两种离子膜制碱工艺并行与控制要点

两种离子膜制碱工艺并行与控制要点摘要本文介绍了离子膜制碱的两种工艺流程及两种循环电解制碱工艺并行的控制要点。关键词离子膜制碱强制循环电解槽自然循环电解槽工艺流程氯碱工业是生产烧碱、氯气和氢气以及由此衍生系列产品的基本化学工业，氯碱工业的技术始终围绕着提高质量、节能降耗、清洁生产的主题而不断进行着创新与发展。离子膜制碱技术代表着当今氯碱行业的顶尖水平，随其发展历程，产生了强制循环与自然循环两种工艺生产流程，本文介绍了两种生产工艺流程及并行控制要点，为诸多氯碱企业在进行技改、扩建等方面提供参考。一、自然循环电解制碱工艺原理及流程介绍1.离子膜自然循环电解制碱工艺流程详见图1。（1）工艺原理及特点。离子膜自然循环电解制碱工艺中电解液（阴阳极液）由阴阳极液高位槽流出，进入离子膜电解槽进行循环电解，主要以单元槽内部循环为主，辅以少量的外部循环，以保持电解槽阳极室内部盐水浓度的均匀，其特点是循环量一般相对较小，压力和压差较小，运行相对强制循环电解制碱工艺要稳定。（2）自然循环制碱工艺流程叙述。经螯合树脂塔处理的合格盐水由精盐水泵（离心泵）送至盐水高位槽D-170，从D-170来的精盐水分两路进入电解槽，一路供正常使用，一路与水配比稀释后供电解槽充液和停车时补充盐水。供正常使用的精盐水由FICA231根据供槽电流和阳极液NaCL的浓度控制连续进入阳极入口总管，通过入连接在总管上的软管进入阳极室，电解产生CL2，同时NaCL浓度降低，氯气与淡盐水的混合物通过出口软管进入阳极出口汇集管的气液分离器进行气液分离。被分离的液体送入阳极循环槽D-260，经阳极循环泵送入真空脱氯系统，同时相当于入槽盐水流量15%的淡盐水引入精盐水总管防止阳极加酸引起的钛管腐蚀。被分离的氯气送至D-260的顶部进一步分离后由PICZA216控制压力并入氯气总管与强制循环电解槽的氯气一起去氯处理。阴极液通过阴极液高位槽D-273送入阴极入口总管，经连接在总管上的软管送入电解槽的阴极室，电解产生H2和NaOH，氢气和阴极液的混合物通过出口软管进入阴极出口汇集管的气液分离器进行。气液分离，被分离的液体送入阴极液循环槽D-270后，大部分经阴极循环泵送入阴极高位槽D-273，加入纯水后重新回到电解槽进行电解反应，部分送入成品碱贮槽。被分离的气体送至D-270的顶部再次分离后由PICZA226控制压力并入氢气总管与强制循环槽来的氢气一齐送到氢处理。2.强制循环电解制碱工艺原理及流程介绍。（1）离子膜强制循环电解制碱工艺流程图见图2。图2强制循环电解工艺流程图（2）工艺原理及特点。离子膜强制循环制碱工艺是通过外加能量，由阴阳极液循环泵将电解液以一定的压力和流量打入离子膜电解槽阴阳极室进行循环电解，它主要依靠外部循环保持阴阳极室液体浓度的均匀，其特点是阴阳极室液循环流量大、压力大且易波动，阴阳极液压差不稳定。（3）工艺流程叙述。来自螯合树脂塔的精盐水分两路进入阳极循环槽，一路从顶部进入与氯气发生热交换后与阳极液混合，一路从底部直接进入与阳极液混合，精盐水的加入量由FICA262根据供槽电流串级和NaCL的浓度控制，保证浓度和酸度后由阳极循环泵送至阳极入口总管，通过连接在总管上的软管进入阳极室，电解产生氯气同时NaCL浓度降低，氯气和阳极液的混合物经出口软管进入阳极出口汇集管，自流入阳极循环槽进行气液分离，阳极液部分溢流经液封去淡盐水贮槽后送至真空脱氯系统，大部分与新加入的精盐水混合经阳极循环泵继续循环电解，分离的氯气由PICA231控制压力并入氯气总管送入氯处理工段。为保证阴极液浓度的稳定，无离子水不断的加入阴极循环槽的底部，纯水流量由FICA252根据槽电流串级和烧碱浓度控制，保证浓度后由阴极循环泵送入阴极入口总管，经总管上的软管进入电解槽的阴极室，电解产生氢气和烧碱，氢气和阴极液的混合物通过出口软管进如阴极出口汇集管后自流入阴极循环槽进行起夜分离，分离的液体部分溢流经液封去成品碱贮槽，大部分与新加入的纯水混合经阴极循环泵继续循环电解，分离的氢气由PICA233控制压力进入氢气总管后送至氢处理工段。二、两种工艺并行控制要点1.强制循环电解槽和自然循环电解槽开车并网成功与否的关键在于气相压力与气相压差，强制循环电解槽气相压力和压差的控制范围要高于自然循环电解槽。强制循环电解槽气相压差一般控制在8KPa左右，而自然循环电解槽气相氯气压力控制在4KPa左右。2.控制好电解槽出口氯气、氢气管线至氯氢工序的总管压力。（1）一般情况下，氯气总管压力通过透平机或纳氏泵控制在合理的负压状态。（2）一般情况下，产能在10万吨/年产能的烧碱装置来讲，去氯氢处理工序的氯气总管压力一般控制在-250Pa左右，氢气压力由氢处理控制50Pa~500Pa的左右的范围内。3.由于强制循环电解槽的气相压力控制范围远高于自然循环电解槽制碱工艺，因此，为稳定开车时的氯氢气总管压力，不因压力波动较大的缘故运行电解槽的开车与正常运行，利用两种工艺的控制特点，开车时先至少开启一台强制循环电解槽，待氯氢气总管的压力稳定后再开自然循环电解槽。只要我们控制适宜的工艺条件和操作技术手段，实现强制循环槽和自然循环槽公用一套盐水和氯氢处理系统是可行的，国内部分氯碱生产企业，如新疆中泰化学（集团）股份有限公司，就成功实现了强制循环电解制碱工艺与自然循环电解制碱工艺共用一套盐水处理和一套氯氢处理设备的技改扩建，实际运行也比较稳定。参考文献[1]冯新建，安志明，槽斌，艾力，张新程.离子膜整流装置的优化控制与维护.氯碱工业，2003，10（10）：7-9.[2]林云鹏.5.5万t/a离子膜电解装置扩建总结.中国氯碱，2007，4（4）：6-8.[3]程殿斌.离子膜制碱工艺，离子膜电解原理和工艺流程：30-41.化学工业出版社，1997.