离子膜电解岗位工艺规程.docx

1、离子膜电解岗位工艺规程7 离子膜电解岗位工艺规程7.1 工艺目的及原理7.1.1 生产目的负责离子膜电槽的运行管理，保证电槽的安全运行，生产出符合要求的离子膜烧碱、氯气及氢气，控制好各项工艺指标，搞好安全文明生产。7.1.2 工艺原理用电解氯化钠水溶液的方法生产氢氧化钠溶液和氯气、氢气，是一种电化学方法，它是发生在电解槽中的电化学反应。这种方法与原电池的放电作用相反，是将电能转化为化学能。因此，电解槽是一个外接直流电后，溶液中阴、阳离子发生迁移的特殊的电化学反应设备，它由阳极室、阴极室和离子交换膜构成。7.1.2.1 电解 当电解质溶解在水中时，便离解成带电的质点离子，这个过程叫电离。例如食盐

2、溶解在水中时就会离解出钠离子和氯离子，同样有少量水分子电离。 NaCl Na+ + Cl H2O H+ + OH-当直流电通过电解质水溶液时，这些离子按同性相斥，异性相吸的原理来运动，即带正电荷的阳离子向阴极迁移，带负电荷的阴离子向阳极迁移。根据这个原理，当电解食盐水溶液时，氯离子在阳极上放电变成氯原子，随后变成氯分子而逸出。氢离子在阴极上放电变成氢原子，随后变成氢分子而逸出。 即：2Cl- 2e 2Cl 2Cl Cl2 2H+ + 2e 2H 2H H2 不放电的钠离子和氢氧根离子在阴极附近生成氢氧化钠。7.1.2.2 离子膜电解食盐水溶液制NaOH的原理离子膜具有排斥外界溶液中某一种离子的

3、能力。我们所用的磺酸型阳离子交换膜的膜体中有活性基团，它是由带负电荷的固定离子如SO3-、COO-，同一个带正电荷的对离子Na+形成静电键。食盐溶液在电解时，由于磺酸基团具有亲水性能，而使膜在溶液中溶胀，膜体结构变松，从而造成许多微细弯曲的通道，使活性基团中的对离子Na+与水溶液中的同电荷的Na+进行交换，与此同时膜中的活性基团中固定离子具有排斥Cl-和OH-的能力，从而获得高纯度的NaOH。开车时为加快OH-产生速度，需在阴极室加入少量NaOH溶液。水化钠离子从阳极室透过离子膜迁移到阴极室时，水分子也伴随着迁移。当然，也有少数的Cl-通过扩散移动到阴极室，少量的OH-则由于受阳极的吸引而迁移

4、到阳极室。 如图2所示： 阳 阴 Na+ + OH- NaOH Na+ 极 极 2Cl- Cl2 +2e- OH- 2H2O + 2e- 2OH- + H2 盐 水 纯 水 + 阴极液全氟离子膜图2：离子膜电解原理示意图7.1.2.3 电解反应方程式如下：2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 + H27.2 原辅材料规格7.2.1 二次精制盐水流向自二次盐水精制单元来去电解槽温度6065压力P-1501A/B出口压力指标NaCl 305315g/LNaOH 0.10.3g/lNa2CO3 0.3-0.6g/lNaClO3 5g/LNa2SO4 8g/LCa2+ + Mg2+（包括其

5、它重金属离子） 20PPbSr 10ppbPH 8.59.57.2.2开车用碱（首次开车或大修后开车）流向外购或停车时予留去电解槽温度常温常温压力阴极液泵出口压力指标NaOH 30% (wt)NaCl 40ppm (wt)NaClO3 10ppm (wt)Fe2O3 5ppm (wt)7.2.3 氮气流向自公用工程来去氯氢总管温度常温常温压力0.5MPa0.15MPa指标 N298%氮气是无臭、无味、无色气体，分子量28，标准状态下密度1.2506kg/m3，比重0.97；熔点-210，沸点196；氮气的化学性质不活泼，加热时能与锂、镁、钙、钛等，在高温下能直接与氧、氢化合。用于制硝酸、合成氨

6、、氰氨（基）化钙、氰化物、火炸药等，作为惰性气体可以用于填充灯泡和高温计、贮藏食品或物料，保护易燃物质等。7.2.4 离子膜烧碱（电槽出口）指标NaOH 32% (wt)Na2CO3 400ppm (wt)NaCl 40ppm (wt)Fe2O3 3ppm (wt)NaClO3 20ppm (wt)烧碱溶液产品俗称液碱，有强碱性，有滑腻感。对皮肤、纸张、织物有强腐蚀性。是用途极广的基本化工原料。主要用途有：轻纺工业，如造纸、印染等。化学工业，如农药、染料等石油工业，如精炼石油，油脂等国防，机械、医药工业等。7.2.5湿氯气（电槽出口，干基）指标Cl2 98%(vol) O2 0.6%(vol)

