离子膜烧碱工艺.docx

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离子膜烧碱工艺

离子膜烧碱工艺

离子膜法制烧碱

——10化工班

第四组全体成员

一、世界离子膜法电解装置发展历程

（一）第一阶段为萌发成长期

1、“四竞争”

（1）复极槽与单极槽的竞争

复极槽是低电压、高电压，在复极槽中，各个阴阳极单元串联而成，从而使每个电槽的槽电流相对较小，而槽电压相对较高，这对整流效率来将是一般有利的。

复极槽具有流程短，设备台数少，易采用计算机控制，占地面积少，节省电解厂面积等优势。

单极槽是高电流，低电压，在单极槽中，电流并联式的流经各电极对，由于电流流经的通道较长，致使电压降较高，唯有把各“电极对”的尺寸减少或引入内部铜导体后，才可将槽电压降低。

初期的离子膜单极槽在运行中一旦发现某槽泄露或者有问题，可与隔膜槽一样借助停槽开关，单独停槽检修或者更换，以防止对其他电槽的影响，不至于因局部事故而影响全厂生产。

单极槽可传入隔膜槽系统逐步替换隔膜槽而成为离子膜法电解。

（2）自然循环与强制循环的竞争

自然循环是靠电解液的相对密度差推动电解液循环的，具有动力消耗小，循环量大，对膜冲击小，压力稳定，运行安全等特点，但是生产符合一般不能低于50%，不像强制循环那样有高压差和因操作上压差波动二造成膜的机械损伤；

强制循环是采用崩推动电解液循环，增加电解反应过程中电解液在电解液内部循环的推动力，具有不受低电流负荷的影响、循环量易控制等特点，但动力消耗大，对摸冲击大，压力不稳定。

（3）单元槽有效面积的竞争

单元槽有效面积增大可以有效地提高离子膜利用率，减少更换和维修费。

但是并非面积越大越好，面积过大，离子交换膜的实际强度就难以支撑，也会造成垫圈泄露。

（4）压滤机式压紧与单元组合式压紧的竞争

压滤式电解槽是把多个单元槽用一个压紧装置压紧加以封闭，特点在于组装简单，膜内不受压，无接触电压损失，但需要有较高的压紧力，密封面加工要精密、单片槽加工精度要求高，存在槽框加工误差累积问题；

单元组合式电解槽是单独地将每一电极对的法兰夹夹紧，以达到可靠的密封要求，

2、“四趋向”

（1）电流密度趋向提高；

（2）单元槽数量趋向增多；

）单槽产能趋向增大；3（．

（4）直流电耗趋向降低。

（二）第二阶段新发展时期

（1）2001年，旭硝子公司退出了离子膜电解槽制造业，将AZEC型电解槽的备品销售工作转交给氯工程公司，但仍兼营离子交换膜。

（2）2001年，德国伍德公司于意大利迪诺拉公司合资创办了伍-迪公司，研发了高电流密度自然循环离子膜复极槽。

（3）日本氯工程公司开发成功BiTAC电解槽是在东槽复极式电解槽和氯工程公司单极槽实绩基础上研发出来的。

（4）日本旭化成公司开发了完整的供应氯碱离子膜工艺系统。

（5）中国北京蓝星化工机械有限公司在引进、消化、吸收国外先进离子膜电解槽制造基础上，通过创新实现了离子膜法电解技术的国产化，达到了很高的水平。

（6）世界离子膜法烧碱技术装备制造业经过生产结构调整，呈现出新格局，创新发展了大型复极式自然循环高电流密度低电流消耗的离子膜电解槽。

（7）世界上有名的离子膜电解槽制造公司，以缩小阴阳极极距、降低槽电压换取更加明显的节点效果的产品。

二．中国离子膜法烧碱的发展及特点

中国离子膜法烧碱历经30年的发展，生产与消费居世界第一位，其发展具有中国特色，即“两化、四转向”。

1、“两化”

（1）技术来源多元化。

我国离子膜法电解技术采取了多元引进和自主创新相结合。

20多年来有近百家氯碱企业从日本、美国、英国、意大利、德国等五国八大驰名公司引进离子膜法电解技术装置，几乎涵盖了世界上所有能够生产离子膜法电解技术装置的公司。

据不完全统计，到2007年，全国引进国外离子膜法电解技术装置合计927.2万t/a。

据不完全统计，全国60余家氯碱企业采用国产离子膜电解槽，总产能规模已超过380万t/a，其中，采用高电流密度自然循环复极槽的就多达40余家，产能超过320万t/a。

