【正文】 由于濕氯氣夾帶鹽霧等雜質，對后續(xù)設備的操作和壽命均有影響。 氯氣處理系統(tǒng)分為冷卻、干燥、輸送三部分。 淡鹽水脫氯擬設計 一 條線，單條線滿足 36 萬噸 /年燒堿配套的淡鹽水脫氯能力。另一種采用真空脫氯法，該法脫氯效果較好，通過蒸汽噴射器或真空泵提供的真空系統(tǒng)將含氯淡鹽水中的游離氯抽出分離后進入濕氯氣總管。 二次鹽水精制擬采用 2 條線螯合樹脂塔工藝，單條線鹽水處理能力 18 萬噸 /年。 PLC 與集散控制系統(tǒng) DCS 可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；也可以直接由 DCS 實現(xiàn)控制。 二次鹽水精制的主要工藝設備是螯合樹脂塔，分二塔式和三塔式流程。若使 Ca2+、 Mg2+含量降到 20wtppb 的水平，必須先把鹽水中的固體懸浮物（ SS）降到 1wtppm以下，然后用螯合樹脂處理。本項目建議采用膜除硝工藝，并生產(chǎn)芒硝產(chǎn)品。傳統(tǒng)的 BaCL2 澄清桶除硫酸根工藝，由工藝成熟、投資省，故大多數(shù)化工廠均采用此法；但由于此工藝耗精制劑 BaCL2，運行成本增加，由于 BaCL2 的毒性，保存很不方便。擬采用 4 套預處理器，單套處理能力 18 萬噸 /年燒堿匹配的鹽水處理能力，膜過濾采用兩條線，單條線 18 萬噸 /年燒堿匹配的鹽水處理能力。膜過濾工藝：自動化運行，操作平穩(wěn)、鹽水質量好 ，取消了預涂α 纖維素工藝，降低生產(chǎn)成本。在飽和粗鹽水中先投加入 NaOH、 NaClO、FeCl3，其主要作用是消除高鎂、高天然有機物及水不溶物，將鹽水通過預處理器用浮上法除去有機物，部分氫氧化鎂等雜質，然后再加入 Na2CO3 產(chǎn)生 CaCO3，用泵送入膜過濾器，經(jīng)該過濾器可以一次性得到滿足離子交換螯合樹脂塔進液指標的一次精鹽水。近幾年有些氯堿廠在一次鹽水精制工藝中嘗識了預處理技術和膜過濾器分離技術。即先將含精制反應產(chǎn)生的 CaCO Mg(OH) BaSO4 等沉淀物的粗鹽水經(jīng)過澄清桶沉降，再經(jīng)虹吸式砂濾器、α 纖維素預涂敷的炭素燒結管過濾器，除去固體懸浮物，最后才能進入二次鹽水精制的離子交換螯合樹脂塔。 （ 2）一次鹽水 某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 一次澄清鹽水的制備是氯堿生產(chǎn)工藝至關重要的工段，精制效果的好壞直接影響產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量。 鹵水處理 及一次鹽水 （ 1） 鹵水處理 鹵水來自采鹵廠，通過鹵水管送到一鹵水池，在此加入氯水或尾氯氣進行脫氨后，再加一定量的試劑后脫除碘，進入一吸附床，將碘除去。因此擬定選擇高電密自然循環(huán)復極式電解槽工藝技術方案。在運轉中曾發(fā)現(xiàn)陰極出口插入管開焊松動，造成堿液湍流使膜因振動而損傷，后將陰極室出口插入管與槽出口連接口由點焊改成螺扣連接，這樣就可以避免因短節(jié)開焊或漏液時（陰極出口插入管由不銹鋼改鎳，發(fā)現(xiàn)漏液及時更換）出現(xiàn)堿液湍流而造成膜的損傷。 另外，旭化成復極式強制循環(huán)電解槽 ，在陰極液側電解槽出口聯(lián)接口焊上不銹鋼（或鎳）插入管以穩(wěn)定陰極室的壓力。若正壓差過小，不僅易使槽電壓上升，而且使壓差波動，膜因振動而使之受到反復摩擦而損傷。但強制循環(huán)離子膜電解槽，因進出槽電解液流量和壓力大，電解槽壓力控制若太高，不僅對電解槽密封要求更嚴格，而且對 電解槽操作也要進一步強化，不然將使膜受到損傷。 