7、 H2 0.05%(vol)氯气(Cl2)：常温下氯气为黄绿色气体，比空气重2.5倍。沸点-34，熔点-101。氯气属剧毒性气体，吸入对人体危害极大。高温湿氯气对钢等金属设备腐蚀性较大。主要用于合成氯化氢气体制盐酸，制农药、消毒、漂白，有机氯产品等。7.2.6湿氢气（电槽出口，干基）指标H2 99.9%(vol)惰性气体 0.1%（VoL）氢气是一种无色、无嗅、无味的气体，重度很小，在标准状态下为0.089Kg/m3，等于空气的1/14，在所有的气体中最轻，故易存留在设备的最高处，应注意防爆；主要用于合成氯化氢气体制盐酸、农药等，也可做燃料。7.3 工艺流程简述7.3.1 流程简述来自精制盐水

8、罐（V-1501）中的精制盐水，经流量计(FICA2002-01/06)与循环淡盐水混合后，送入每个单元槽的阳极室,在电槽中盐水发生化学反应，生成氯气。含有淡盐水与湿氯气两相的流体从每个阳极室出口处溢流出来，在出口集合管处被分离成淡盐水与产品氯。淡盐水依靠重力流入阳极液循环罐（V-2001）中在V-2001中加入盐酸以使淡盐水酸化，湿CL2则被送往氯气处理岗位，在离开阳极液循环罐后，淡盐水分为两股：一股循环送入电槽，另一股送入脱氯岗位。纯水被用来对阳极液进行稀释，可以防止停车时形成盐结晶，同时将阳极液浓度调节到满足离子膜开车的要求。 循环碱液通过烧碱换热器(E-2001)后，经流量变送器(FI

9、CA2008-01/06)送到各个电槽的分歧管处，被分配到每个单元槽阴极室，在电槽中纯水发生化学反应，生成氢气；从阴极室中溢流出的烧碱溶液与氢气的两相流体，经分离后，碱液依靠重力流入烧碱循环罐（V-2002）中，氢气送往氢处理；烧碱从循环槽中出来后被分成三部分；一部分直接送往蒸发片碱工序，另一部分经冷却后送往界区外的成品储罐，还有一部分与纯水混合后返回电槽进行再循环。碱液换热器（E-2001）用于加热或冷却循环碱，以维持电槽的操作温度为8090。通过碱液密度指示剂（AIA-2006）监控并向循环碱中添加纯水控制碱液的浓度维持在最适合离子膜的浓度，即大约3032.5wt。开车期间，烧碱热交换器用

10、于加热电解槽中的电解液，使之能够在不耗费过多电压的前提下，加速获得满负荷运行。电解槽在维修的时候，烧碱回收罐（V-2006）和碱液排放管道用于回收从电槽排放的碱液。通过烧碱回收泵（P-2004）将回收的碱液送往界区外。为避免膜受到氯气过量正压而造成机械损伤，氯气正压力水封（V-2003A）用于把氯气总管的氯气排放到氯气尾气处理单元，为避免膜受到氯气过量负压而造成机械损伤，氯气逆水封（V-2003B）用于把空气吸入氯气总管。为避免膜受到阴阳及间过大的压差而导致机械损伤，氢气放空桶（V-2004）用于安全将氢气释放到大气。同样，在开车或停车时，所有的氢气都要通过氢气放空桶（V-2004）。7.4

11、工艺指标及控制参数7.4.1 工艺控制指标序号指标名称指标检测地点检测次数1出槽淡盐水NaCL浓度20010g/L电槽淡盐水出口管1次/天2出槽NaOH浓度32.032.5%电槽碱出口管1次/天3成品碱浓度32.132.4%成品碱罐1次/罐4成品碱含盐10ppm成品碱罐1次/罐5冷碱温度455成品碱冷却器1次/小时6CL2压力10 mmH2O电解CL2总管1次/小时7H2压力350mmH2O电解H2总管1次/小时8H2/CL2压差35010 mmH2OFdICA-20021次/小时9槽温8188TIA-20091次/小时10循环淡盐水PH20.5阳极液循环泵后1次/小时11氯气纯度98离子膜氯

