氯碱生产工艺组织与实施

项目A07氯碱生产工艺组织与实施 任务点01生产工艺路线选择 抄 化工生产技术 P196一 氯碱工业产品性质及用途 一 氯碱工业产品性质及用途 二 氯碱生产方法选择 氯碱生产的原理是2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 电解 根据这个原理目前主要有三种方法 隔膜法 水银法以及离子膜法 1 隔膜电解法 简单构造 阳极 石墨碳棒阴极 铁丝网石棉隔膜 能阻止气体通过 但不能阻止水分子和离子通过 生产的主体设备 石棉隔膜电解槽 原理 添加原料 阳极区 A 饱和食盐水 B Cl2 C H2 D NaOH NaCl溶液 缺点投资多 能耗较高 产品烧碱中会含有杂质食盐 隔膜电解法流程图 2 水银电解法 基本原理 解汞槽 2Na 2H2O 2NaOH H2 电解槽 阴极 2Na 2e 2Na阳极 2Cl 2e Cl2 污染 3 离子膜电解法 主体设备 离子膜电解槽简单构造 阳极 金属钛网 涂钛钌氧化物 阴极 碳钢网 有镍涂层 阳离子交换膜 只允许阳离子通过 把电解槽隔成阴极室和阳极室 优点 投资费用 能耗 污染都较低 产品质量较好 缺点 目前国内还无法自主生产离子膜 主要靠进口 任务点02生产工艺条件影响因素分析 总结 离子膜法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大 纯度高 而且能耗也低 所以它是目前最先进的生产氯碱的工艺 而水银电解法电耗较高 汞的流失会造成环境污染 故采用离子膜进行生产 一 盐水的质量盐水中的Ca2 Mg2 及其他重金属离子会毒害离子膜 与阴极室反渗透过来的OH 形成难溶物沉积在膜内 造成离子膜堵塞 膜电阻增大 槽电压升高 电耗上升 电流效率下降 另外 还会使膜性能发生不可逆的恶化 使用寿命缩短 因此 必须保证精制盐水的质量 尤其要确保树脂对ca2 Mg2 的吸附能力 使得二次精制后的盐水中ca2 Mg2 质量之和不高于2X10 8 二 阴极液中NaOH浓度随着NaOH浓度的升高 阴极一侧膜的含水率减少 固定离子浓度增大 因此电流效率随之增加 但是随着NaOH浓度的继续升高 膜中OH 浓度增大 电流效率明显下降 三 阳极液NaCI的浓度影响阳极液NaC1的浓度太低时 水合钠离子中结合水太多 膜的含水率增大 阴极室OH 反渗透 导致电流效率下降 且阳极液中的氯离子通过扩散到阴极室 导致碱中含盐增多 更严重的是 在低NaC1质量浓度情况 低于50g L 下运行 离子交换膜会严重起泡 分离直到永久性损坏 阳极液中NaC1的浓度也不能太高 以免槽电压上升 因此 生产中将阳极液NaC1的质量浓度控制在 210 10 g L 不得低于170g L 四 盐水加盐酸加盐酸是为了中和从阴极室迁移来的OH 但要控制pH值不低于2 否则会使离子膜的阴极一侧的导电性被破坏 造成永久性破坏 五 气体压力变化的影响阳极室的氯气和阴极室的氢气之间的压差变化不能太大 否则膜就不能贴在阳极侧 随着气体压差的大波动 膜来回震动 离子膜同单元槽反复摩擦 膜因受到机械磨损 局部出现口子或强度降低 因此 除电极表面光滑平整外 还要把阴极室 阳极室的压差控制在一定范围内 让阴极室的压力大于阳极室的压力 使离子膜压紧在阳极上 保护膜 如果电解槽气体压差正压过大 将使阳极永久变形 