淡鹽水脫氯及氯酸鹽分解工藝改進(jìn)

于鳳剛，魏占鴻，馬旻銳，常艷琴（金川集團(tuán)有限公司化工廠，甘肅 金昌　737100）

淡鹽水脫氯及氯酸鹽分解工藝改進(jìn)

于鳳剛，魏占鴻，馬旻銳，常艷琴
（金川集團(tuán)有限公司化工廠，甘肅 金昌737100）

介紹了離子膜電解工藝淡鹽水脫氯及氯酸鹽分解的工藝原理，針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題提出了工藝改進(jìn)技術(shù)方案，取得了良好的效果。

燒堿；脫氯；氯酸鹽分解；淡鹽水

甘肅金川集團(tuán)股份有限公司化工廠 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)“金川化工廠”）4O萬(wàn)t/a離子膜法燒堿項(xiàng)目，分兩期建設(shè)。一期工程于2009年10月正式投產(chǎn)，選用藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北化機(jī)”）高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式離子膜電解槽，裝置生產(chǎn)能力為20萬(wàn)t/a；二期工程于2012年5月正式啟動(dòng)建設(shè)，選用北化機(jī)自然循環(huán)高電流密度復(fù)極式膜極距電解槽。兩期項(xiàng)目的淡鹽水脫氯工序均采用真空法和化學(xué)法結(jié)合來(lái)脫除鹽水中的游離氯。

在離子膜法燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)中，鹽水中的游離氯、氯酸鹽會(huì)損害二次鹽水精制系統(tǒng)的最終過(guò)濾元件和螯合樹(shù)脂，使樹(shù)脂性能惡化，損壞膜法脫硝的CIM膜，并且還會(huì)腐蝕鹽水精制系統(tǒng)的設(shè)備及管道材料，因此，鹽水中的游離氯、氯酸鹽必須除去。

1　淡鹽水脫氯及氯酸鹽分解的工藝流程

從電解槽出來(lái)的淡鹽水中溶解了大量的氯，一部分分離出來(lái)用蒸汽將其溫度預(yù)熱至95℃，進(jìn)行氯酸鹽分解，氯酸鹽分解后的鹽水進(jìn)入氯水槽與系統(tǒng)產(chǎn)生的氯水混合；剩下的淡鹽水與濃度為31%的HCl混合，使其pH值被調(diào)控到1.3～1.5，然后與輸送到脫氯工藝的氯水槽收集的淡鹽水混合，合并后的淡鹽水最后送至脫氯塔的頂部進(jìn)行脫氯，在真空條件下將淡鹽水中的游離氯抽出，脫氯淡鹽水用NaOH調(diào)節(jié)pH值至10～11后再用Na2SO3通過(guò)化學(xué)處理法繼續(xù)除游離氯，進(jìn)一步除去淡鹽水中的殘余氯脫氯后的鹽水送往鹽水工段循環(huán)使用，氯氣經(jīng)冷卻、分離后，回收至濕氯氣總管。

2　脫氯及氯酸鹽分解的原理

電解過(guò)程中，電解槽槽溫在約90℃，由于部分OH-離子能滲過(guò)離子膜［1］，會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：

因此，在淡鹽水中同時(shí)有C12、HClO、ClO3-、ClO-和H+存在，其關(guān)系是化學(xué)平衡。即：

脫氯、氯酸鹽分解就是破壞上述平衡關(guān)系，使反應(yīng)向生成Cl2的方向進(jìn)行。

2.1真空法脫氯原理

在淡鹽水中先加入適量的鹽酸，促進(jìn)水解反應(yīng)向左進(jìn)行?；旌暇鶆蚝?，用淡鹽水泵將淡鹽水送往脫氯塔。含氯淡鹽水進(jìn)入脫氯塔，在一定真空下急劇沸騰。氯氣在鹽水中的溶解度隨壓力的降低而減小，從而不斷析出，產(chǎn)生的氣泡會(huì)增大氣液兩相的接觸面積，加快氣相流速，加大氣液兩相中的不平衡度，使液相中的溶解氯不斷向氣相轉(zhuǎn)移；同時(shí)，產(chǎn)生的水蒸氣攜帶著氯氣進(jìn)入鈦冷卻器。水蒸氣冷凝后形成的氯水進(jìn)入氯水槽，再去脫氯；脫除的氯氣經(jīng)真空泵出口送入氯氣總管。

