氯碱行业烧碱工艺.ppt

一、车间概况,烧碱车间生产工序包括一次盐水精制、二次盐水及电解、氯氢处理、氯化氢合成及盐酸、液氯及包装、蒸发固碱六个工序，可生产32烧碱、50烧碱、片状固碱、高纯盐酸、次氯酸钠、液氯、氯化氢气体等多种产品。本车间现总生产能力为20万吨/年烧碱，大量使用了先进工艺与设备，如凯膜盐水精制工艺、旭化成复极自然循环电解槽、西门子氯气透平压缩机等等，在工艺指标、产品质量上居于国内先进水平。,烧碱车间概述,化盐,精制,压滤,盐泥,粗盐水,滤液,一次盐水,二次精制,精盐水,电解,脱氯,蒸发,32 烧碱,浓缩,50 烧碱,片碱,湿氢气,湿氯气,压缩,干燥,压缩,干燥,氯化氢,单体转化,高纯盐酸,液氯,纯水吸收,加压降温,烧碱车间概述,一次盐水：生产基础，提供盐水 电 解：以核心设备为主线，生产烧碱、氢、氯 氯氢处理：通过流程控制，保证电解槽稳定安全运行 合 成：生产氯化氢气体，给树脂生产提供反应原料 液 氯：平衡生产 蒸 发：产品深加工，增加产品系列,电解岗位,生产任务：1、二次盐水精制；2、电解精制盐水；3、含氯 淡盐水脱氯 生产原理：氢气与氯气燃烧化合生产氯化氢气体，氯化氢气 体溶于水形成高高纯盐酸 主要设备：螯合树脂塔、离子膜电解槽、脱氯塔 生产原料：精制盐水、螯合树脂、亚硫酸钠、盐酸及各种公 用工程,电解原理,CI-失电子 形成氯气,H得电子 形成氢气,OH离子增多与Na形成烧碱液,阳极,阴极,Na,电流方向,OH-,简单电解槽不适合生产原因,1、生产的氢气、氯气容易混合形成爆炸气体 2、生产的烧碱液混合在盐水中得不到纯产品 3、无法实现连续生产 分析：要制得纯的烧碱、氯气、氢气产品，必须要把电解的阳极、阴极进行分离,CI-失电子 形成氯气,H得电子 形成氢气,OH离子增多与Na形成烧碱液,阳极,阴极,Na,电流方向,CI-失电子 形成氯气,H得电子 形成氢气,OH离子增多与Na形成烧碱液,阳极,阴极,电流方向,Na,饱和盐水补充,稀释碱液补充,稀释盐水流出,高浓碱液流出,电解槽相关介绍：,电解原理：,在离子交换膜烧碱生产工艺中，拥有离子选择性渗透功能的离子交换膜安装在电解槽阳极电极和阴极电极之间。进行电解反应时，精盐水和稀释碱液稳定流过离子膜两侧，而电流则穿过离子膜。根据下面的反应方程式可知氯气在阳极室产生，氢气和烧碱在阴极室产生。 阳极： Cl- 1/2 Cl2 + e- 阴极： H2O e- 1/2 H2 + OH-,离子交换膜的原理,离子交换膜 一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。 总结：允许某种符合自己要求的物质通过,电解槽的离子交换膜,电解槽所用的离子膜属于阳离子交换膜 允许阳离子通过，不允许阴离子通过 即阳极带正电的Na可以通过膜到阴极去 而带负电阳极的Cl、阴极的OH不可以通过,离子膜结构示意图,磺酸层,羧酸层,具有很高的离子传导能力，决定电压的高低,具有很高的正离子选择渗透能力，决定电流效率的高低,阳极侧,阴极侧,Cl,OH,Na,Na,ETFE、PTFE与离子交换膜,ETFE 乙烯与四氟乙烯共聚物水立方的塑料膜 磺酸基（或羧酸基）全氟单体与四氟乙烯共 聚物离子交换膜 现在用的一般为全氟磺酸、全氟羧酸复合， 中间有聚四氟乙烯（PTFE）增强网布,电解槽离子交换膜的结构,C,F,F,C,F,C,F,O,F,F,C,F,C,SO3H,F,F,C,F,C,F,F,C,F,C,F,O,F,F,C,F,C,COOH,F,F,C,F,主要流程：,一次盐水槽,电解槽,碱液循环槽,阳极循环槽,碱液高位槽,精盐水高位槽,树脂塔,Cl2,H2,纯水,32成品碱,淡盐水脱氯化盐,一次盐水岗位,生产任务：为电解岗位制取合格的盐水 生产原理：以化学反应为基础，以物理分离为手段，去除杂 质的生产过程。 主要设备：预处理器、凯膜过滤器 生产原料：原盐、烧碱、次氯酸钠、三氯化铁、碳酸钠、亚 硫酸钠、盐酸，以及各种公用工程,化盐桶,原盐,化盐水,粗盐水槽,加压溶气罐,预处理器,一次盐水储槽,缓冲罐,凯膜过滤器,反应槽,烧碱、次氯酸钠,压缩空气,三氯化铁,碳酸钠,盐酸,亚硫酸钠,凯膜过滤器的原理,二、一次盐水工序,HVM膜的特点：,膜材料：全聚四氟乙烯 膜孔径：0.220.5m 膜特点： 均匀致密的微孔，高效的表面过滤 整体成型，无缝管结构，无剥离、 无开裂现象 耐酸碱、抗氧化、无老化 耐高温 250 摄氏 不粘接、易清洗、高效率 高强度、长寿命(保证期 3 年),膜组件,HVM管式膜,电解槽气相压差控制系统,电解槽气相压差控制原因： 电解槽阳极为钛材，表面光滑；阴极为镍 材，极网涂覆活性氧化镍；且饱和盐水的导 电能力弱于阴极室的碱液，为降低电解电 压，保护离子膜不受损伤，运行时要控制阴 极室压力大于阳极室压力，使离子膜紧贴 在阳极极网上。