（2）装置规模大型化。

生产装置规模大型化将会具有独特性、垄断性和前瞻性，发达国家的氯碱工业正朝着大型化、集中化、经济规模化方向发展。

据不完全统计，目前国内离子膜烧碱企业规模达到和超过20万t/a的已达30多家。

2、“四转向”

（1）电解法烧碱生产方法由隔膜法为主转向离子膜为主。

半个世纪以来，我国电解法烧碱一直以隔膜法为主，改革开放以来陆续从国外引进先进的离子膜法技术装置，尤其跨入21世纪离子膜法烧碱得到迅猛发展，新建和改扩建烧碱装置绝大多数为离子膜法。

）离子膜法烧碱技术来源由引进国外技术为主转向自主创新自行研发为2（．

主。

20世纪80年代，企业采用国外技术。

随着我国离子膜烧碱的发展和自主创新研发的国产化离子膜电解槽的技术水平不断提高，进入21世纪至今，采用国产化技术的厂家越来越多。

（3）离子交换膜由全部依赖国外进口转向由国家支持、厂校科研院所相结

合自主创新研发生产。

离子交换膜是离子膜法制备烧碱工艺的核心要素之一。

有专家曾指出，中国数百万吨离子膜法烧碱装置对外的依赖程度已经远远超过了危及国民经济和国家安全的警戒线，已引起国家的高度重视。

因此，我国已开始研究全氟离子膜工程技术，即将成为继日本、美国之后第三个能够生产全氟离子交换树脂的国家。

（4）离子膜法电解技术装置由低电流密度、低单槽产能转向高电流密度、高产能电解槽。

中国在20世纪80-90年代都采用低电流密度单极槽和复极槽，进入21世纪随着世界各离子膜法电解槽制造公司纷纷推出高电流密度自然循环复极槽，中国各氯碱企业也纷纷采用，据不完全统计，新建成投产的128个离子膜烧碱项目中，就有95个采用高电流密度自然循环复极槽。

三、离子膜法烧碱生产工艺的原理及流程

．离子膜法的生产工艺原理1．

氯化钠制成饱和粗盐水，经除去钙、镁、硫酸根及机械杂质制成饱和精盐制成的饱和精盐水需二次精制后进入离子膜电解槽进行电解，在阳极室得水；

到氯气和淡盐水，在阴极室得到烧碱和氢气；在阴极和阳极之间用离子交换膜

Cl,因而起到了防止阳极产物隔开，只允许钠离子通过离子交换膜进入阴极室2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl和阴极产物H和阴极另一22产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

总反应式:

2NaCl+2HO→2NaOH+Cl↑+H↑222

2．离子膜法烧碱生产工艺流程

（1）离子膜盐水一次精制工艺

固体原盐→化盐桶→（加热溶解）→饱和的粗盐水→①（精制剂）→②（助沉剂）→澄清桶→③砂滤器→一次精制盐水（悬浮物≤1ppm）

2+2+2-等杂质离子分MgSO、BaCl等，使盐水中Ca、、①精制剂：

NaOH、NaCO4223离，生成难溶的沉淀剂：

CaCl＋NaCO→2NaCl＋CaCO↓；BaCl＋NaSO→2NaCl＋BaSO↓；422323423NaOH＋FeCl→3NaCl＋Fe（OH）↓；CaSO＋NaCO→CaCO↓＋NaSO；43343223MgCl＋2NaOH→2NaCl＋Mg（OH）↓22②助沉剂:

聚丙烯酸钠等，使沉淀颗粒凝集增大加速澄清，下沉分离。

③砂滤器：

进一步除杂：

截留少量细悬浮物颗粒。

一次精制的目的：

控制悬浮物与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为二次精制做准备。

一次精制的目的：

控制悬浮物与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为二次精制做准备。

（2）二次盐水精制

一次盐水→中和罐→①（加HCl）→②盐水过滤器→（过滤）→③树脂塔（使2+2+≤20ppm）→精制水贮槽Ca、Mg①加HCl：

中和过量碱。

HCl+NaOH=NaCl+HO；2HCl+NaCO=2NaCl+HO+CO↑32222②盐水过滤器：

除去微量悬浮物，进一步降低盐水中的悬浮物的含量。

③树脂塔：

树脂吸附，除去二价阳离子。

二次精制的目的：

盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。

（3）电解

二次精制盐水→（泵）→盐水高位槽→预热→离子膜电解槽→（直流电作用）→离子位离子交换膜发生迁移:

①阳极液：

淡盐水

②阳极气相生成Cl：

2Cl=Cl+e－－22③阴极液：

NaOH

④阴极气相生成H：

2HO+2e=H+2OH－－222．

总反应：

2NaCl+2HO→2NaOH+Cl↑+H↑222阴极室注入去离子水的原因:

水是反应物之一，随着反应的进行，消耗了水，2+2+要使反应持续进行，则要补充水的量，而自来水中含Ca、Mg离子，容易与有机物形成沉淀，所以应加入去离子水。

而且反应为放热反应，加入去离子水可

以进行冷却。

（4）淡盐水脱氯工艺

①淡盐水→淡盐水储槽→淡盐水泵→②氯酸盐分解反应器加热器→③氯酸盐分解反应器→④脱氯真空泵→⑤脱氯塔→⑥脱氯盐水泵→⑦亚硫酸钠储槽

→⑧亚硫酸钠泵→脱氯后的淡盐水送化盐

①加入浓度为31wt%的HCl将PH值调控到约为1.5；

oC；②加热到90+③加入31wt%HCl把盐水的C（盐水的酸度）值调整到0.5（PH值1以下）；H④保持脱氯塔的内部压力在约为250mmHg；

⑤使淡盐水中游离氯的含量大约50mg/L;

⑥向脱氯盐水中加入NaOH把PH值调整到9-11；

⑦用纯水配制浓度约为10wt%的亚硫酸钠溶液；

⑧向淡盐水中加入在亚硫酸钠罐中用纯水配制的浓度约为10wt%的亚硫酸钠溶液。

（5）烧碱蒸发工段

①阴极液→②三效蒸发器→③二效蒸发器→（分离器、碱泵、预热器）→④一效蒸发器→液体烧碱

①浓度为约32℅的NaOH溶液

②浓缩碱液，使其浓度为37℅

③二次浓缩，使其浓度为42℅

④再次浓缩，使其浓度达到50%

（6）氯气处理工艺

湿氯气→①氯气洗涤塔→②Ⅰ段钛冷却器→③Ⅱ段钛冷却器→④泡沫干燥塔→酸雾捕集器→氯气压缩机压缩（输送）

①用工业水洗涤；

②用工业水冷却、降温；

③用+5℃盐水进一步冷却到12-15℃；

④用硫酸干燥（浓硫酸具有吸水性），使Cl含水量≦50ppm

2废气处理：

（烧碱液吸收或石灰乳吸收）：

烧碱液循环→冷却→吸收废Cl2→次氯酸钠溶液

（7）液氯处理工艺

干燥氯气→（经）氯气除沫器→①列管式氯气液化器→｛

液氯→液氯充装岗位

液氯尾气→盐酸合成岗位

①与-35℃的冷冻盐水逆流换热进行液化

（8）氢气处理工艺

湿氢气→①Ⅰ段、Ⅱ段氢气洗涤塔→氢气压缩机（加压）→②Ⅰ段氢气冷却器→③Ⅱ段氢气冷却器→④水捕雾器→氢气分配台（输送）

①用工业水洗涤，可除去碱雾，降温，除饱和水蒸汽（H中含碱雾）；

2②用工业水对其进行冷却（由于H温度高）；2③用+5℃盐水进行冷却到12℃；

④干燥（由于H含水量大）2

（9）盐酸合成工艺

Cl、H、尾氯→（缓冲罐、阻火器）→①二合一炉→②雨淋管→③块孔石22墨冷却器→④降膜吸收塔→中转槽

①将气体燃烧生成HCl

②冷却HCl

③进一步进行冷却

④用稀酸吸收成﹥31%的浓盐酸

四、从事烧碱工业的车间技术人员要学习的知识和技能有：

（1）弄清其原理和工艺流程；

（2）优化工艺流程：

①循环使用原料；

②使用现代化设备，提高效率；

③降低能源消耗，降低成本；

（3）了解生产设备的安全操作以及生产过程中的注意事项；

（4）掌握利用高新科技设备操作及管理的技能；

（5）使用绿色的原料及能源，减少环境污染。