2.2化學(xué)法脫氯原理

向淡鹽水中加入具有還原性的Na2SO3，與具有強(qiáng)氧化性的游離氯發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而把淡鹽水中的游離氯除去［2］。在堿性介質(zhì)中SO2-3被ClO-氧化成SO2-4。反應(yīng)如下：

在加入亞硫酸鈉溶液之前要先加NaOH，把脫氯后鹽水的pH值調(diào)整到9～11。

2.3氯酸鹽分解

通過(guò)淡鹽水循環(huán)泵送出的一部分淡鹽水經(jīng)氯酸鹽水加熱器加熱后，與按比例加入的鹽酸混合后進(jìn)入氯酸鹽分解槽，在此氯酸鈉與鹽酸反應(yīng)而被分解，其主反應(yīng)式為：

氯酸鹽分解后的鹽水進(jìn)入氯水槽，再經(jīng)氯水泵輸送至脫氯塔頂部，而氯酸鹽分解產(chǎn)生的氯氣回到氯氣總管。

3　一期裝置脫氯及氯酸鹽分解運(yùn)行存在的問(wèn)題

離子膜法燒堿生產(chǎn)工藝大部分采用真空脫氯法除去淡鹽水中的游離氯，但由于設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工的不同，試運(yùn)行階段脫氯達(dá)不到理想的效果。

3.1脫氯、氯酸鹽分解加酸流量波動(dòng)

電解脫氯加酸、電解槽加酸、樹(shù)脂塔再生用酸均從高純鹽酸儲(chǔ)槽泵送出，當(dāng)樹(shù)脂塔再生用酸或鹽酸貯槽轉(zhuǎn)料時(shí)，脫氯和電解槽加酸均出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

3.2脫氯淡鹽水加堿流量波動(dòng)

電解脫氯淡鹽水加堿、樹(shù)脂塔再生用堿、事故氯氣裝置用堿、鹽水精制用堿、輸送至成品罐區(qū)的堿均由成品堿輸送泵送出，當(dāng)樹(shù)脂塔再生用堿、事故氯氣裝置用堿、鹽水精制用堿等裝置用堿時(shí)，脫氯加堿流量出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。

3.3氯水泵出口鹽水溫度低

脫氯系統(tǒng)降溫后的儀表檢測(cè)淡鹽水、脫氯真空泵冷卻水、氯氣冷卻器冷凝水、氯氣洗滌系統(tǒng)產(chǎn)生的氯水等均收集至氯水槽，由氯水泵打至脫氯塔；同時(shí)，陽(yáng)極排放槽的氯水直接用陽(yáng)極排放泵加到淡鹽水去脫氯工序，脫氯系統(tǒng)加人大量低溫氯水，影響了脫氯淡鹽水的溫度和流量，使真空度大幅下降。

3.4氯水泵經(jīng)常出現(xiàn)汽縛現(xiàn)象

氯酸鹽分解后淡鹽水進(jìn)入氯水槽，當(dāng)氯酸鹽分解系統(tǒng)鹽水流量較大時(shí)，氯水槽內(nèi)淡鹽水溫度較高，氯水泵經(jīng)常出現(xiàn)汽縛不上液，導(dǎo)致部分氯水外排。

3.5氯酸鹽分解槽選用立式結(jié)構(gòu)

氯酸鹽分解槽選用立式結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間短、鹽水短路、分解槽內(nèi)部出現(xiàn)死區(qū)，氯酸鹽分解效果差。改造前氯酸鹽分解及氯水集工藝流程見(jiàn)圖1。

4　二期工程脫氯及氯酸鹽分解技術(shù)改造內(nèi)容

4.1加酸工藝的改進(jìn)

