離子交換膜法電解制堿工藝

1、離子交換膜法電解制堿工藝一、 離子膜電解制堿原理如下圖。電解槽的陰極室和陽極室用陽離子交換膜隔開，精制鹽水進(jìn)入陽極室。通電時(shí)H20在陰極表面放電生成氫氣，Na+離子通過離子膜由陽極室與OH-結(jié)合成NaOH;CL-離子則在陽極表面放電生成氯氣。經(jīng)電解后的淡鹽水隨氯氣一起離開陽極室。氫氧化鈉的濃度可利用進(jìn)電解槽的純水量來調(diào)節(jié)。 離子膜電解制堿原理二、 鹽水的二次精制鹽水的質(zhì)量是離子膜電解槽正常生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵。它不僅影響離子膜的壽命，也是離子膜能否在高電流密度下運(yùn)行得到高電流效率的至關(guān)重要的因素。電解槽所用的陽離子交換膜，具有選擇和透過溶液中陽離子的特性。因此，它不僅能使Na+離子大量通過，而且也能

2、讓Ca2+、 Mg2+、 Fe2+、Ba2+、等離子通過，當(dāng)這些雜質(zhì)陽離子透過膜時(shí)，就和從陰極室反滲過來的微量OH-離子形成難溶的氫氧化物堵塞離子膜。在鹽水中氯酸根和懸浮物也能影響離子膜的正常運(yùn)行。有的離子膜對(duì)鹽水的I-離子的含量還有要求。因此，用于電解的鹽水的純度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于隔膜電槽和水銀電槽，他必須在原來一次精制的基礎(chǔ)上再進(jìn)行第二次精制。（一）二次鹽水的過濾一次鹽水中的少量懸浮物，如果隨鹽水進(jìn)入螯合樹脂塔，將會(huì)堵塞樹脂的微孔，甚至使樹脂呈團(tuán)狀物，嚴(yán)重時(shí)有結(jié)塊現(xiàn)象，從而降低樹脂處理鹽水的能力。因此，鹽水精制時(shí)一般要求鹽水中懸浮物（s.s）的含量小于1ppm。這樣就必須經(jīng)過過濾，如果采用傳統(tǒng)的砂濾

3、設(shè)備往往不能符合要求，目前常用的是碳素管式過濾器。碳素管式過濾器是由許多根燒結(jié)的碳素管組成，具有良好的耐腐蝕性，它由純碳燒結(jié)而成，管壁上分布有均勻的微孔，孔徑為100，氣孔率為42%。過濾后的二次鹽水能達(dá)到懸浮物（s.s）的含量小于1ppm的要求。（我們公司的不銹鋼纖維燒結(jié)濾芯亦能滿足這種過濾要求，我們可以開拓它在離子膜制堿中二次鹽水過濾中的應(yīng)用。） 1-澄清鹽水槽；2-澄清鹽水泵；3-助劑給料泵；4-助劑接料泵；5-碳素過濾器；6-預(yù)涂泵；7-預(yù)涂槽；8-過濾鹽水槽；9-過濾鹽水泵l 預(yù)涂 過濾前必須在碳素管的外表面預(yù)先涂上一層厚薄均勻的助濾劑-纖維素，以防止鹽水中的懸浮物堵塞碳素管的微孔，

4、以提高過濾器的過濾性能。因此，在過濾系統(tǒng)中要設(shè)置預(yù)涂槽。在預(yù)涂槽內(nèi)將-纖維素和過濾鹽水配成一定濃度的-纖維素溶液，然后用泵將此溶液送往過濾器，不斷循環(huán)進(jìn)行預(yù)涂操作，使涂層厚度達(dá)23mm即可。l 助劑給料和助濾 由于一次鹽水的懸浮物過于細(xì)微且有壓縮性，為防止過濾元件表面的孔隙堵塞，使過濾元件表面的濾渣結(jié)構(gòu)疏松，延長過濾周期。在一次鹽水送往過濾器前，必須把一定濃度的-纖維素作為助濾劑混入鹽水中，這樣在過濾過程中所形成的濾餅?zāi)鼙３忠欢ǖ目紫堵?，并且具有不可壓縮性，從而降低過濾阻力和提高過濾速度。l 清洗 切換下來的過濾器進(jìn)行反洗時(shí)，將過濾后的精鹽水打入過濾器的濾液室內(nèi)，再通入壓縮空氣，過濾室內(nèi)的精鹽

