离子膜制碱中提高氯酸盐分解率效果分析

2024年3月13日发(作者：奥迪q5才22万是真的吗)

第５１卷第６期　

氯　碱　工　业　

Ｖｏ１．５１，Ｎｏ．６　

２０１５年６月　

Ｃｈｌｏｒ——Ａｌｋａｌｉ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　

Ｊｕｎ．，２０１５　

离子膜制碱中提高氯酸盐分解率效果分析　

祝辉年　，李永全，侯亚楠　

（新疆中泰化学（集团）股份有限公司，新疆鸟鲁木齐８３０００９）　

［关键词］氯酸盐；分槽槽；离子膜法烧碱；分解率；节能减排　

［摘要］对氯酸盐分解槽进行如下改造：加大分解槽内挡板面积，减小溶液过流面积，延长反应时间。改造　

［文献标志码］Ｂ　［文章编号］１００８—１３３Ｘ（２０１５）０６－００２０－０３　

后，氯酸盐分解率由２０％提高至４０％，且减少高纯酸和碱消耗。　

［中图分类号］ＴＱ１１４．２６２　

Ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒａｔｅ　

ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｏｎ－ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃａｕｓｔｉｃ　ｓｏｄａ　

ＺＨＵ　Ｈｕｉｎｉａｎ，ＬＩ　Ｙｏｎｇｑｕａｎ，ＨＯＵ　Ｙａｎａｎ　

（Ｘｉ￣ｉａｎｇ　Ｚｈｏｎｇｔａｉ　Ｃｈｅｍｉｓｔｙ（Ｇｒｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｕｒｕｍｑｉ　８３０００９，Ｃｈｉｎａ）　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｈｌｏａｔｅ；ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｒ；ｉｏｎ—ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃａｕｓｔｉｃ　ｓｏｄａ；ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ；　

ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｍｍｉｓｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｈｌｏｒａｔｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｒ　ｗａｓ　ｒｅｍｏｄｅｌｌｅｄ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｂａｆｆｌｅ　ｌａｒｇｅｒ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　

ｌｆｏｗｉｎｇ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｌｏｎｇ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　ｉｎｃｒｅａｅｄ　ｃｈｌｏｒａｔｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　

ｆｒｏｍ　２０％ｔｏ　４０％，ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ　ｈｙｄｒｏｃｈｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ａｎｄ　ｃａｕｓｔｉｃ　ｓｏｄａ．　