12、气总管1次/天12氯含氢0.05离子膜氯气总管1次/天13氢气纯度99.5电槽氢气总管1次/天7.5 主要设备明细表7.5.1 设备明细表序号位号设备名称数量单位备注1R2001-2006A/B电解槽12台日本氯工程2T-1601脱氯塔1台山东远大3V-1402过滤盐水储槽1台成都中复4V-140731%盐酸储罐1台河北枣强永大5V-1503再生碱罐1台兰太机械6V-1504再生酸罐1台河北枣强永大7V-1506纯水储槽1台重庆安装8V-1602Na2SO3配制槽1台兰太机械9V-1603氯酸盐分解罐1台河北枣强永大10V-1605氯水储罐1台河北枣强永大11V-2001阳极液储罐1台山东远大

13、12V-2002循环碱液储槽1台山东远大13V-2003A氯气正水封1台河北枣强永大14V-2003B氯气逆水封1台河北枣强永大15V-2004氢气排空筒1台兰太机械16V-2006回收碱储罐1台山东远大17V-2007回收盐水储槽1台山东远大18V-2008仪表空气缓冲罐1台内蒙古工业大学19V-2009氮气缓冲罐1台内蒙古工业大学20SP1502自引罐1台河北枣强永大21SP2003自引罐1台河北枣强永大22V-1501精盐水储罐1台成都中复23V-1505氯化氢吸收器1台河北枣强永大24P-1402A/B过滤盐水泵2台西安泵阀25E-1401盐水加热器1台四平维克斯26P-1408A/B

14、盐酸泵2台沈阳泉威27P-1409再生盐酸泵1台沈阳泉威28P-1502再生废水泵1台沈阳泉威29P-1501A/B精盐水泵2台西安泵阀30P-1504反洗纯水泵1台上海凯泉31P-1505A/B纯水泵2台上海凯泉32P-1606A/B氯水泵2台西安泵阀33P-1602A/B脱氯淡盐水泵2台西安泵阀34P-1601A/B真空泵2台西安泵阀35P-1603A/B亚硫酸钠泵2台大连任原36SC-1602脱氯淡盐水仪表冷却器1台37R2001-2006A/B电解槽12台38P-2001A/B淡盐水泵2台39P-2003废水泵1台40SC-2005淡盐水仪表冷却器1台41P-2002A/B碱液循环泵2

15、台42E-2001碱液预热器1台43E-2002开车碱液换热器1台44E-2003成品碱冷却器1台45P-2005A/B回收盐水泵2台46P-2004回收碱泵1台47Z-2001吊车1台48Z-2002电动葫芦1台49可控硅整流器1套50整流变压器1套51Z-2002电动葫芦1台52可控硅整流器1套53整流变压器1套7.6 开停车步骤7.6.1 开车前的准备工作7.6.1.1 确认二次盐水工序已经运行起来，并确保精制盐水质量满足离子膜的要求。精制盐水绕过电解，并经脱氯工序去一次盐水工序，盐水已经循环。7.6.1.2 通知氯氢工序，电解准备开车。7.6.1.3 检查电解槽的状况，有无短路。确认无

16、误后电槽开始升温，在升温过程中不断调整极化电压，与温度相一致，槽温40时，控制电流恒定在20A，40槽温70，以268V的电压恒压控制极化电流，槽温70时，控制电流恒定在36A。7.6.1.4 将脱氯后的PH调节到89。7.6.1.5 将电解槽的氯气废管改到氯气总管。7.6.1.6 关闭电槽阳极上方的取样阀。7.6.1.7 打开氯气总管末端的空气吸收阀。7.6.1.8 电槽的氢气废管换成氢气总管。7.6.1.9 继续氮气置换。7.6.1.10 控制氯总管为负压10mmH2O。7.6.1.11 控制氢气总管的压力为正350mmH2O。7.6.1.12 控制碱液的循环量39.2m3/h。7.6.1

17、.13 控制盐水供给量8.5m3/h。7.6.1.14 升温电槽温度至70以上。7.6.1.15 置换碱浓度26wt以上。7.6.1.16 确认氯气的正负水封的液位（正水封高度150mmH2O、负水封高度100 mmH2O）。7.6.1.17 确认各氢气水封已经加满水。7.6.2 开车操作7.6.2.1 准备工作就绪后，报生产主管同意后，与整流、氯氢处理工序联系后，电槽以1KA/min的速度升电流，根据电流、碱液浓度状况，调节精盐水及纯水的加入量，保持电槽压差350mmH2O，同时观察电槽溢流情况及着色情况。电流升至3KA时，测槽压、淡盐水、烧碱浓度，如果阳极液NaCL浓度低于180g/L，应

