淡鹽水脫氯系統的降耗措施

趙玉華，王 琦，顏丙玲

（山東海化氯堿樹脂有限公司，山東 濰坊262737）

山東海化氯堿樹脂有限公司（以下簡稱“海化氯堿”）采用離子膜法制堿工藝，裝置分兩期建設，設計生產能力分別為10萬t/a和15萬t/a。近年來，隨著對生產工藝不斷進行優化，海化氯堿降本增效工作持續推進，本文主要介紹淡鹽水在脫氯過程中降低自用堿消耗的具體措施。

1 淡鹽水脫氯工藝流程

從電解槽產出的淡鹽水中富含游離氯，需進行脫氯后返回化鹽工序繼續循環使用，如脫氯不徹底，不但會對設備和管道造成腐蝕，還會阻礙粗鹽水中沉淀物的形成，對生產系統的危害極大。海化氯堿采用真空脫氯和化學脫氯相結合的方法去除游離氯。從電解槽出來的淡鹽水首先加入鹽酸調整到一定pH值后進入脫氯塔頂部，脫氯塔在真空狀態下工作，真空度由脫氯真空泵和回流調節閥來控制。氯氣中的水蒸氣在脫氯冷凝器中被冷凝，冷凝液通過U型液封進入陽極液放凈槽。未冷凝的氯氣被脫氯真空泵抽出，經氣液分離后送入氯氣總管或廢氯氣吸收管線。脫氯后的淡鹽水加入一定量的氫氧化鈉溶液調節pH值，再加入亞硫酸鈉進行化學脫氯處理后返回一次鹽水工序。工藝流程示意圖見圖1。

2 實施前狀況

圖1 淡鹽水脫氯工藝流程示意圖

脫氯過程中，需依次加入鹽酸、燒堿和亞硫酸鈉，其中燒堿所占成本最高。該公司2019年全年脫氯自用堿消耗量5 217.6 t（見表1），燒堿價格按1 500元/t計（折100%），全年費用為782.64萬元。經與其他氯堿企業對標，海化氯堿脫氯自用堿消耗高于同行業平均值3.7 kg/t，如果控制水平達到平均值，年節約生產成本可達155.4萬元，降耗產生的經濟效益將十分顯著。因此，在2019年12月，海化氯堿成立工藝攻關小組，詳細排查自用堿消耗高的原因，通過制定切實有效的措施，對工藝指標進行優化。

表1 實施前脫氯自用堿消耗情況

3 自用堿消耗高的原因分析

3.1 電解槽出口的淡鹽水酸度影響

通過對電解槽的運行經濟指標進行分析，部分指標已偏離控制值，雖然氯氣純度在合格范圍內，但出槽淡鹽水pH值明顯偏高（見表2）。

表2 一期、二期電解槽分析化驗單

電解槽在運行過程中，陰極側的OH-反滲透過離子膜，與陽極側的氯氣產生下列反應。

離子膜使用周期越長，電流效率就越低，反滲的OH-就越多，生成的ClO-也就越多。因此，為了降低陽極液中的OH-含量，采取向陽極（電解槽入口）添加鹽酸的方法去除，反應如下。

由表2可以看出，因電解槽入口的鹽酸加入量偏低，出槽淡鹽水酸度、pH值均未達到要求。

因此可以得出結論：電解槽入口鹽酸加入量不足，導致氯氣中的含氧量升高，出槽淡鹽水中的ClO-含量升高，間接導致脫氯系統的負荷加大，造成自用堿消耗高。

3.2 脫氯前淡鹽水pH值影響

通過對脫氯淡鹽水進行分析，發現脫氯前pH值不合格，顯然，加酸量過多導致淡鹽水脫氯前pH值較低（見表3）。

表3 脫氯淡鹽水分析化驗單

淡鹽水中的游離氯分兩種形態，一種是溶解氯，一種以ClO-的方式存在。脫氯的原理是破壞氣液平衡關系，使反應朝生成Cl2的方向進行。脫氯前加入鹽酸，使淡鹽水不斷產生氣泡，通過增加液體表面的真空度，使含氯淡鹽水處于沸騰狀態，利用水蒸氣帶走氯氣。

真空脫氯后鹽水中的微量游離氯，通過加入一定量的NaOH使其變成次氯酸鈉，然后加入亞硫酸鈉反應除去。反應如下。

如果脫氯前加入的鹽酸過量，會和脫氯后加入的燒堿產生中和反應。

因此可以得出結論：脫氯前pH值控制不嚴，加酸量過多，導致燒堿和鹽酸直接反應，造成脫氯自用堿消耗增多。

4 措施實施

4.1 提高電解槽入口精鹽水鹽酸加入量

通過逐步提高電解槽入口精鹽水的鹽酸加入量，減少電解槽陽極副反應OH-的含量，減少ClO-的生成，進而提高氯氣純度，降低氯氣含氧量（見圖2）。

圖2 2019年實施后出槽淡鹽水酸度變化曲線

如果鹽酸加入過量，離子膜內部會產生水泡進而導致離子膜性能下降，造成槽電壓急劇上升。因而在調整鹽酸的加入量的同時必須謹慎小心，采取每天少量增加、每班進行分析的措施，密切配合淡鹽水酸度的分析，嚴格控制酸度≤0.15 N，避免對離子膜產生損害。

4.2 減少脫氯前鹽酸加入量

脫氯前鹽酸的加入量越高，脫氯后淡鹽水中次氯酸鈉含量就越低，亞硫酸鈉消耗也越低，燒堿消耗反而越高，反之亦然。鹽酸的加入量與自用堿的消耗呈同向變化關系。

通過減少脫氯前鹽酸加入量，使淡鹽水中的次氯酸鈉含量升高，脫氯后增加亞硫酸鈉加入量與次氯酸鈉進行還原反應。由于鹽酸加入量的減少，脫氯后加入的燒堿與鹽酸之間的相互消耗減少，從而降低了自用堿消耗。

減少鹽酸加入量后，脫氯前pH值保持在1.30～1.40，自用堿消耗降低明顯。分析結果證明脫氯后淡鹽水中的游離氯始終為零，達到了實施目標（見表4）。

表4 脫氯淡鹽水分析化驗單

5 實施后效果分析

經過將近1個月的努力，主管部門與車間通力協作，成功將脫氯自用堿降至同行業平均值以下，自用堿消耗與實施前相比，有了明顯降低，雖然亞硫酸鈉消耗有所增加，但取得的效益仍然十分顯著。

為確保實施效果有效持續，海化氯堿不斷對考核制度進行完善，增加了脫氯自用堿單耗的考核，根據生產負荷變化，及時調整電解槽入口加酸量，同時建立電解槽定期加樣分析制度，定期逐臺分析電解槽的運行指標，發現指標偏離及時進行調整。

6 結語

通過上述措施，海化氯堿脫氯自用堿消耗明顯降低，在降低生產成本的同時，電解槽的經濟運行指標得到了優化，工藝控制水平有效提升。