路。

d.廠房采暖均保證正常運行，并在平時檢查低壓蒸汽管道冷凝水疏水狀況，檢查暖風機組運行情況，檢查各采暖系統的使用蒸汽壓力，確保蒸汽管道及采暖系統正常穩定運行，并在所有廠房門上加裝保溫門簾，確保廠房內設備管道不發生凍害事故。

（2）及時發現問題并及時解決。冬季察爾汗地區的溫度最低可達-30℃，在開車中，應注意以下問題。

a.電解開車，電流升到2.7 kA時，氯中含氫合格，切AB閥時操作無效，檢查是1151A閥凍，用蒸汽烤開后就正常。后在1151A附加加電伴熱。

b.電解開車，發現氫氣系統壓力波動，后檢查發現氫氣管道4 mU型彎液封管是涼的，U型管橫段管道凍住。用蒸汽解凍后正常，后在整個U型彎液封管附加電伴熱。

（3）停車時及突發情況處置。在冬季停車時，將所有不運行的設備、管道內水排凈，特別注意檢查管道U型彎及死角積水排放情況，用壓縮空氣吹干。將室外泵內液體排空，并加入適量防凍液。發現管道發生凍害時，應立即排液，并適當通入軟管站蒸汽，并在現場條件允許情況下，在結冰區域用噴燈及電爐加熱，當排液完成后，通入工廠空氣吹干。因為車間廠房地基建在鹽堿地上，大量水倒灌，會引起廠房地基塌陷。當由于管道凍裂，大量液體流出時，應立即堵漏并用潛水泵將液體排至下水。

3.2 事故處理

（1）在試車及生產中，應制定可行的開停車方案，更應嚴格遵守安全操作規程，在開停車時，做好嚴格細致檢查，確認所有開停車條件，操作工及主操更應認其負責，及時發現并解決問題。在發生事故時，首先要沉著冷靜，在了解事故發生的現象、數據后，再迅速做出判斷。

（2）由于生產自動化程度高，因儀表故障造成的事故也較多。例如,廢氣系統負壓控制在2 kPa，開車時，發現尾氣塔頂部放空有氯氣溢出。檢查負壓顯示為2 kPa，堿液循環及濃度也合適。但現場檢查發現廢氣系統補氣閥開度比平時大，此時，負壓控制為自動控制。取消自動后，手動將補氣閥關小，則氯氣不再溢出。后經檢查，壓力變送器顯示故障。在壓力變送器旁邊加1個U型管壓差計，在現場巡檢時，注意觀測負壓情況。在裝置脫氯系統也發生過因pH計不準造成的事故。在開車中，發現亞硫酸鉀消耗量很大，僅一個白班，就消耗正常用量的10倍。檢查發現，陽極液酸化罐、脫氯鹽水受槽pH計顯示故障。在進脫氯塔前沒有加入足夠的酸導致脫氯效果不好，脫氯鹽水受槽又沒有加入足夠的堿，導致亞硫酸鉀在酸性條件下反應除游離氯，更加劇亞硫酸鉀消耗。后重新校驗pH計，安排巡檢人員用pH試紙測試，避免了類似事故。

（3）嚴格執行開車檢查表和停車檢查表制度。

Summary on the operation of a 60 kt/a ion membrane caustic potash plant

WU Li-ding1,ZENG Bo2,PAN Jing-qing1
(1.Qinghai Salt Lake Industry Inc.,Ltd.Xining 810000,China; 2.Yunnan Research Institute of Chemical Industry,Kunming 650228,China)

This paper introduced the process characteristics and operation situation of the 60 kt/a ion membrane caustic potash plant,it gave the main technical and economic indexes during running of the plant, some process problems were analyzed in detail,and proposed the corresponding solution.

ion membrane caustic potash；operation；electrolysis

TQ114.3

B

1009－1785(2012)09-0009-03

吳禮定（1984—），男，安徽人，碩士，2009年畢業于昆明理工大學化學工程專業，一直從事離子膜燒堿、PVC的生產及氯堿下游產品研發工作。

2012-02-28