5、水受到壓縮空氣的壓力后，迅速從管子的內(nèi)側(cè)流向管子的外側(cè)，碳素管外的助濾劑和濾餅立即卸出。如此反洗四次后就可以達(dá)到再生效果。在一般情況下，過濾器經(jīng)過48小時(shí)后就要切換一次。過濾鹽水從鹽水過濾器流出后，送往過濾鹽水儲(chǔ)槽，然后加酸調(diào)節(jié)其PH值在9±0.5范圍內(nèi)，送往二次鹽水精制工序。過濾后的二次鹽水應(yīng)達(dá)到下列指標(biāo)：NaCL濃度 290-310g/L PH值 9±0.5懸浮物（s.s） 1ppm 溫度 60±5（二）二次鹽水精制 二次鹽水過濾后，鈣、美含量大約在3ppm左右。但是，由于離子膜電解槽的鹽水要求鈣美含量必須低于20PPb。因此，鹽水在一次精制的基礎(chǔ)上還需進(jìn)行二

6、次精制。鹽水的二次精制目前均采用螯合樹脂法進(jìn)行。 二次鹽水精制工藝流程圖1-氯氣冷卻器；2-淡鹽水換熱器；3-鹽酸貯槽；4-NaOH貯槽；5-酸泵；6-堿泵；A-螯合樹脂塔；B,C-生產(chǎn)塔 經(jīng)過氯氣冷卻器、淡鹽水熱交換器的二次過濾鹽水，送往螯合樹脂塔（B）的頂部，自上而下經(jīng)過樹脂床，從塔底流出再到C塔。在塔內(nèi)鹽水中的Ca2+、 Mg2+與樹脂發(fā)生離子交換反應(yīng)。 在連續(xù)操作中，第一只塔作為“初塔”，除去鹽水中大多數(shù)的鈣和美，而第二只塔作為“精制”塔，來確保鹽水中的鈣美降低到控制指標(biāo)以下。當(dāng)塔內(nèi)樹脂床達(dá)到最大的吸附能力時(shí)，在流出塔的鹽水中鈣美離子會(huì)急劇增加。因此在樹脂還未達(dá)到最大處理能力時(shí)就要再生

7、。經(jīng)過精制后的鹽水應(yīng)達(dá)到如下質(zhì)量指標(biāo)：NaCL濃度 290-310g/L Ca2+、 Mg2+總量20PPbSr2+0.1ppm（當(dāng)SiO2=1ppm時(shí)）Sr2+0.06ppm（當(dāng)SiO2=5ppm時(shí)）Sr2+0.02ppm（當(dāng)SiO2=15ppm時(shí)）CLO3-15g/LSO42-5g/L懸浮物（s.s）1ppmSiO2 15ppm其它重金屬離子 0.2ppm三、精制鹽水的電解 離子膜電解工藝流程圖1-淡鹽水泵；2-淡鹽水貯槽；3-分解槽；4-氯氣洗滌塔；5-水霧分離器6-氯氣鼓風(fēng)機(jī)；7-堿冷卻器；8-堿泵；9-堿液受槽；10-離子膜電解槽； 11-鹽水預(yù)熱器；12-堿泵；13-堿液貯槽二次精

8、制鹽水經(jīng)鹽水預(yù)熱器預(yù)熱后，以一定的流量送往電解槽的陽極室進(jìn)行電解。于此同時(shí)，純水從電解槽底部進(jìn)入陰極室。通入直流電后，在陽極室產(chǎn)生的氯氣和流出的淡鹽水經(jīng)分離器分離后，濕氯氣進(jìn)入氯氣總管，經(jīng)氯氣冷卻器與精制鹽水熱交換后，進(jìn)入氯氣洗滌塔洗滌，然后送到氯氣處理部門；從陽極室流出的淡鹽水中一般含NaCL 200-220g/L，還有少量氯酸鹽、次氯酸鹽及溶解氯。一部分補(bǔ)充精制鹽水后流回電解槽的陽極室，另一部分進(jìn)入淡鹽水貯槽后，送往氯酸鹽分解槽，用高純鹽酸進(jìn)行分解。分解后的鹽水中，常含有少量鹽酸殘余，將這種鹽水再送回淡鹽水貯槽，與未分解的淡鹽水充分混合并調(diào)節(jié)pH值在2以下，送往脫氯塔脫氯。最后送到一次鹽水