3）自然循環(huán)離子膜電解槽，因進槽電解液流量和壓力都很低，電解液濃度在槽內分配均勻是靠槽內氣升效應或有特殊裝置使其自然循環(huán)，加之電解槽出口一般皆某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 設有氣液分離器并采用溢流方式，因此電槽壓力和壓差控制皆低，且穩(wěn)定，故膜振動小。再如意大利迪諾拉復極式自然循環(huán)電解槽，在其出口增設一個單獨的大容量脫氣裝置，氣、液單獨排放，保證了最小的壓力波動，壓力波動降低到僅為 196～ 392Pa。如氯工程公司大單極 CME 電解槽采取溢流方式，氣體和液體以層狀的溢流方式排出電解槽，這種溢流方式結合導電箱中自然循環(huán)效應，能將單元槽中的壓力波動減到最小，因而可以使離子膜達到較長的壽命。單極式離子膜電解槽采用自然循環(huán)更是如此。因為自然循環(huán)，無論是單極槽，還是復極槽，電槽壓力和壓差一般都很小，可以減小膜的振動，延長膜的使用壽命，如旭化成自然循環(huán)復極電解槽，因電槽壓力和壓差小，電解液流量和電流變化對壓差影響很小，壓差很穩(wěn)定。因此在設計電槽時，要想方設法減小膜的振動。這種溢流方式幾乎是在無壓力變動的條件下取出氣液體，而且陽極液和陰極液的液位能保持在較高的位置，因而使膜無振動，同時避免了離子膜的通電部位裸露在氣體層的問題，延長了膜的使用壽命。 某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 5）氯工程公司大單極電解槽（ CME）氣體和液體是以層狀的溢流方式排出電解槽，這種溢流方式由于液面維持在上部槽框，所以離子膜總是能浸在電解質溶液中，這一設計特點也有助于提高離子膜的使用壽命。純水單獨加到各電解槽而不需要來自貯槽的強制循環(huán)，因此活性陰極上不存在因有泵而被鐵類雜質污染的危險。發(fā)生電源故障時，即使在夾帶的氣體組分被完全分離情況下也有足夠的液體覆蓋離子膜。 2）旭化成自然循環(huán)復極電解槽采用在單元槽上部非通電部位設置氣液分離室，在幾乎沒有壓力損失的情況下，從通電部位的上部把氣泡和電解液引入其內，能及時將氯氣引出槽外，避免離子膜出現(xiàn)干區(qū)（因為分離器在電解室上面并與之連成一體，相當于將電解室液面提高， 將膜全部浸沒在液體中），又不因氣體的流動使分離器液面發(fā)生波動，引起振動。 1）旭化成強制循環(huán)復極電解槽采用大流 量強制循環(huán)，除了保證陽極液氯化鈉濃度分布均勻，提高 I/c 比值，避免極化外，還能使陽極產(chǎn)生的氯氣及時導出槽外，加之在陽極上部設置溢流堰（陰極亦如此），可使液體濕潤離子膜，防止干區(qū)出現(xiàn)。如果這種現(xiàn)象持續(xù)下去就會使膜形成針孔及裂縫。 （ 2）自然循環(huán)方式同樣可以避免氣體層腐蝕離子膜 離子膜電解槽陽極室上部通電部分氣泡率往往高達 90%以上，這種氣泡若不能及時引出，則在該處形成滯留氣層。如意大利迪諾拉公司復極槽陽極液自然循環(huán)量是進槽鹽水量某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 的 10~15 倍，陰極液自然循環(huán)量是進槽純水量的 100~200 倍，同樣可使電解液濃度分布均勻，加之電解槽操作壓力低，壓差小，又采用溢流方式，因此可以大大延長離子 膜的壽命。自然循環(huán)系統(tǒng)所形成均勻的電解液濃度對穩(wěn)定離子膜性能和延長其使用壽命是必不可少的。