18、立即增大通入电槽的超精盐水量。停止向氢气管路通N2，电槽开始加酸，分析H2/CL2.此时产生的氢气量已经可以够合成点炉使用，开始控制PDICA-2003，向氢气站输送氢气，调节V-2004水封液位使其没过氢气入口管500mm。7.6.2.2 升电流至5KA时，观察电槽溢流状况，H2、CL2压力状况，待确认无误后，方可继续升电流。7.6.2.3 升电流至7KA 前，应相应的调节超精制盐水的流量，纯水的流量；若是新膜电槽初次开车，检测淡盐水中含Ni小于10ppb或开车76小时后，开始盐水循环；若是再次开车，电流升至7KA时，应打开盐水循环。7.6.2.4 调节超精盐水流量、纯水流量于目标电流一致，

19、逐步升电流至9KA、11KA、15KA、16.48 KA。7.6.2.5 继续用烧碱换热器加热，维持循环碱温度为93，直达到电槽的目标温度。7.6.2.6 拉杆再次固定，初始开车时，操作温度达8590并持续37天后，按电解槽装配手册将所有拉杆紧固到80牛顿米。7.6.2.7 操作时应穿戴好安全防护眼镜、绝缘长袖橡胶手套、安全鞋、绝缘橡胶工作服和安全帽，并用PVC隔离扭矩扳手防止短路，严禁在汇流排和电槽上用手接触导体，如金属工具等造成短路。严禁裸手接触汇流排。7.6.2.8 在目标电流下操作约两小时后，分析淡盐水中NaCL的浓度，并调节进料盐水流量，使淡盐水NaCL的浓度保持在190210g/L

20、范围内。如是新膜至少在初始的48小时（7天最佳），保持NaOH浓度在32.50.5wt范围内。7.6.3 正常操作7.6.3.1 每天在现场用便携式伏特表测量单元槽电压，并认真作好记录，根据离子膜电槽运行状况，每周对槽压连锁设定值重新设定一次。7.6.3.2 如果电槽发出高压报警信号，应立即赶到现场检查各单元槽的盐水溢流情况；如果单元槽无盐水溢流，应尽快切断电源；如果盐水溢流正常，则应到现场测量单元槽电压。7.6.3.3 检查V-2004的液位，一次水补加使溢流处于正常状态。7.6.3.4 检查氯气总管，氢气总管的U型压力计显示是否在合理范围，与远传是否一致，禁止压力出现波动。7.6.3.5

21、检查废水池液位及时启泵抽空，禁止冒池。7.6.3.6 检查上槽碱及上槽精盐水流量计显示是否与运行电流相匹配，如不匹配及时通知内操人员更正。7.6.3.7 检查P-2001A/B运行状况，机封冷却水，出口压力及运行电，发现异常情况及时处理。7.6.3.8 控制V-2001的加酸情况，PH值控制是否在2以上。7.6.3.9 检查P-2002A/B运行状况，机封冷却水，出口压力及运行电流。7.6.3.10 控制V-2001、V-2002的液位使其在正常范围之内 ,DCS与现场显示情况。7.6.3.11 检查密度测量的显示值。7.6.3.12 控制好循环碱板式换热器的碱出口温度，与目标电流相一致。7.

22、6.3.13 检查电解槽的溢流情况，发现溢流不正常状况，及时检查，及时处理。7.6.3.14 控制好电槽阴阳极侧的U型压力计的压力。7.6.3.15 检查整流器的纯水冷却装置的运行情况，控制好温度。7.6.3.16 检查整流器的运行是否正常，发现不正常现象及时处理。7.6.4 停车操作7.6.4.1 正常停车7.6.4.1.1 与总调度联系，离子膜电解准备停车。7.6.4.1.2 以1KA/min的速度缓降电流至3KA。7.6.4.1.3 按“流量控制表”根据电流缓慢建立FICA-2006纯水的流量。7.6.4.1.4 FICA-2002盐水流量22m3/h，以新鲜的超精制盐水进行置换。7.6

23、.4.1.5 通入N2置换H2。7.6.4.1.6 通入极化电流，停止加酸。7.6.4.1.7 将电流降至最小，切断整流器。7.6.4.1.8 停止阳极液淡盐水循环。7.6.4.1.9 关闭电槽氯气阀，打开氯气去事故氯阀门，打开单元槽上方的取样阀，进行气体置换。7.6.4.1.10 当超精盐水以22m3/h置换2小时以后，改为8m3/h精盐水+4m3/h纯水。7.6.4.1.11 烧碱循环，继续向H2管路中通入N2，保持阴极室H2压力为350mmH2O。根据电槽温度，调整极化电压与槽温相适应；根据电槽温度及超精盐水浓度，调整纯水加入量，防止盐水过饱和形成结晶。7.6.4.1.12 长时间不开车