9、工序去重新飽和。在電解槽陰極室產(chǎn)生的氫氣和濃度為32%左右的高純液堿，同樣也經(jīng)過分離器分離后，氫氣進(jìn)入氫氣總管，經(jīng)氫氣洗滌塔洗滌后，送至氫氣適用部門。32%的高純液堿一部分作為商品堿出售，或送到蒸發(fā)工序濃縮。另一部分則加入純水后回流到電解槽的陰極室。電解后獲得的燒堿、氯氣、氫氣應(yīng)達(dá)到如下質(zhì)量指標(biāo)：燒堿 NaOH32%（wt） NaCL 40ppm(wt） NaCLO3 20ppm(wt）Fe2O3 5ppm(wt)氯氣 純度(干基) 97.4%(vol) O22%(vol) H2 (0.03%vol) CO20.6%(vol)氫氣 純度 99.85%(vol)四、淡鹽水的脫氯離子膜制堿工藝中從

10、電解槽出來的淡鹽水中，含有游離氯及少量次氯酸鈉和氯酸鈉，在螯合樹脂塔中會(huì)導(dǎo)致樹脂中毒，且無法再生。另外，游離氯、次氯酸根在管式過濾器中對(duì)碳素?zé)Y(jié)管及其它設(shè)備均有腐蝕作用。因此，鹽水在進(jìn)入這些設(shè)備前必須先將這些雜質(zhì)除去。淡鹽水脫氯一般采用真空脫氯和化學(xué)脫氧相結(jié)合的工藝。其流程圖如下： 淡鹽水脫氯工藝流程圖1-脫氯塔；2-回收氯冷卻塔；3，5-氣液分離器；4-真空泵；6-氯水泵；7-氯水冷卻器；8-脫氯淡鹽水槽；9-脫氯淡鹽水泵 從電解槽陽極室流出的淡鹽水，先用鹽酸分解其中的氯酸鹽，然后送到脫氯塔的頂部，用真空脫氯方法使游離氯解吸脫出。經(jīng)這樣處理后的淡鹽水中，游離氯的含量約50mg/L，送入脫氯淡

11、鹽水貯槽后，加氫氧化鈉將鹽水的PH值調(diào)節(jié)到7-11。然后，再用10%的Na2SO3溶液進(jìn)一步除去殘余的氯氣后，送往一次鹽水工段重新飽和。從脫氯塔分離出來的濕氯氣，經(jīng)冷卻器冷卻及分離器分離后，匯集到氯氣總管。而氯水則送往脫氯塔循環(huán)或作真空泵的機(jī)械密封水。脫氯后的淡鹽水的質(zhì)量指標(biāo)為：NaCL濃度 290-22g/L SO42-離子 6.6g/L 游離氯 無 PH值 711五、氯氣的處理 從電解槽出來的濕氯氣，一般溫度較高，并伴隨有大量的水蒸氣及鹽霧等雜質(zhì)。這種濕氯氣對(duì)鋼鐵及大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，只有某些金屬材料和非金屬材料在一定的條件下才能耐濕氯氣的腐蝕。例如金屬鈦、聚氯乙烯、酚醛樹脂、陶瓷

12、、玻璃、橡膠、聚酯、玻璃鋼等。因而使得生產(chǎn)及輸送極不方便。但干燥的氯氣對(duì)鋼鐵及常用材料的腐蝕在通常情況下是較小的，所以濕氯氣的干燥是生產(chǎn)及使用氯氣過程中所必須的。氯氣干燥前通常先使氯氣冷卻，使?jié)衤葰庵械拇蟛糠炙魵獗焕淠ィ缓笥酶稍飫┻M(jìn)一步除去水分。干燥后的氯氣經(jīng)壓縮送至用戶。 氯氣處理系統(tǒng)的主要任務(wù)是：u 將濕氯氣干燥；u 將干燥的氯氣壓縮送至用戶；u 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電解槽陽極室內(nèi)的壓力，保證電解工序的勞動(dòng)條件和干燥后氯氣的純度。氯處理的工藝流程大致包括濕氯氣的冷卻、干燥脫水、凈化和壓縮、輸送幾個(gè)部分。 適用于氯氣透平壓縮機(jī)的氯氣處理流程：（一） 氯水循環(huán)間接冷卻泡沫塔干燥氯氣流程氯水循環(huán)間

13、接冷卻泡沫塔干燥氯氣流程1- 水洗塔；2，3-分別為鈦冷卻器；4-除沫器；5，8-酸冷卻器；6-稀酸高位槽；7-濃酸高位槽；9-除霧器；10-濃硫酸槽；11，12-分別為泡沫塔；13-稀酸槽；14-稀酸循環(huán)泵；15-氯水槽；16-氯水泵；17-氯水冷卻器來自電解槽的濕氯氣，進(jìn)入水洗塔與冷卻循環(huán)氯水直接接觸進(jìn)行熱交換，然后進(jìn)入鈦冷卻器（）（），分別用工業(yè)上水、冷凍水進(jìn)行間接熱交換后，濕氯氣的溫度為12-15。經(jīng)鈦絲除沫器除去水霧后，再去干燥。在冷卻器內(nèi)冷凝后的氯水進(jìn)入氯水槽，一部分氯水經(jīng)氯水冷卻器冷卻后，作為洗滌塔洗滌氯氣用，另一部分氯水經(jīng)脫氯后排放。冷卻后的氯氣進(jìn)入兩臺(tái)串聯(lián)的泡沫塔進(jìn)行干燥，泡

