如何有效控制燒堿中氯酸鹽含量

田 君

（新疆天業（集團）天辰化工有限公司，新疆 石河子 832000）

離子膜法生產燒堿工藝作為燒堿生產的先進工藝，已為國內大多數生產裝置所采用。天辰化工有限公司整套裝置采用旭化成工藝最新的零極距高電流密度復極式離子膜電解槽，燒堿產能32萬t/a。采用電流密度為5.5 kA/m2的F6801型離子交換膜。該工藝有能耗低、無污染、氫氧化鈉質量高、氯氣氫氣純度高等優點，但在實際生產中仍然有許多需要解決的問題。其中，系統中因副反應而產生的氯酸鹽控制就是一個非常重要的環節。對于生產固堿的企業，必須嚴格控制系統中氯酸鹽含量，否則將會嚴重影響固堿蒸發設備安全運行。

1 氯酸鹽的形成

在離子膜法制堿過程中，電解槽溫度一般為80～90℃，陽極室會發生以下副反應：6ClO-+3H2O-6e=2ClO3+4Cl-+6H++3/2O2

氯酸鹽產生于陽極室中次氯酸根失去電子的反應和氯氣與陰極室反滲透過來的氫氧根反應。在實際生產過程中，由于離子膜法電解使用的鹽水系統為閉路循環過程，氯酸鹽將會在鹽水系統中長期累積，含量越來越高。隨著氯酸鹽含量的增加，鹽水中的氯化鈉含量減少，電流效率下降[1]。

2 氯酸鹽的危害

陽極系統中累積的氯酸鹽含量 （一般要求控制在10 g/L以下）偏高時，一部分氯酸鹽將透過離子膜進入陽極室，造成堿中氯酸鹽含量偏高，特別是生產片粒堿時，在蒸發濃縮過程中，由于氯酸鹽的強氧化性，少量（≥10 mg/L）的氯酸鹽也會對降膜管等蒸發工序的設備與管道造成腐蝕。另外，鹽水中氯酸鹽含量偏高時，在鹽水二次精制時的樹脂塔酸再生過程中會產生次氯酸，容易造成螯合樹脂性能下降，也就是常說的樹脂中毒。因此，必須加強控制，去除系統中氯酸鹽，控制濃度在指標范圍內運行。

3 氯酸鹽含量的控制方法

從氯酸鹽生成原理可以看出，源頭在電解，因此，控制氯酸鹽最有效的方法是加強電解槽的生產管理及其他方面。

3.1 膜的管理

離子膜作為電解槽最關鍵的組成部分，其穩定運行，不僅影響燒堿質量、生產電耗、電槽壽命等，也是系統中氯酸鹽含量的決定性因素。同樣，氯酸鹽含量的高低在一定程度上也反映了離子膜的運行狀況[2]。新膜運行壽命為48個月，在運行初期，膜的電流效率很高，很少有針孔及水泡現象，在化學反應中，OH-的反遷移量很少，因此，在這一階段，鹽水系統中氯酸鹽含量很低，如果生產工藝中有氯酸鹽分解裝置，可以不投入運行以節約生產成本。但當膜運行到中后期，膜的性能開始下降，系統中氯酸鹽開始逐漸上升，此時，如果燒堿中氯酸鹽含量偏高，可通過以下幾方面進行判斷是否需要換膜。

（1）停車時，對每張膜進行膜試漏，如果發現某張膜泄漏量超過規定值，必須進行更換。在開車情況下，可通過電位差波動、測量單元槽電壓、觀察單元槽陽極液流量、顏色是否正常等來判斷膜是否泄漏。

（2）計算單臺電解槽離子膜的電流效率，如果電流效率過低，電耗偏高，則需考慮整臺更換。

（3）記錄并分析電槽陽極液加酸量，入口、出口酸度，特別是出口酸度，如果入口酸度接近最大值（0.15 N）而出口仍然沒有酸度，則說明膜的泄漏量增大，必須及時換膜，否則將會影響電槽安全運行。表1為同一臺電槽在換膜前后的數據對比情況。

表1 電槽在換膜前后的數據

3.2 電槽陽極液進出口酸度的控制

旭化成公司的膜是全氟羧酸類型，羧基在-COONa+狀態時，膜顯示出它的優越性能。如果羧基變成-COOH類型，膜將失去離子交換能力。因此，需把陽極液酸度維持在一確定值以下，一般要求陽極液進口酸度控制在0.15 N內，出口酸度控制在0.001～0.005 N。從氯酸鹽的形成反應式可以看出，由于OH-離子會反遷移到陽極室，因此，向陽極液中加入鹽酸可進行中和，以減少副反應的發生，從而可以達到控制系統中氯酸鹽含量的目的。