１生产工艺现状　

新疆中泰化学（集团）股份有限公司现有１６０万　

ｔ／ａ聚氯乙烯、１２０万ｔ／ａ离子膜法烧碱装置。下属　

１．２氯酸盐分解原理　

１．２．１　氯酸盐的化学性质　

１　‘　

３Ｃ１０一　ｃｌ一＋ｃｌｏ；（歧化反应）。　

阜康能源电解车间自２０１２年９月２０日开车以来，　

通过半年时间的运行，盐水中氯酸盐含量不断上升，　

由于电解槽温度高于８０￣Ｃ，有相当数量的　

ＣｌＯ一发生上述反应，生成ＣｌＯ；。　

碱中的氯酸盐含量也随之升高，腐蚀设备，同时影响　

碱的品质。阜康能源电解车间１　、２　装置离子膜工　

序Ａ、Ｂ线共安装有４台氯酸盐分解槽，设计工艺流　

程为：接收电解槽电解产生的约１／１０的含氯淡盐水　

后，进行氯酸盐的分解反应。　

１．１工艺流程　

氯酸是强酸，也是强氧化剂。但是因为Ｈ　可　

以有效地提高氯酸盐的电极电位值…，所以氯酸盐　

溶液只有在酸性介质中才有氧化性。　

１．２．２氯酸盐分解的原理　

将部分淡盐水引进氯酸盐分解槽，用蒸汽加热　

将温度控制在８５　ｃｃ，加入质量分数３１％的盐酸。　

在强酸作用下，ＮａＣＩＯ　在分解槽内发生如下反应：　

ＮａＣＩＯ３＋６ＨＣ１＝ＮａＣ１＋３Ｃ１２＋３Ｈ２Ｏ；　

２ＮａＣＩＯ３＋４ＨＣ１＝　

流程叙述：电解槽电解后的淡盐水进入阳极液　

循环槽，从淡盐水泵出口分两支，一部分淡盐水直接　

（１）　

送往脱氯塔进行脱氯，另一部分去氯酸盐分解槽；向　

氯酸盐分解槽按比例加入适量的盐酸，通人蒸汽，在　

高温强酸作用下，氯酸盐分解；分解后的淡盐水进入　

氯水收集罐，然后用氯水泵再送往脱氯塔进口，除游　

离氯，送往一次盐水化盐。　

２ＮａＣ１＋Ｃ１２＋２Ｈ２０＋２Ｃ１０２　。　

１．３现状分析　

（２）　

电解车间２　装置离子膜Ａ系统的氯酸盐分解　

槽自２０１３年５月７日开始投用，单台指标为：淡盐　

［作者简介］祝辉年（１９７９一），男，助理工程师，现于新疆中泰化学（集团）股份有限公司从事氯碱工艺管理工作。　

［收稿日期］２０１４—０２—２４　

第６期　祝辉年等：离子膜制碱中提高氯酸盐分解率效果分析　

（２）淡盐水管线的改造。将氯酸盐分解槽淡盐　

水流量８　ｍ　／ｈ，盐水温度８８—９ｏ　ｏ【＝，加酸量４００　ｌＪｈ。　

作样分析后发现，进口淡盐水中ＮａＣＩＯ。的质量浓度　

为１１—１２　ｇ／Ｌ时，出口ＮａＣＩＯ　的质量浓度在９～１０　

水管线从原进罐位置往罐前移，插人到液面下１　ｍ　

处，使淡盐水进入分解槽内与高纯酸再次均匀混合，　

并保证淡盐水在罐内有足够的滞留时间。　

（３）实现自动化控制。将氯酸盐分解槽加酸系　

统由手动控制变更为气动自控调节，增加气动阀和　

远传流量计，实现自动化控制，减轻员工的负担，保　

证了氯酸盐分解槽加酸的稳定性。　

ｇ／Ｌ，分解率约２０％。分解槽投入运行，淡盐水酸度　

与温度均在指标控制范围内，但分解率不高的原因　

是盐水与酸反应时间不足。针对该情况，车间及时　

组织技术、设备人员进行攻关，从影响氯酸盐分解的　

诸多因素着手，修订操作参数。　

２改造方案　

２．１改造目的　

提高氯酸盐分解槽的分解率，保证盐水的氯酸　

盐含量在正常指标内，进而降低投用氯酸盐分解槽　

酸和碱的消耗，减少碱中的氯酸盐对设备的影响。　

２．２设备改造　

ＮａＣＩＯ　在分解槽内反应方程式中，反应（２）不　

可能完全避免，只能尽量使反应（２）最小程度地发　

生。为了让分解槽内反应最大程度的按我们期待的　

反应（１）式进行，对氯酸盐分解槽进行改造：加大分　

解槽内挡板面积，减小溶液过流面积，延长反应停留　

时间。　

具体做法：割取１５～２０　ｍｍ厚的ＣＰＶＣ板，加工　

成合适的形状（尺寸２　２００　ｍｍ×４００　ｍｍ）与原挡板　

通过焊接，将原高度１　１００　ｍｍ的挡板延长至１　５００　

ｍｍ，溶液过流面积减少０．８５　ｍ　（总面积为３．８　ｍ　，　

原有面积为１．９　ｍ　，增加后面积为２．７５　ｍ　），同时　

将出槽盐水的管线增高４００　ｍｍ，延长了溶液反应停　

留时间。罐体为２１　ｍ　，挡板的有效面积约１６．５　

ｍ　。盐水流量按１０　ｍ　／ｈ计算，盐水停留时间达到　

１．６５　ｈ时，可以达到反应分解的时间要求。　

设备结构如图１所示。　

图１设备结构图　

Ｆｉｇ．１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｒ　

２．３工艺改造　

（１）加酸管线的改造。更改加酸管线的位置，　

将原有加入酸分解槽的酸直接加在进分解槽淡盐水　

管线上，增加静态混合器，保证盐水与酸混合充分。　

（４）将氯酸盐分解槽分解完的酸性淡盐水返回　

到阳极液循环槽内，以利用氯酸盐分解的强酸性盐　

水，降低加酸量，同时降低脱氯系统的加碱量。　

３改造效果综合评价　

（１）优化改造后，氯酸盐分解效率上升到４０％　

以上，充分达到了改造的目的，短时间内降低了盐水　

系统的氯酸盐含量，保证了盐水和碱品质，从而减少　

酸、碱的消耗量，达到了节能减耗的目的。改造后，　

高纯酸流量４００　Ｌ／ｈ、盐水流量８　ｍ　／ｈ时的数据分　

析如表１所示。　

表１　氯酸盐分解槽改造后数据分析　

Ｔａｂｌｅ　１　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｄａｔａ　

ａｆｔｅｒ　ｃｈｌｏａｒｔｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｒ　ｗａｓ　ｒｅｍｏｄｅｌｌｅｄ　