,控制方案介绍,电解槽,D-260,D-270,氮气,KV-279,PCV-216,PCV-226,HV-5301,HV-5351,PV-5351B/C,PV-5301B,PV-5301A,PV-5351A,废氯引风机,氯氢处理岗位,生产任务：对电解产生的高温湿氢气、湿氯气洗涤、冷却、 除雾、干燥，并加压输送 生产原理：高温含水的氯气、氢气通过多段冷却、除雾，减 少水份含量，氯气进一步用干燥剂硫酸吸水干燥，并用压缩 机输送气体到使用单位 主要设备：洗涤塔、冷却器、干燥塔、除雾器、压缩机 生产原料：电解来的氢气、氯气、浓硫酸及各种公用工程,氢气洗涤塔,氢气压缩机,氢气冷却器,氢气水雾捕集器,氢气分配台,氢气系统流程,自电解来约85湿氢气从氢气洗涤塔2T-551底部进入，与从 上部喷淋下来的水逆流接触后，其温度降到40以下。氢气 洗涤塔中的水因不断冷凝湿氢气中的水蒸气而增多，为了保 持液位而由氢气洗涤泵2P-551排出一部分冷凝水去再生废水 槽。洗涤后的氢气经氢气压缩机2C-551、2C-551B压缩后进 入氢气冷却器2E-553进一步冷却到515，然后进入水雾 捕集器2N-552除水后经氢气分配台2V-552送至用氢单位,氢气洗涤塔,氯气压缩机,氯气酸雾捕集器,氯气分配台,填料干燥塔,泡罩干燥塔,氯气水雾捕集器,钛管冷却器,干氯气去合成,干氯气去废气,干氯气去液氯,氢气洗涤塔,氯气酸雾捕集器,氯气分配台,填料干燥塔,泡罩干燥塔,氯气水雾捕集器,钛管冷却器,干氯气去合成,干氯气去废气,干氯气去液氯,氯气压缩机,硫酸,氯气,氯化氢合成岗位,生产任务：经过氯氢处理岗位干燥、压缩后氢气、氯气在合 成炉里燃烧化合，生产的氯化氢气体冷却后输送氯乙稀车间 或用纯水吸收制成高纯盐酸 生产原理：氢气与氯气燃烧化合生产氯化氢气体，氯化氢气 体溶于水形成高高纯盐酸 主要设备：合成炉、降膜吸收器、水力喷射器 生产原料：干燥的氢气、氯气、各种公用工程,合成炉,一级吸收器,二级吸收器,尾气塔,高纯盐酸储罐,水力喷射器,进酸口,进气口,出气口,出酸口,热水合成炉,蒸汽合成炉,热水上水,热水回水,纯水补水,蒸汽苞,平衡管,输出蒸汽,合成炉生产能力,一期及二期合成炉 80t/d HCl 80t/d24h100036.5kg/kmol22.4Nm3 kmol2000Nm3/hHCl=1000Nm3/hCl2 120t/d HCl 1500Nm3/hCl2,氯化氢的吸收 氯化氢溶于纯水或者说用纯水吸收氯化氢就成了高纯 盐酸，这个吸收过程本质上是氯化氢分子越过气液两 相界面向水中扩散的过程。 影响吸收过程的因素主要有以下几个方面： 温度的影响 氯化氢是一种极易溶于水的气体，但其溶解度与温度 密切相关，温度越高溶解度越小，另一方面，氯化氢 在水中溶解时会放出很大的溶解热。由于溶解热的放出，会使 溶液温度升高，从而降低氯化氢的溶解度，其后果是吸收能力 降低，不能制备浓盐酸。因此为了确保酸的浓度和提高吸收氯 化氢的能力，除了加强对从合成炉出来的氯化氢冷却外，还应 设法导走溶解热，使氯化氢的吸收过程在较低的温度下进行。,纯度的影响 在同样的温度下，氯化氢纯度越高，所制备的盐酸浓度也越高。 流速的影响 根据双膜吸收理论，气液两相接触的自由界面附近，分别存在 着看作滞流流动的气膜和液膜，即在气相一侧存在气膜，液相 一侧存在液膜。氯化氢分子必须以扩散的方式克服两膜阻力， 穿过两膜进入液相主体，对于像氯化氢一类易溶于水的气体来 说，分子扩散的阻力主要来自气膜，而气膜的厚度又取决与气 体的流速：流速越大，气膜越薄，氯化氢分子扩散阻力越小， 扩散的速度越大，吸收效率也就越高。 气液接触的相界面越大，溶质分子向水中的扩散的机会越高， 因此在吸收操作中尽可能提高气液相接触面积是十分重要的。 如石墨吸收器的气液分配和成膜状况，尾气吸收塔中填料的比 表面积、润湿状况都将直接影响吸收效果。,一期合成炉,二期及三期现场合成炉,热水炉HCL冷却器模块,待安装合成炉石墨筒节,待安装合成炉铁套筒,高压液化岗位,生产任务：经过氯氢处理岗位干燥、压缩后氯气经高压压缩 机进行加压、再进行冷却，制得液态干氯 生产原理：根据气体的性质及状态方程PVnRT，对氯气加 压、降温，达到液化的条件使气态干氯液化 主要设备：高压机、除雾器、液化器、液氯储罐 生产原料：干燥的氯气、硫酸