因此，氣體極易從電極上釋放出來，電解液分配得以均勻，從而使離子膜兩側的壓力差、溶液流量、電流分布穩(wěn)定。電解液在由下至上的流動過程中充分混合而使其濃度也保持均一的分布，如此可達到延長離子膜使用壽命的目的。 3）由日本氯工程公司和東曹公司聯(lián)合研 制開發(fā)的一種新型復極式離子膜電解槽BiTACTM，其復極單元是凸起和凹陷部分呈波紋狀交替組成的。 2）日本氯工程公司大單極自然循環(huán)離子膜電解槽（ CME），電流導電箱除使電流分布均勻外，還起到引導作用，它有助于電解液在電解槽內循環(huán)。為控制電解 液的溫度，陰極液要進行少量強制循環(huán)。 1）旭化成自然循環(huán)是直接向陽極室提供飽和鹽水，無外部循環(huán)，從單元槽直接排出淡鹽水。為了使較為均勻的電解液能夠均勻分配到各個電解室中，可以在電解室的進口和出口處設置有效配件，使得各個電解室的入口和出口處的電解液中的氯化鈉濃度或氫氧化鈉濃度相差較小。近年來自然循環(huán)電解槽采取一些措施，特別是自然循環(huán)復極電解槽，其循環(huán)速度幾乎與強制循環(huán)一樣，也可以使電解液濃度均勻。從降低電解槽操作壓力，降低和穩(wěn)定電解槽壓差，延長膜壽命考慮，采用自然循環(huán)好。但強制循環(huán)不僅多消耗動力，而且由于電解槽（旭化成強制循環(huán)復極電解槽）操作壓力高，電解液循環(huán)量大，壓 差大并不十分穩(wěn)定，停車聯(lián)鎖點多等原因，使膜的壽命縮短。除美國 ELTECH Systems 公司 MGC 單極槽（陰極液）、日本旭化成復極槽及德山曹達復極槽曾是采用強制循環(huán)外，其余無論是單極槽，還是復極槽皆采用自然循環(huán)。 電解液自然循環(huán)與強制循環(huán)工藝技術方案的比較和選擇 離 子膜電解槽電解液循環(huán)分自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種，各有優(yōu)缺點。單極槽的電流是從側面徑向輸入的，電流分布均勻性比復極槽要差，小面積電極尚好些，大面積電極的電流分布均勻性就稍差些。 （ 5）通過電解槽型式對電流分布影響方面分析、比較的結果是，從總體上講復極式電解槽電流分布比單極槽均勻。 （ 3）氯氣純度較高，含氧量低，適合后續(xù)氯深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)。 （ 2）選用復極槽，單臺槽能力大，臺數(shù)少，便于管理。因此，在槽型選擇上應該因地制宜，考慮企業(yè)現(xiàn)狀及費用諸方面的因素。 某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 單極槽、復極槽特點對照表 表 411 序 號 項 目 單極槽 復極槽 1 安裝 聯(lián)接點多、安裝較復雜 配件少、安裝簡單 2 供電 低電壓、高電流 高電壓、低電流 3 電流分布 電流是徑向輸入、電流分布不十分均 勻（小面積電極尚好些）、但電極內部設置金屬導電體可使電流分布均勻 電流是軸向輸入，電流分布均勻 4 停車頻繁程度 少 多 5 槽間電壓降 大（ 30~50mV） ?。?3mV） 6 母排銅耗量 多 少 7 陽極更換 陽極拆下后可重涂 除個別陽極拆下后可重涂外，一般陽極一次性報廢 8 循環(huán)方式 一般為自然循環(huán)、極個別為強制循環(huán) 強制循環(huán)和自然循環(huán)均有 9 膜利用率 較低、只有 72~77% 較高，可達 92% 10 維修管理 電解槽數(shù)量多、維修量大、費用高 電解槽數(shù)量少、泄漏點少、維修管 理簡單方便、費用 低 