极距增大 电压上升 膜损坏 电解槽出现负压差时 不仅槽电压上升 而且使贴向阳极的膜反贴向阴极 阴极表面的镍和其他沉积物就会污染膜 六 停止供水或盐水的影响阴极液中NaOH浓度是用加入纯水来控制的 加水过多会造成NaOH浓度太低 太高NaOH浓度虽然高 但长期高于37 会造成电流效率永久性的下降 七 电流密度对碱中含盐量的影响在通电的情况下 电场的静电引力是影响Cl 移动最重要的因素 因为在高的电流密度下 静电引力加强 带电负荷的Cl 被正电位的阴极更强烈地吸引 从而减少了碱中含盐量 任务点03典型设备的选择 一 离子膜电解槽离子膜电解槽是离子膜制碱生产工艺中的关键设备 它的作用是将进入的合格的二次精致盐水经通电电解 生产出低盐 高纯 高浓度的氢氧化钠产品 同时得到联产氯和氢气 离子交换膜电解食盐法 是用阳离子交换膜将电解槽隔成阳极室和阴极室 这层膜只允许钠离子穿透 而对氢氧根离子起阻止作用 另还能阻止氯化钠的扩散 从而达到生产低盐 高纯 高浓度氢氧化钠产品的目的 二 盐水过滤器盐水过滤器的作用是使一次精制盐水经过滤除去所含微量悬浮物 指标为 1ppm 离子膜法制碱工艺中 要求盐水中的悬浮物含量控制在1ppm以下 以防止盐水中所含微细悬浮物引起膜的堵塞而导致槽电压上升 然使用传统的砂过滤器 盐水中的悬浮物含量一般在5 10ppm 因此 必须再经过一次精密过滤 采用碳素管式过滤器 碳素管过滤器的外壳由钢衬橡胶防腐层 内部由多组炭系管均匀固定在花板上 其结构如图所示 碳素管式过滤面积由生产能力大小而定一般年产l万吨规模的过滤面积约在7 8m2 使用寿命在8 10年 碳素管式过滤器由纯凝经烧结后制成 外径120mm 内径70mm 长度500mm 为圆筒状元件 碳素管式过滤器的特点是经一定时间使用后 可经再生恢复重新使用 三 螯合树脂塔螯合树脂塔通常是二台或三台串联使用 其作用是将一次精致盐水中Ca2 Mg2 杂质含量降低到20ppb以下 以符合离子膜工艺的需要 螯合树脂塔的外壳由钢板制成 内衬特殊的低钙镁橡胶防腐层 塔内填装一定量的带有螯合基团的特种离子交换树脂 树脂的特点是对金属离子有极强的选择性 第二个特点是再生效率高 即在使用一定周期后 可通过酸 碱 纯水的清洗 将螯合的金属离子解脱恢复原有的交换容量 以重新再进行螯合处理 任务点04生产中安全 环保 节能措施 一 安全技术方案 1危险物料的安全技术方案 2危险工艺的安全技术方案 二 环保 1 从工艺角度提出可能解决环保措施 膜分离法膜分离法脱除SO42 一是近年来发展起的新技术 技术的关键在于其中有一层NF膜 它可以有效从盐水溶液单价阴离子 如cl 中分离出多价阴离子 如SO42 在所有的浓氯化物的盐溶液和浓硫酸盐溶液中 硫酸盐对NF膜的排斥率很高 在98 以上 而氯化物对它的排斥率很低 由于氯化钠溶液对NF膜的排斥力很小 大部分进料水通过膜渗透进入工艺流程 硫酸盐被排斥而被分离出来 从而达到盐水脱除SO42 的目的 再经过冷冻脱硝工艺分离出硫酸盐 废水再去化盐 2 三废处理废水处理废水由电解部氯 氢冷却下水 打网水 槽道洗水 蒸发部大气冷凝下水 杂水 生蒸汽冷凝水 二次汽冷凝水等构成 这些水排放时经常溶解氯化物通过技术改造 水循环利用率的提高或实现闭路循环则可减少氯化物流失量 三 节能技术方案 任务点05生产工艺流程组织 一 原料与处理 1 