氯酸鹽分解工藝運行對比

買爾哈巴，，，

(新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838100)

1 氯酸鹽產(chǎn)生的原因

氯酸鹽是電解過程中的必然產(chǎn)物，主要是從陰極反遷過來的OH-與陽極氯氣反應(yīng)生成次氯酸鹽，次氯酸鹽在陽極室又發(fā)生歧化反應(yīng)，生成氯酸鹽[1]。

氯酸鹽的產(chǎn)生速度與電流效率有很大關(guān)系，電流效率越低，說明從陰極反遷到陽極的OH-越多。鹽水中的氯酸鹽含量高將影響氯化鈉的飽和度；同時，由于操作原因，當(dāng)?shù)}水pH 值低于7 時，氯酸鹽將與HCl反應(yīng)放出氯氣，腐蝕設(shè)備；鹽水中的氯酸鹽含量將影響堿中的氯酸鹽含量，腐蝕堿系統(tǒng)的管線及設(shè)備。

2 氯酸鹽分解槽的工作原理

各氯堿企業(yè)所用的氯酸鹽分解裝置大體相同，生產(chǎn)中一般加入合成鹽酸，在一定的溫度條件下，使氯酸鹽分解，反應(yīng)方程式如下：

(1)

2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O。

(2)

n(HCl)/n(NaClO3) ≥6時，反應(yīng)按(1)式進行；n(HCl)/n(NaClO3)≤2時，反應(yīng)將按(2)式進行，甚至不分解。實際生產(chǎn)中希望按(1)式反應(yīng)進行。

如果當(dāng)氣相帶入二氧化氯的體積分數(shù)超過9.5%時，在光和熱等條件下，存在爆炸危險，反應(yīng)式為：

研究表明：二氧化氯不存在爆炸上限。當(dāng)二氧化氯體積分數(shù)超過10%時，隨著濃度的增大，最大爆炸壓力也增高。二氧化氯壓力達到41 kPa即會發(fā)生爆炸[2]。

3 氯酸鹽分解工藝對比

新疆中泰化工集團股份有限公司華泰氯堿廠(以下簡稱“華泰氯堿廠”)2條15萬t/a離子膜燒堿裝置采用的是蒸汽板式換熱器加熱鹽水進入臥式氯酸鹽分解槽工藝，目前已經(jīng)運行9年。

新疆中泰化工集團股份有限公司新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱“圣雄氯堿廠”)燒堿產(chǎn)能為44萬t/a。其中22萬t/a裝置采用的是蒸汽直接加熱鹽水進入立式氯酸鹽分解槽工藝，目前已經(jīng)運行5年，分解效果較好。另外一條線采用的是蒸汽板式換熱器加熱鹽水進入立式氯酸鹽分解槽工藝，目前已經(jīng)運行2年，分解效果較好。下面對這3種工藝進行對比分析[3]。

3.1 蒸汽板式換熱器加熱鹽水進入臥式氯酸鹽分解槽工藝

蒸汽板式換熱器加熱鹽水進入臥式氯酸鹽分解槽的工藝裝置如圖1所示。

華泰氯堿廠氯酸鹽分解工藝為鹽水經(jīng)過蒸汽板式換熱器加熱后進入臥式氯酸鹽分解槽。氯酸鹽分解槽采用DerKane-470樹脂制成的玻璃鋼，玻璃鋼罐內(nèi)設(shè)計折流擋板增加反應(yīng)時間。氯酸鹽分解槽進口管線加入31%的高純鹽酸，其加入量與鹽水量的關(guān)系如下：

VHCl= 2.79×10-2VDB。

式中，VHCl為酸流量，m3/h；VDB為鹽水流量，m3/h。

蒸汽的加入量根據(jù)TE343溫度顯示調(diào)節(jié)TCV343，溫度控制在不高于93 ℃，在89～92 ℃內(nèi)最佳；高純酸加入量由FCV-372氣動閥控制。

此工藝自動化程度比較高，氯酸鹽分解運行比較平穩(wěn)，玻璃鋼罐投入成本相對較低。但該工藝中臥式罐占地面積較大，氯酸鹽分解槽進口加酸三通管線處經(jīng)常被腐蝕，檢修頻率比較高；更換為哈氏合金后運行平穩(wěn)，但成本較高。另外，該工藝氯酸鹽分解率較低，受溫度影響玻璃鋼設(shè)備壽命較短[4]。

