氯碱工业二次盐水的腐蚀性及解决方案

摘要

氯碱行业中，离子膜电解槽运行的目标是较高的电流效率、较低的槽电压和长寿命的离子膜。相关的运行经验表明，盐水质量对上述指标有着重要的影响。我国从国外引进离子膜生产技术已近20年，操作控制水平不断提高，尤其对盐水质量认识相比引进之初更是上了一个台阶。但是，目前国内还有众多厂家对二次盐水中氯酸钠浓度超标加速碳钢设备及电解槽的腐蚀现象还缺少认识，这也无形中降低了我国离子膜行业的竞争力。目前我们国内氯碱企业对盐水中氯酸盐含量过高所产生的负面影响还缺乏应有的认识。因此，降低盐水中的氯酸盐含量是当前氯碱企业的重点工作。本文就如何认识盐水中氯酸钠危害进行了初步的影响因数探讨，并对如何降低氯酸钠含量进行了系统技术改进方案设计。
　　 本文从巨化离子膜设备腐蚀严重，电流效率低的现象，结合氯碱同行的一些启示，认为氯酸盐含量过高是导致上述现象的主要原因。对二次盐水质量的全程分析的结果也证明了上述结论。在电化厂可实际操作的条件范围内，对二次盐水中的氯酸钠含量进行了减量化研究。实验研究主要得到以下几点结论：1）反应温度越高，氯酸盐分解速率越快，分解率越高；2）反应酸度越高，氯酸盐分解速率越快，分解率越高；3）通过实验室实验数据得出，在91℃，酸度为0.8 mol/L以上（未进行搅拌）的条件下，氯酸盐分解速度最快，分解率可以达到70％；4）搅拌条件下，氯酸盐分解速度明显加快，几乎是未进行搅拌时的3倍。
　　 在以上实验成果基础上，结合实际生产实践要求，从7个方面来考虑降低氯酸钠含量：1）工艺流程确定；2）设备材料选型；3）设备形状及搅拌方式；4）氯酸根总量确定；5）氯酸根分解能力确定；6）氯酸盐分解槽确定；7）换热器面积确定。相关成果在2008年在离子膜烧碱车间进行了技术改造。
　　 该技改工作正常运行后，连续跟踪表明，二次盐水中的氯酸盐含量大幅度降低，氯酸根质量浓度由技改前的40 g/L降低到6 g/L以内。上述成果有效避免了盐水中精盐水的浓度提高而出现结晶的现象，有利于提高离子膜电解槽的电解效率，降低电槽中的副反应，稳定控制电槽电压，并使系统碳钢设备管道的腐蚀情况得到明显好转。根据测算，将盐水中氯化钠浓度由当前的300 g/L左右提高至310 g/L，则离子膜电解槽的电解效率可提高1.0％，每年可增加离子膜烧碱产量约3800吨，增加利润近230万元。另外，由于该装置的投用，2009年车间盐水中氯酸盐含量降低后，经车间测算每年光设备检修费用可降低80多万。每年对于设备本体更换或防腐的费用更是节约百万元以上。
　　 该技术工作通过我厂近二年的实践运行经验，证明二次盐水中氯酸盐的含量确实是离子膜烧碱行业实现清洁生产的一个重要节点。另外，运行的结果也表明本文所提出的解决方案也符合我国氯碱企业的实际。以上成果不仅为我厂解决了设备腐蚀问题，实现了节能降耗的目标，其对国内氯碱同行也提供了宝贵借鉴作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 离子膜烧碱工艺综述

1.1 氯碱工业概述

1.1.1 氯碱工业的发展

1.1.2 国内离子膜电解制碱的现状

1.2 离子膜烧碱生产工艺

1.2.1 离子膜电解制碱的基本原理

1.2.2 离子膜电解槽的构成

1.2.3 离子膜电解槽的分类

1.2.4 离子交换膜的构成

1.2.5 电流效率

1.2.6 槽电压

1.2.7 电解电耗

1.3 影响离子膜电解装置安全稳定运行的因素

1.3.1 二次盐水中杂质的影响

1.3.2 阳极液pH值的影响

1.3.3 阳极液NaCl浓度对膜性能的影响

1.3.4 温度对膜性能的影响

1.3.5 压力对膜性能的影响

1.3.6 阴极液NaOH浓度的影响

1.3.7 盐水中氯酸盐的影响

1.4 我国离子膜烧碱工艺存在的主要问题

1.5 本章小结

第二章 巨化电化厂离子膜烧碱系统

2.1 巨化电化厂离子膜制碱装置概况

2.1.1 离子膜电解工艺流程

2.1.2 旭化成自然循环复极离子膜电解槽的优缺点

2.1.3 我厂盐水精制工序

2.2 目前装置存在问题

2.2.1 盐水中氯化钠含量低，且容易出现结晶

2.2.2 设备腐蚀严重

2.2.3 槽电压上升速度明显加快

2.3 课题的提出及重要性

2.3.1 课题的提出

2.3.2 课题研究的意义

2.3.3 课题研究的内容及目标

第三章 原有运行系统存在问题的分析

3.1 分析盐水杂质

3.2 盐水中氯酸盐对碳钢的腐蚀性试验

3.2.1 主要化学试剂

3.2.2 实验方法

3.2.3 实验结果

3.3 系统分析

3.3.1 盐水pH值

3.3.2 盐水中游离氯腐蚀

3.4 本章小结

第四章 盐水中氯酸盐的脱除研究

4.1 氯酸盐产生的机理

4.2 解决方案

4.2.1 氯酸盐分解原理

4.2.2 氯酸盐分解实验

4.3 本章小结

第五章 系统技术改进方案设计

5.1 氯酸盐分解装置设计

5.1.1 主要流程设计

5.1.2 主要设备材料选型考虑

5.1.3 设备形状及搅拌方式选择

5.2 我车间四套离子膜电解装置产生氯酸根量

5.3 氯酸盐分解装置处理能力设计

5.4 氯酸盐分解槽设计

5.5 计算蒸汽流量以及换热器换热面积

5.6 本章小结

第六章 实际运行结果

6.1 氯酸盐分解装置的控制

6.1.1 温度对氯酸盐分解效率影响

6.1.2 酸度对氯酸盐分解效率影响

6.2 运行效果分析

6.2.1 提高盐水浓度

6.2.2 减少设备腐蚀

6.2.3 提高电流效率

第七章 总结

参考文献

致谢

附录一 攻读工程硕士期间发表的论文

附图1 离子膜制碱工艺流程示意图

附图2 氯酸盐分解装置工艺流程图