14、沫塔（）采用98%的濃硫酸，先將其經(jīng)過冷卻器用冷凍水冷卻至10左右進(jìn)入，通過四層篩板與氯氣逆流接觸，氯氣被干燥，硫酸被稀釋至濃度大約80%左右，流入稀酸槽，然后經(jīng)冷卻器冷卻至10左右，用泵送至稀酸高位槽，在進(jìn)泡沫塔（）泡沫塔（），從泡沫塔（）流出的廢酸排入廢酸槽。（二） 氯水循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)填料塔串聯(lián)干燥氯氣流程 氯水循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)填料塔串聯(lián)干燥氯氣流程1- 洗滌塔；2-冷卻塔；3-除沫器；4，5，6，7-分別為干燥塔、；8-除霧器；9，10，11，12-分別為冷卻器、；13-冷卻器；14-鈦鼓風(fēng)機(jī)；15-氯水冷卻器；16，17，19-氯水泵；18-氯水槽；20-稀硫酸槽；21-稀酸泵；22，23，24

15、，25-分別為酸循環(huán)泵、；26-濃硫酸槽；27-濃硫酸泵來自電解槽的濕氯氣，進(jìn)入洗滌塔后與經(jīng)工業(yè)上水冷卻的循環(huán)氯水直接進(jìn)行熱交換，然后用鈦鼓風(fēng)機(jī)加壓，使干燥處于正壓下操作，以防止周圍濕空氣漏入，影響氯氣的純度和含水量。加壓后的濕氯氣進(jìn)入冷卻塔后用冷凍后的循環(huán)氯水噴淋冷卻，經(jīng)除沫后用硫酸將其干燥。在洗滌塔、冷卻塔和除沫器中被冷凝下來的氯水進(jìn)入氯水槽中，用泵送去脫氯后排放。氯氣干燥系統(tǒng)由四臺(tái)填料塔串聯(lián)組成，每臺(tái)塔均配有酸循環(huán)泵、冷卻器，自成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。按氯氣流向，最后一臺(tái)塔的硫酸濃度最高，依次往前，最前一臺(tái)塔排出的硫酸濃度為65%左右作為廢酸外售。其余各塔的硫酸依次往前溢流，最后一塔補(bǔ)入98%的

16、新酸。硫酸在循環(huán)過程中吸收水分溫度上升，由冷卻器將熱量移去。干燥后的氯氣再經(jīng)除霧器除霧后，去透平壓縮機(jī)。(三) 氯氣處理工藝控制指標(biāo)：控制點(diǎn)控制項(xiàng)目控制指標(biāo)1氯氣(1) 濕氯氣含CL2 CO2O2 H296%2%1%金屬陽極2%0.4%(2) 干氯氣含CL2 CO2O2 H295%2%1%金屬陽極2%0.4%(3)氯氣純度差（冷卻前至分配臺(tái)之間的差值）1.5%2氯氣冷卻(1)一段冷卻器出口溫度30-40(2)二段冷卻器出口溫度12-15(3)冷凍水溫度5-103干燥塔(1)進(jìn)干燥塔硫酸濃度95%(2)出干燥塔硫酸濃度75%(3)出干燥塔硫酸溫度204壓縮機(jī)電解槽氯氣總管壓力0-49Pa(-5mmH2O柱(1)納氏泵 新酸濃度98% 進(jìn)口溫度45 換酸濃度92% 循環(huán)酸液位視鏡1/2處輸送壓力 小泵（Dg50）101.3-162kPa大泵（YLJ-750/3）(2)透平機(jī) 氯氣含水100ppm 氫氣含水50ppm 輸送壓力六、氫氣的處理 從電解槽出來的氫氣，其溫度稍低于電解槽的槽溫，含有大量的飽和水蒸氣，同時(shí)還帶有鹽和堿的霧沫。所以在生產(chǎn)過程中應(yīng)進(jìn)行冷卻和洗滌，然后再用風(fēng)機(jī)輸送到用氫部門。（一） 氫處理的工藝流程自電解槽來的氫氣進(jìn)入氫氣-鹽水熱交換器，使氫氣和鹽水進(jìn)行熱交換，氫氣溫度可降至50左右，而鹽水溫度約能提高10