11 占地面積 大 小 12 變流效率 低 高 13 電壓效率 低 高 14 適用范圍 可根據(jù)不同需要、自由選擇電解槽的數(shù)量，一般適用于小規(guī)模生產(chǎn)、單臺生產(chǎn)能力小、但規(guī)模大也有采用者、應因地制宜 一般適用于大規(guī)模生產(chǎn)、單臺生產(chǎn)能力大、但規(guī)模小者也有采用的、視具體情況而定 15 整流投資 多 少 16 停車對生產(chǎn)的影響 單槽故障對系統(tǒng)影響小、開工率高 單槽出事故對系統(tǒng)影響大 17 膜漏檢查 膜損壞及單槽出事故不易檢查 膜破漏易檢查和檢修、有自動保護裝置 由于單極槽和復極槽各有所長，同時又 各自存在缺點，所以仍然都在發(fā)展中并某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 不斷改進，揚長避短。 單、復極電槽特點見表 411。 目前世界各地區(qū)離子膜法燒堿總能力已達 6000 萬噸 /年，我國自 1986 年首套引進日本旭化成公司 1 萬噸 /年離子膜電解生產(chǎn)燒堿技術裝置在鹽鍋峽化工廠投入運轉以來，又相繼引進了日本旭硝子、旭化成、德山曹達及氯工程；意大利迪諾拉，英國 ICI，美國 ELTECH Systems，伍德迪諾拉，德國伍德等公司數(shù)十套離子膜燒堿裝置，連同國產(chǎn)化的技術裝置，目前國內離子膜法燒堿裝置總生產(chǎn)能力達 280 萬噸 /年，已占氯堿總能力的 27%以上。離子膜法燒堿 是當今世界最新制堿技術。水銀法電解，其產(chǎn)品質量好，但能耗高，對環(huán)境污染嚴重，此工藝已被淘汰。 某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 液氯質量標準 表 335 指 標 名 稱 指 標 優(yōu)等品 一等品 合格品 氯含量 %（ V/V） ≥ 水分含量 %（ m/m） ≤ 氫氣 離子交換膜法電解聯(lián)產(chǎn)濕氫氣參照執(zhí)行引進合同質量標準，見表 336。 50%液堿質量標準 表 332 指 標 名 稱 指 標 氫氧化鈉（ NaOH）， % ≥ 50 % (wt) 氯化鈉（ NaCl）， % ≤ 80 ppm 三氧化二鐵（ Fe2O3）， % ≤ % (wt) 碳酸鈉（ Na2CO3）， % 800 ppm 99%固堿質量標準 表 333 某化工集團年產(chǎn) 36 萬噸離子膜燒堿工程可行性研究報告 指標名稱 指 標 優(yōu)級品 一級品 氫氧化鈉（ NaOH）， % ≥ 氯化鈉（ NaCl）， % ≤ 碳酸鈉 （ Na2CO3）， % ≤ 三氧化二鐵 （ Fe2O3）， % ≤ 鎳 % ≤ 片堿規(guī)格 厚度 ： ~ 粒堿規(guī)格 粒徑： ~ 高純鹽酸 執(zhí)行原化工部標準 HG/T27781996，見表 334。 產(chǎn)品規(guī)格、質量標準 32%液堿 執(zhí)行國家標準 GB/T111991989，見表 331。 產(chǎn)品品種、規(guī)模及商品量表 單位：噸 /年 表 321 序 號 產(chǎn)品名稱 生產(chǎn)量 自用量 商品量 備 注 1 32wt%離子膜法燒堿 360000 12889 147111 折 100wt%NaOH 2 50wt%離子膜法燒堿 20xx00 0 100000 折 100wt%NaOH 3 99wt%離子膜法燒堿 100000 0 100000 折 100wt%NaOH 4 液氯 60000 0 29595 5 31wt%高純鹽酸 80000 54000 26000 氯 平 衡 表