二期工程脫氯系統(tǒng)加酸與一期統(tǒng)籌考慮，將氯酸鹽分解、脫氯塔用酸與樹(shù)脂塔再生、電解槽加酸裝置區(qū)分開(kāi)來(lái)。兩期系統(tǒng)的樹(shù)脂塔再生、電解槽加酸，均由一期工程的加酸系統(tǒng)供給，加酸泵設(shè)置變頻接DCS控制；二期工程單獨(dú)設(shè)置鹽酸貯槽，安裝2臺(tái)酸泵（變頻接DCS控制）送兩期工程的氯酸鹽分解、脫氯加酸，改進(jìn)后氯酸鹽分解、脫氯塔用酸與樹(shù)脂塔再生、電解槽加酸不再相互影響，有利于穩(wěn)定電解槽加酸量、脫氯淡鹽水pH值。

4.2加堿工藝改進(jìn)

將脫氯淡鹽水加堿的引入點(diǎn)由成品堿輸送泵出口改至堿液循泵出口，為了避免引其余工序用堿引起脫氯淡鹽水加堿流量波動(dòng)的情況。

4.3氯水收集系統(tǒng)改進(jìn)

在脫氯及氯酸鹽系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，充分利用較大體積的陽(yáng)極液排放槽，將脫氯系統(tǒng)降溫后的儀表檢測(cè)淡鹽水、脫氯真空泵冷卻水、氯氣冷卻器冷凝水、氯氣洗滌系統(tǒng)產(chǎn)生的氯水等引至陽(yáng)極液排放槽，取消了氯水槽，延長(zhǎng)處理氯水泵不上液的緩沖時(shí)間。

陽(yáng)極液排放槽出口設(shè)置3臺(tái)氯水泵，2臺(tái)流量較小的泵用于輸送正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的氯水，1臺(tái)較大流量的泵用于停車(chē)時(shí)輸送淡鹽水。

4.4增加陽(yáng)極排放槽換熱器

在泵出口增加1個(gè)板式換熱器，將陽(yáng)極液排放槽的氯水溫度提高到85℃左右，同時(shí)，將陽(yáng)極排放泵改為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；避免了低溫氯水對(duì)脫氯鹽水的影響。

4.5氯酸鹽分解工藝改進(jìn)

將氯酸鹽分解槽的結(jié)構(gòu)形式由立式改為臥式，分解槽內(nèi)部設(shè)置折流板，延長(zhǎng)分解槽內(nèi)水力停留時(shí)間，提高氯酸鹽分解效果。

將氯酸鹽分解槽安裝在脫氯框架二樓，在脫氯框架一樓設(shè)置2臺(tái)氯酸鹽分解泵，利用5 m的液位差，避免氯酸鹽分解泵出現(xiàn)汽縛現(xiàn)象。氯酸鹽分解泵出口鹽水輸送至脫氯塔進(jìn)行脫氯。改造后氯酸鹽分解及氯水收集工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2　改造后氯酸鹽分解及氯水收集工藝流程圖

5　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)，淡鹽水脫氯工序運(yùn)行正常，亞硫酸鈉消耗量大幅度減少且達(dá)到了理想的脫氯效果，同時(shí)廢氣大幅度減少；氯酸鹽分解運(yùn)行正常，避免了氯酸鹽分解泵不出現(xiàn)汽縛的情況。

［1］張金豹.離子膜電解淡鹽水脫氯效果分析.氯堿工業(yè)，2011，47（6）：8-11.

［2］封小洪，蒲云彬.氯酸鹽分解槽的工藝改造.氯堿工業(yè)，2015，51 （11）：22-23.

Technology improvement of dilute brine dechlorination and the chlorate decomposing

YU Feng-gang，WEI Zhan-hong，MA Min-rui，CHANG Yan-qin
（Jinchuan Group Co.，Ltd.Jinchang 737100，China）

This paper introduces the technological principle of dilute brine and the decomposing of chlorate in the ionic membrane electrolysis process.There were existing problems in the existing process.Process improvement for existing problems were proposed.

caustic soda；dechlorination；decomposing of chlorate；light brine

TQ114.26+1

B

1009-1785（2016）06-0009-03

2016-05-12