（２）酸性盐水循环利用。氯酸盐分解后的酸性　

淡盐水送回到阳极液循环槽内，根据ｐＨ值相应降　

低加酸量，同时脱氯系统降低了加碱的消耗。　

（３）自氯酸盐分解槽出来的淡盐水温度较高，　

将氯水罐内的氯水温度直接置换升高，更容易脱除　

游离氯，有利于脱氯系统的平稳性。　

４经济效益分析　

４．１　氯酸盐分解效率的提高。直接降低生产成本　

改造前氯酸盐分解槽分解率平均为２０％，高纯　

酸消耗量为４００　Ｌ／ｈ，脱氯加碱消耗量为１６０　Ｌ／ｈ，　

蒸汽消耗３０　ｔ／ｈ。　

改造后氯酸盐分解槽分解率平均为４０％，整整　

提高了１倍，而加酸、加碱量没有发生变化。分解率　

的提高降低了酸、碱、蒸汽的消耗量。　

则每年成本消耗计算如下。　

（下转第２４页）　

２１　

氯　碱　工　业　２０１５生　

膜时，做离子膜试漏试验，会出现一张或几张原本不　

漏的膜泄漏的情况，也就是停车前１张离子膜泄漏；　

直到合格为止。　

２．３．５后期的开停车以及操作　

更换膜后，再次做膜试漏试验，却发现原来不漏的　

膜，也出现不同程度泄漏。分析主要原因是运行后　

期的离子膜的电化学和力学性能非常低，在开动油　

电解槽开车注液过程中，当阴极液出口软管开　

始溢流时，要密切注意阳极液出口软管的溢流情况。　

如果个别阳极液出口软管也同时溢流，就要对流出　

液体进行含碱量分析，用以判断该张膜是否已出现　

较大的泄漏。　

２．３．６提高装置整体稳定运行性　

压挤压单元拉开或压紧电解槽的过程中，气体轻微　

的震动势必波及到离子膜。　

２．３　离子膜运行到后期采取的措施　

２．３．１　进一步加强二次盐水的监测　

树脂塔是保护离子膜的最后一道屏障。所以，　

在加强树脂再生管理的同时要密切监测二次盐水中　

各种金属离子的含量，保证进槽盐水品质合格。金　

泰氯碱离子膜之所以能超长时间运行，除了技术管　

理外，与良好、稳定的二次盐水品质是密不可分的。　

２．３．２加强分析　

加强对设备、仪表的维护力度，确保装置长周期　

运行，避免频繁开、停车。尤其是当离子膜运行到后　

期，由于其力学性能大大降低，在开停车过程中极易　

造成损伤而引发事故。　

２．３．７提高思想认识，严格巡回检查制度　

电解槽运行到后期，由于垫片腐蚀、离子膜性能　

及强度降低，电解液泄漏的概率增大。为避免电解　

液泄漏后不能及时发现而造成电解槽起火、爆炸等　

增加电解槽氯气、氢气纯度、氯中氧含量、氯中　

氢含量、碱中盐含量指标的分析频率。　

２．３．３　严格电解槽加酸管理制度　

新离子膜及垫片投入运行后，应及时给电解槽　

加酸，并且尽快将进出口酸度控制在规定范围内。　

安全事故，在严格巡回检查制度的同时，还必须加大　

培训力度，使操作人员从思想上加以重视。在巡回　

检查的过程中，认真查看电解槽的所有密封点，发现　

