氯酸鹽分解技術改造總結

張凱鵬

（濟寧中銀電化有限公司，山東 濟寧 272503）

氯酸鹽分解技術改造總結

張凱鵬

（濟寧中銀電化有限公司，山東 濟寧 272503）

介紹了氯酸鹽分解的原理、工藝流程，并對裝置運行中存在的問題進行了分析、對技術改造方案和運行數據進行了總結。

離子膜電解；氯酸鹽分解；技術改造

氯酸鹽是電解過程中的必然產物，主要是從陰極反遷移過來的OH-與陽極氧化反應生成次氯酸鹽，次氯酸鹽在陽極室內又發生反應生成氯酸鹽。這種現象在電槽運行初期并不十分明顯，但隨著電解槽運行時間增加，離子膜使用到后期，電流效率下降較快，OH-的反遷移會逐漸加劇，陽極室淡鹽水氯酸鹽含量也將逐漸升高。當氯酸鹽濃度超過30 g/L時，陽極側鹽水濃度偏低，水遷移量增大，易造成離子膜起泡。同時還會促進螯合樹脂劣化，腐蝕設備，最終導致鹽水品質下降，影響電解性能。氯酸鹽在電解過程中會釋放出新生態的氧，腐蝕陽極涂層，降低電解槽的壽命等。

1　　氯酸鹽分解原理

各氯堿企業所用的氯酸鹽分解裝置大體相同，一般加入合成鹽酸，在一定的溫度條件下，使氯酸鹽分解，反應方程式如下：

NaClO3+6HCl=NaCl+3Cl2+3H2O（1）

2NaClO3+4HCl=2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O（2）

在實際生產中，應控制反應方向按（1）式進行，即c（HCl）/c（NaClO3）≥6。如果c（HCl）/c（NaClO3）≤2，反應將按（2）式進行，甚至不分解。當氣相帶入二氧化氯的體積分數超過9.5%時，在光和熱等條件下，還會存在爆炸危險，反應式為：2ClO2→Cl2+2O2，因此，在氯酸鹽分解槽投用過程中一定要注意盡量避免二氧化氯的產生，同時，還要不斷補入工藝空氣或氮氣進行稀釋，避免氣體富集。

2　　氯酸鹽分解工藝流程

來自陽極液循環槽的淡鹽水分為2路，一路去真空脫氯塔，另一路淡鹽水經板式換熱器升溫至（90±5）℃，與加入的31%濃度的鹽酸按照一定流量比例（7∶1～10∶1）混合，然后進入氯酸鹽分解槽內反應，分解生成的氯氣經空氣吹除，然后經氯氣冷卻器冷卻除水后進入事故氯管道；分解槽內反應后的淡鹽水經液封流入淡鹽水罐，由泵打入真空脫氯塔。工藝流程見圖1，工藝控制指標見表1。

表1　　工藝控制指標

圖1　　氯酸鹽分解系統工藝流程圖（改造前）

3　　試運行中存在的問題

氯酸鹽分解裝置主要表現為淡鹽水罐內部氣相壓力偏高，遠超過控制指標20 kPa的上限范圍，導致在操作過程中無法提升氯酸鹽分解槽的淡鹽水流量及加酸流量，降低了氯酸鹽分解效率；同時，由于淡鹽水罐為玻璃鋼復合材質，對高溫酸性鹽水的耐受性差，罐體焊口多次出現漏點，且修復難度大、效果很差。

4　　問題分析與改造

4.1提升分解槽淡鹽水溢流高度

淡鹽水進入分解槽后，先經過分解吹除，后經過U型彎液封溢流至淡鹽水罐內。分解槽的溢流高度會直接影響到淡鹽水在槽內的停留時間和分解時間，停留時間過短，會降低氯酸鹽在分解槽內的分解率，進而在溢流至淡鹽水槽后，會發生較為劇烈的二次分解反應，使淡鹽水槽內的氣相壓力不斷升高。經過重新設計，將分解槽的溢流口U型彎的液封高度由1 m增至2 m，增加了淡鹽水在氯酸鹽分解槽內的停留時間，利于提升分解效率。

4.2淡鹽水槽排氣管道改造

原淡鹽水罐的排氣管道直徑DN50，與分解槽的排氣管道合并后，經冷凝器冷凝去往事故氯總管。由于分解槽的排氣管與淡鹽水罐的排氣管串聯，會導致淡鹽水罐的排氣阻力大，使淡鹽水罐出現憋壓現象，同時排氣管道直徑偏小，彎頭較多，也一定程度增加了排氣的阻力。經過改造，將淡鹽水罐的排氣管道直徑改換為DN80，同時斷開與分解槽排氣管道的連接，直接連接至事故氯負壓總管，大幅降低淡鹽水槽的排氣阻力。

4.3淡鹽水罐內部增加空氣吹除裝置

氯酸鹽的分解主要在分解槽內部完成，停留時間的延長有利于分解率的提升。但由于過酸量的存在，無法完全避免在淡鹽水罐內部繼續進行二次反應，反應過程中會產生少量的二氧化氯氣體，二氧化氯在富集一定濃度后，受熱或受光照易促進分解并引發爆炸。經過改造，在淡鹽水罐底部增加了空氣吹除裝置，設計流量20 m3/h，基本能夠將二氧化氯的富集濃度降至9%以下，提高了裝置的安全系數。

4.4更換淡鹽水罐材質

原淡鹽水罐材質為PVC/FRP，設計工作溫度為55℃，工作壓力為常壓，且為利舊設備，已存在老化現象，不再適合于高溫酸性鹽水環境。同行業多數使用了鈦合金材質，材料性能和強度較好，但材料成本偏高。經過選型，利舊使用了搪瓷臥罐。化工搪瓷對一般酸、堿、鹽等化學介質具有高度的耐蝕性，對于低于150℃，濃度在10%～20%的鹽酸具有優良的耐腐蝕性，表面光潔度好而且容易洗滌，可代替昂貴的合金材料，且成本低廉。但由于其熱應變性能較差，故在使用過程中，一定要注意避免淡鹽水溫度的驟升驟降。同時為安全運行考慮，在臥罐頂部增加了防爆膜，避免出現壓力突增造成臥罐損壞。改造后的工藝流程見圖2，運行數據見表2。

表2　　氯酸鹽分解數據

圖2　　氯酸鹽分解系統工藝流程圖（改造后）

5　　結語

氯酸鹽分解裝置完成系列改造后，裝置運行較為穩定，淡鹽水罐壓力有了明顯下降，在淡鹽水流量、高純酸流量、空氣流量按照設計值控制的條件下，氣相壓力基本能夠控制在10 kPa以下。同時分解效率得到有效提升，平均能夠達到60%～70%，淡鹽水氯酸鹽含量下降趨勢明顯，基本達到了預期目標。

Summary of technical transformation in chlorate decomposition

ZHANG Kai-peng
（Shandong Jining Zhongyin Electrochemical Co.，Ltd.，Jining 272503，China）

The principle and process of chlorate decomposition were introduced.The problems in the operation of the device were analyzed.The technical transformation plan and operation data were summarized.

ion-exchange membrane electrolysis；chlorate decomposition；technical transformation

TQ124.4+4

B

1009-1785（2015）12-0022-03

2015-07-05

張凱鵬（1980—），男，畢業于青島科技大學，本科，工程師，現任濟寧中銀電化公司氯堿部副部長。