2011年1—6月氯酸鹽分解槽運行情況如表1所示。

表1 2011年1—6月氯酸鹽分解槽運行情況Table 1 Operation state of chlorate decomposition tank between January and June 2011

3.2 蒸汽直接加熱鹽水進入立式氯酸鹽分解槽工藝

圣雄氯堿廠第1期裝置采用的是蒸汽直接加熱鹽水工藝。氯酸鹽分解槽采用的是DerKane-470樹脂制成的立式玻璃鋼。氯酸鹽分解槽之前設(shè)計了酸化罐，淡鹽水在酸化罐里與18%高純鹽酸充分混合，混合均勻后從分解槽底部進入，從上部溢流進入淡鹽水罐。低壓蒸汽從分解槽底部進入，直接和鹽水接觸。氯酸鹽分解槽溫度控制在92～96 ℃，氯酸鹽分解槽出口鹽酸質(zhì)量濃度控制在13～25 g/L，根據(jù)分解效率進行調(diào)節(jié)。

立式氯酸鹽分解槽工藝裝置如圖2所示。

該工藝占地面積較小，投資較少，氯酸鹽分解效率較高，通過增加酸化罐能保證鹽酸充分混合均勻，并且設(shè)備運行穩(wěn)定，無腐蝕。但由于將蒸汽直接通入鹽水中，導(dǎo)致分解槽運行過程中震動較大，大大降低了玻璃鋼氯酸鹽分解槽的使用壽命。

2017年7—12月氯酸鹽分解槽運行情況如表2所示。

表2 2017年7—12月氯酸鹽分解槽運行情況Table 2 Operation state of chlorate decomposition tankbetween July and December 2017

3.3 蒸汽板式換熱器加熱鹽水進入立式氯酸鹽分解槽工藝

蒸汽板式換熱器加熱鹽水進入立式氯酸鹽分解槽工藝如圖3所示。

圣雄氯堿廠第2期采用的是蒸汽間接加熱工藝。氯酸鹽分解槽設(shè)計為鈦材。氯酸鹽分解槽之前設(shè)計了鈦材酸化罐，淡鹽水經(jīng)蒸汽板式換熱器加熱后進入酸化罐與18%高純鹽酸混合后溢流進氯酸鹽分解槽底部。一般情況下，酸性鹽水會腐蝕鈦材，不建議采用鈦材氯酸鹽分解槽。但大量的實際運行發(fā)現(xiàn)：氯酸鹽分解槽用鈦材沒有問題。這是由于出電解槽淡鹽水含有大量的游離氯，在鈦材表面形成了一層致密的氧化膜，阻止了鹽酸對鈦材的腐蝕；所以，這也是氯酸鹽分解工藝的一種革新[5]。

該工藝占地面積較小，初次投資較大，但從長遠來看成本還是比較低的。氯酸鹽分解效率較高，通過增加酸化罐能保證鹽酸充分混合均勻，并且設(shè)備運行穩(wěn)定、無腐蝕，滿足現(xiàn)代化工廠的需求。

2017年7—12月氯酸鹽分解槽運行情況如表3所示。

表3 2017年7—12月氯酸鹽分解槽運行情況Table 3 Operation state of chlorate decomposition tank between July and December 2017

金屬材料的腐蝕按其腐蝕機制可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。而非金屬材料與金屬材料不同，電導(dǎo)率很小，它同電解液接觸時不會形成原電池，因而不會出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕。但非金屬材料存在力學(xué)強度較低、易滲透和熱穩(wěn)定性差等缺點, 其腐蝕形式主要有：化學(xué)裂解、溶解和溶脹、應(yīng)力開裂、滲透破壞。所以在選擇化工設(shè)備材料時, 應(yīng)權(quán)衡好各方面關(guān)系，使投資不增加太多，在運行中又不會因為腐蝕問題而導(dǎo)致裝置停車增加維修費用，即要求設(shè)備生命周期成本最低。

4 結(jié)語

通過以上3種氯酸鹽分解工藝對比，可以發(fā)現(xiàn)：在相同鹽酸濃度、相同分解溫度的條件下，后兩種立式分解工藝的分解效率較高，雖然蒸汽直接加熱鹽水裝置初次投資較少，蒸汽的使用量相對較少，但由于玻璃鋼受溫度影響較大，壽命衰減較快，裝置潛在的安全隱患較大。所以建議氯堿企業(yè)采用第3種氯酸鹽分解工藝，既能夠滿足氯酸鹽分解的需求，又能夠保證裝置的本質(zhì)化安全。