表2為實際生產中通過對不同酸度情況下系統中氯酸鹽測定的數據。

從表2可以看出，電槽加酸量對于堿中氯酸鹽含量的控制十分關鍵，而且，在很短的時間內就會體現出來。因此，在實際生產中，嚴格按指標調整加酸量非常重要。

3.3 氯酸鹽分解裝置的操作控制

氯酸鹽分解裝置的作用是將電解槽陽極出口的淡鹽水分流一部分進行氯酸鹽分解反應。進行反應前，首先將淡鹽水加熱至90～100℃，然后，加入一定量鹽酸，混合后，進入氯酸鹽分解槽進行充分反應，反應后產生的氯氣可并入氯氣總管或去廢氣處理系統。出分解槽的淡鹽水去脫氯系統。氯酸鹽分解反應時，加入過量的31%鹽酸，發生如下反應。

表2 不同酸度時的氯酸鹽含量

此處，要注意的是，加入鹽酸要過量，如果鹽酸量不夠，將會發生以下反應：

該反應的混合氣體會發生爆炸[3]。

影響氯酸鹽分解裝置的穩定運行的因素很多，在實際生產中主要有以下因素。

（1）流量。由于氯酸鹽分解裝置的流量受淡鹽水總流量的限制，如果系統負荷低，淡鹽水總流量將會降低，從而導致氯酸鹽分解流量降低，分解速率下降。因此，控制好氯酸鹽分解流量十分關鍵，特別是當系統中氯酸鹽含量較高時，可適當（控制好酸度、反應時間）提高氯酸鹽流量，加快系統循環。

（2）溫度。氯酸鹽反應溫度為90～95℃比較理想，因此，在實際控制中，應盡量將溫度控制在90℃以上，這樣可以減少加酸、管線輸送帶來的溫度損失。如果分解槽使用玻璃鋼材質，最好在設計時對溫度做要求，如果分解槽在室外，應考慮進行保溫處理。

（3）酸度。氯酸鹽分解裝置的淡鹽水酸度一般要求控制在0.5 N，在實際生產中，為了提高氯酸鹽分解率，可適當提高酸度至＜0.6 N，通過調整酸度，不僅可以提高氯酸鹽分解效率，還可以減少脫氯系統加酸量。氯酸鹽分解裝置在不同酸度情況下的運行數據見表3。

從表3可以看出，適當調整酸度可明顯提高氯酸鹽分解裝置的運行效率，但因考慮到氯酸鹽裝置會影響脫氯系統，應在保證不影響脫氯系統穩定運行的前提下調整參數。

表3 不同酸度時的氯酸鹽含量

3.4 生產負荷調整及電槽停車

理論上，調整負荷（即電流）不會造成系統中氯酸鹽含量升高，但是短時間內頻繁地大幅度升降電流，會影響電槽加酸量的調整，槽溫，槽壓等參數，特別是加酸量的調整，由于膜的化學特性，決定了加酸時必須循序漸進，防止加酸過量造成膜的酸化。電槽頻繁停車肯定會影響膜的運行效率，進而造成系統中氯酸鹽含量的升高。因此，在實際生產中，應盡量避免電流急升急降和減少裝置的停車次數。

3.5 調整加糖量

在片堿生產中，高溫濃堿對鎳制設備有一定的腐蝕性，腐蝕的原因主要是堿液中所含氯酸鹽在250℃以上時逐步分解，并放出新生態氧與鎳材發生反應，生成氧化鎳層。氧化鎳易溶于濃堿中而被帶走，此過程在濃堿蒸發中反復進行，將導致鎳設備的腐蝕損壞。常用的處理方法是在原料口處加入糖溶液，其優點是操作簡單，無須增加許多設備，另外糖資源易得而且價格便宜。

其反應機理為：

當堿中氯酸鹽含量增加時，可適當增加生產中實際加糖量，最好為理論量的2倍以上，可使反應盡量進行完全。降低氯酸鹽對設備的腐蝕，但是在反應中產生二氧化碳，因此，在堿產品中碳酸鈉的含量會增加，同時，增加了產品中氯化鈉的含量，因此，應控制好用量。

通過以上分析可以得出，在燒堿生產中，影響堿中氯酸鹽含量的因素很多，但主要是管理好電解裝置，保證設備及離子膜穩定運行，才能保證堿中氯酸鹽含量穩定控制在指標范圍內。其他方面的因素也要足夠重視，不能放過任何細節。

［1］仇志勇，李 明.氯酸鹽分解系統的指標控制與優化.氯堿工業，2009，（4）：8.

［2］李 明，吳玉斌，仇志勇，鄭平友.旭化成F6801離子膜運行總結.中國氯堿，2008，（10）：12.

［3］刑家悟，劉東升，等.離子膜法制燒堿操作問答.北京：化學工業出版社，2009.