问题及时汇报处理。　

尤其是离子膜运行到后期，更应该在保证进出口酸　

度合格的前提下，尽量保持足够的加酸量，以此来减　

缓单元槽垫片的腐蚀速度。　

２．３．４　正确粘贴单元槽垫片　

单元槽垫片粘贴的规范与否，将直接影响到离　

子膜的使用寿命　Ｊ。如果阳极垫片比阴极垫片更　

突出于电解槽内，不仅减少了阳极有效导电面积，而　

且在阳极垫片的突出部分，离子膜在运行过程中由　

于氯气滞留，易产生盐结晶和水泡。另外，阳极垫片　

３　结语　

目前，虽然国产膜已小范围投入工业化运行，某　

些性能指标达到甚至超过了进口离子膜，但其综合　

性能同进口膜相比，还有一定的差距，并且今后相当　

长的一段时间内，可能还是以进口膜为主导。如果　

离子膜价格为６５０～７５０美３￣．／ｍ　，膜的平均运行周　

期按３６月计算，生产１　ｔ烧碱膜的费用约为５０—７０　

元，在烧碱生产成本中不可小视。所以，维护离子膜　

以及延长其使用寿命有显著的经济效益。　

参考文献　

［１］程殿彬，陈伯森，施孝奎．离子膜法制碱生产技术［Ｍ］．　

北京：化学工业出版社，１９９８：４８．　

腐蚀后，大量的尼龙加强筋暴露在外面直接与离子　

膜接触，运行中尼龙网与离子膜反复摩擦，离子膜极　

易在与垫片接触处出现针孔。所以，在粘贴过程中，　

如果出现垫片粘贴不正确，应果断撕掉，重新粘贴，　

（上接第２１页）　

３１％高纯酸：

０．４　Ｘ　２４×３０×１２×１．１５９＝４　００５（ｔ）；　

［编辑：蔡春艳］　

｛?｝＿｛?｝　?｝　?｝　?｝　?｝　?｝　?卜｛?卜｛?｝　‘｝＿｛‘｝＿弓?卜｛‘｝＿｛‘｝＿｛?卜｛‘卜｛‘｝　‘｝＿｛’｝　‘｝　‘卜；‘卜｛‘｝　。｝卞｝　’｝　‘｝＿｛‘｝１。卜｛‘卜｛‘｝　‘｝　。卜｛’｝ｕ｛。卜｛‘｝－　卜｛‘卜｛‘卜｛‘｝　。卜｛．｝＇｛‘｝　。卜　‘　

改造后可降低一半的成本：２７７．２６万　ａ。　

４．２除氯酸盐后酸性盐水的循环利用　

将除氯酸盐后的酸性盐水引到阳极液循环槽　

价值４　００５×７００　２８０万（元）。　

碱：Ｏ．１６×２４×３０×１２×１．３３２×０．３２５　

５９８．４４（ｔ）（折１００％）；

内，可减少电解槽加酸量约３００　Ｌ／ｈ，则节约高纯酸　

成本：　

０．３×２４　Ｘ　３０×１２×１．１５９　３　００４（ｔ）（３１％）；　

价值５９８．４４×２　０００　１ｌ９万（元）。　

蒸汽：３　Ｘ　２４×３０×１２＝２５　９２０（ｔ）；　

价值２５　９２０×６０　１５５．５２万（元）。　

３　００４×７００—２ｌＯ万（元）。　

参考文献　

［１］程殿彬，陈伯森，施孝奎．离子膜法制碱生产技术［Ｍ］．　

共计：５５４．５２万元。　

２４　

北京：化学工业出版社，１９９７：７５．　［编辑：蔡春艳］