一次盐水精制原盐采用卤水 井盐用CaCO3预除 配粗过滤滤料1 原盐采用进口盐或湖盐时 用CaCO3预除 配粗过滤滤料1 井盐采用泥沙含量高的海盐时 用粉煤灰预除 配粗过滤滤料2 或澄清桶加CaCO3预除 在原盐采用卤水 海盐时 澄清桶只是先去除部分泥沙 然后进入粗过滤器 CaCO3预除 2 二次盐水精制二次精制系统的螯合树脂塔只能除掉盐水中的Ca2 Mg2 而不能去除SS 如果悬浮物进入螯合树脂系统将会堵塞树脂的微孔 大大地降低螯合树脂系统的性能 由于在二次精制过程中采用了碳素管过滤器 保证了螯合树脂能充分发挥应有的机能 其再生周期比不用碳素管过滤器延长了3 5倍 减少了再生所用的离子膜碱和高纯盐酸 特别是杜绝了不纯物进入离子膜电解槽 二 离子膜工段 任务点06生产操作要点 抄 化工生产技术 P212从 二 温度调节系统 抄到到 六 物料的组分调节系统 任务点07生产中可能出现的故障分析及应对措施 1 电槽的电压升高如果电压是曲线上升 电效是曲线下降 分析氯气纯度 盐水质量 树脂层高度 纯水质量等 估计是以上几点出了问题 如果电压是梯度上升 电效是梯度下降 估计是阴阳极涂层出了问题 立刻联系电槽厂家 共同对电解槽本身进行检查 另外可做如下检查a 电流密度的检查 检查电解槽的实际运行电流是否偏高 但当电流密度超过1kA m2时 运行槽电压和电流密度的关系是线形的 U槽 U0 ki V 有高的电流密度 就有高的槽电压 b 电槽内烧碱浓度的检查 检查电解槽出口的烧碱浓度是否偏高 烧碱浓度偏高会导致槽电压升高 随着电槽内烧碱浓度的提高 膜中含水率逐渐下降 导致膜电压升高 槽电压也随之升高 在5kA m2时 电槽内烧碱浓度升高1 槽压增加大约33mV 2 停车后可能造成脱氯塔液位高原因 电解装置停车后 由于进入脱氯塔的阳极液中游离氯越来越少 脱出的氯气也越来越少 真空泵的抽气量也越来越小 这样 脱氯塔内的真空也就越来越大 从而导致脱氯塔内的盐水不易排出 液位升高 解决的方法 a 按版主所说把法兰松开 将脱氯塔的真空破坏 液位自然恢复 b 建议在脱氯塔的顶部安装泄压阀门 出现脱氯塔液位升高的现象 通过该阀门破坏真空而降低液位 同时还防止因脱氯塔内的真空过大损坏脱氯塔现象的发生 c 调节真空泵的回流阀 以降低脱氯塔内的真空 3 离子膜电解槽中出现电压偏差原因 a 某一个单元电解槽进料管堵塞 电解液流量变小 使该单元电解槽缺液 单元槽电压升高 电解槽中性偏移 即出现电压偏差 b 某一个单元电解槽的离子膜出现较大的针孔或破裂 单元槽电压降低 电解槽中性偏移 即出现电压偏差 c 电解槽现场泄漏 发生局部短路 电解槽中性偏移 即出现电压偏差 d 离子膜电解槽中性偏移测量仪表出现问题 处理方法 a 如果离子膜电解槽中性偏移 并不主张立即停车 因为停车后中性偏移的原因反而不好确定 b 离子膜电解槽中性偏移后 首先立即现场检查泄漏情况 测量该电解槽的所有单元槽电压 发现异常 及时处理 c 如果单元槽电压检查正常 进一步检查该电解槽的所有单元槽溢流情况 阳极液颜色 入槽电解液流量 阳极液PH值 发现异常 及时处理 d 如果上述检查均正常 将电解槽中性偏移 即出现电压偏差 调零后 继续生产 4 离子膜起泡a浓度 在离子交换膜电解中 膜中钠离子迁移的数目比在阳极液中迁移的数目多 因此 在膜的表面和附近 钠离子含量比在阳极液中小 钠离子的