24、，存储时将电槽温度降至40以下。7.6.4.1.13 用碘化钾试纸测试下槽盐水，没有游离氯为止。7.6.4.1.14 停车期间，电槽氯气负压由氯气处理提供（透平机或事故氯风机）。7.6.4.2 紧急停车7.6.4.2.1 电槽联锁停车后，检查联锁设置是否正常，极化电流是否投入。7.6.4.2.2 停止停车电槽的淡盐水循环，并用超精制盐水与纯水混合后的稀释盐水（15+7m3/h）进行盐水置换，混合后的浓度为200g/l，根据槽温及超精制盐水的浓度，调整纯水加入量，防止盐水过饱和形成结晶，阴极侧则继续进行烧碱循环。7.6.4.2.3 如果全部电槽都紧急停车，向氢气总管充氮气，维持电槽压差350mm

25、H2O，并用超精制盐水（22 m3/h）进行盐水置换，置换时间为2小时以上，之后改为（8+4m3/h）稀释盐水进行置换。阴极侧进行碱液循环。7.6.4.2.4 将氢气水封的350mmH2O的阀门打开，降低水封高度。7.6.4.2.5 迅速检查纯水、盐酸、蒸汽的自动阀是否关闭。7.6.4.2.6 确认事故氯处理系统运行正常无误后，关闭停车电槽的氯气阀，逐渐打开电槽去事故氯处理系统的阀门，打开每个单元槽上部的取样阀，进行气体置换。7.6.4.2.7 如果电槽8小时内不重新开车，将循环碱换热器的循环水投入，需将电槽温度降至40以下，确认阳极液中无游离氯后，将稀释盐水流量降至12m3/h（二次精制盐水

26、为8 m3/h，纯水为4 m3/h），从而防止离子膜曝露在气体区域，由于过饱和而造成的氯化钠结晶和阳极涂层的碱腐蚀。7.6.4.2.8 使用万用表检查单元槽电压是否在1.61.8v之间。7.6.4.3 全厂掉电（泵点不起来）7.6.4.3.1 迅速将PDICA-2002氢气阀门关闭。7.6.4.3.2 确认蒸汽、纯水、加酸、循环淡盐水自动阀是否连锁关闭。7.6.4.3.3 迅速到现场将进槽盐水、碱液阀门关闭，以防倒液。7.6.4.3.4 将氢气总管、电解槽的氮气阀门打开，电解槽保持350mmH2O的压力。7.6.4.3.5 将氢气水封高度改为350mmH2O的位置。7.6.4.3.6 迅速将各

27、泵的电源打到停止位置，以防突然送电。7.6.4.3.7 迅速恢复各泵进出口的阀门状态。7.6.4.3.8 如事故氯开起来将氯气阀门切换至去除害，或由透平机提供负压；如开不起来，不许切换阀门，以防氯气泄漏。7.6.4.3.9 如短时间能送电，可以将极化电流通入，并迅速将循环打起来，给电槽进行置换。（先循环，溢流后投入极化电流）7.6.4.3.10 如长时间不来电，极化电流不必投入。7.6.4.4 电槽排液7.6.4.4.1 确保H2侧压力保持在500mmH2O，同时CL2侧与大气相通，确保电槽温度低于40。7.6.4.4.2 电槽排液时，保持阴极液位高于阳极液位，先打开阳极液排液阀，一分钟内打开

28、阴极液排液阀，用时约40分钟完成电槽排液，待排液完成后，关闭两排液阀。7.6.4.5 氢气放空桶着火处理方法7.6.4.5.1 如发现氢气放空着火，此时严禁电解槽降电流，以防倒火。7.6.4.5.2 迅速将氢气放空桶处的蒸汽阀门及氮气阀门打开，向氢气放空桶内充入氮气和蒸汽。7.6.4.5.3 将火灭掉以后，等温度降下，再根据情况是否停车处理。7.6.4.6 长期停车时的处理7.6.4.6.1 需要进行长期停车处理的，联系调度进行停车处理。7.6.4.6.2 以1KA/min的速度缓降电流至3KA。7.6.4.6.3 按“流量控制表”根据电流缓慢建立FICA-2006纯水的流量。7.6.4.6.4 FICA-2002盐水流量22m3/h，以新鲜的超精制盐水进行置换。7.6.4.6.5 通入N2置换H2。7.6.4.6.6 通入极化电流，停止加酸。7.6.4.6.7 将电流降至最小，切断整流器。7.6.4.6.8 停止阳极液淡盐水循环。7.6.4.6.9 关闭电槽氯气阀，打