氯碱生产技术.doc

氯 碱 生 产 技 术概述氯碱工业是生产烧碱、氯气和氢气以及由其衍生系列化工产品的基本化学工业其产品广泛用于国民经济各部门，如造纸、纺织、医药、农药、冶金、有色金属工业以及石油化工等部门；对国民经济和国防建设具有重要的作用氯碱生产技术是由氯化钠溶液经电解，从阳极产生氯气、阴极得到氢气同时联产氢氧化钠为防止电解产物相混，中间用隔膜隔开如图 1直 流 电 流＋ －I I阳极 阴极隔 膜e e(饱 和 盐 水 )NaClOH--ClCl-Cl-NalNal+}Na+H2O2l2I立 式 隔 膜 电 解 槽 示 意 图图 1　立式隔膜电解槽示意图电解槽的阳极和直流电源的正极相联，阴极与负极相联，当电路接通后，电流由正极流向阳极，经 NaCl 水溶液由阴极返回直流电源的负极，形成电流回路同时在电极和溶液界面上，分别进行 Cl-离子的氧化反应和 H2O 分子（或 H＋ 离子）的还原反应阳极：2 Cl-－2e →Cl 2↑；阴极：2H 2O＋2e － →2OH -+ H2↑，结果获得氯气、氢气和在阴极室生成的 NaOH 溶液食盐水溶液的电解反应：2NaCl＋2 H2O→Cl 2↑＋H 2↑＋2NaOH。

上项反应不能自发进行，必须外界输入电能用电解的2方法强制进行，这种有电子参加的化学反应，称为电化学反应，从氯化钠水溶液制Cl2、 NaOH 和 H2 的反应，是由电能转变为化学能的过程，称为电解过程工业上采用电化学法生产氯气和烧碱始于 1890 年，我国第一家氯碱厂是上海天原电化厂，1930 年正式投产，目前全世界有 500 多家氯碱公司，总生产能力烧碱6200 万吨/年以上，我国电解法烧碱生产企业有 250 家，生产能力近 900 万吨/ 年，仅次于美国，居世界第二位⑴我国烧碱产品品种主要有 30％、42％、45％、50％的液碱，96％、99％的固碱、片碱及粒碱等⑵电解槽的结构与材料，我国目前约 70％氯碱企业采用隔膜法金属阳极电解槽，而能耗较低的离子膜法电解技术由于一次投资较大（离子膜依靠进口）仅占30％，但其优质低耗，吨碱节电 300 度以上，是今后氯碱行业发展的方向⑶我国烧碱消费构成情况：　　　　　　　　　　　　表一消　费　领　域 2000 年 2005 年（预测）轻工：纸浆、合成洗涤剂、味精、饮料等 30.0 26.7化工：有机产品、无机产品、农药等 30.0 33.0纺织工业：粘胶纤维、印染布、棉织品 19.1 17.9医药工业 6.5 5.2冶金 6.3 6.7石油：开采炼制 2.5 3.2水处理 3.5 3.3军工 0.1 2.0其它 2.0 2.0⑷用氯产品消费构成情况：　　　　　　　　　　　　　　　表二消　费　领　域 2000 年 2005 年（预测）无 机 化 学 品 ： 盐 酸 、 漂 液 、 氯 磺 酸 、 氯 化 钙 等 41.7 38.0有机氯产品：VC、VDC、甲烷氯化物 29.1 33.0CB、水合胼、 TDI 染料等 12.0 11.0医药、农药中间体、水处理 16.2 17.5其它 1.0 0.53氯碱生产的主要化工原料为氯化钠，同时需供给大容量的直流电源，进行电化学反应而得产品。

由于工业食盐含有钙、镁、硫酸盐等杂质，对电极反应和隔膜的使用寿命影响较大，故必须进行精制处理，同时产生的氯气、氢气含饱和水蒸汽必须经过冷却、干燥处理，才可输送、使用；电解液含 NaOH 较低，隔膜法电解所得碱液含氯化钠较高（饱和） ，必须蒸发浓缩并除盐才可得到合格的产品因此，氯碱企业必须具备⑴供配电整流工段；⑵化盐精制工段；⑶电解工段；⑷氯氢处理工段；⑸蒸发工段，我公司现有氯产品为合成盐酸、液氯、漂白液，分别介绍于下：盐 水 精 制 工 段1、任务：通过固体盐的溶化（或卤水重饱和） ，杂质成分沉淀及除去不溶物的沉降，精制盐水的过滤与中和等工艺过程，供应符合电解槽需要的高纯度饱和盐水2、原盐概况：原盐有海盐（海洋中 NaCl 浓度平均为 33-36%） ，湖盐、井盐和矿盐四种我国原盐组成见下表：　　　　　　　　　　　　　　　　表三品种 产地NaCl　％Ca＋2％Mg＋ 2％SO4-2％水不溶物％水分％河北长芦 94.47 0.17 0.13 0.38 0.14 2.4山东青岛 94.21 0.21 0.11 0.62 0.15 3.7江苏淮北 93.03 0.12 0.20 0.75 0.04 4.07海盐海南莺歌 93.95 0.17 0.07 0.36 0.97 4.10内 蒙 雅 布 赖 99.05 0.07 0.02 0.21 0.43 0.105湖盐青海茶卡 97.56 0.27 0.05 0.67 0.41 0.48四川自贡 97.94 0.18 0.04 0.35 0.14 0.70井矿盐湖北应城 94.60 0.10 0.03湘 澧 盐 矿 年 产 精 盐 50 万 吨 ， 主 要 成 分 如 下 ：NaCl　97％，SO 4-20.45％，Ca ＋2 0.04％，Mg ＋2 0.02％。

提供我厂精卤主要成分：NaCl≥285g/l，SO 4-42≤5g/l，铵总量≤20mg/l3、原盐及盐水溶液的性质：⑴原 盐 的 物 理 性 质 ： 纯 盐 分 子 式 ： NaCl， 分 子 量 ： 58.44， 无 色 透 明 的正 六 面 体 结 晶 相 对 密 度 2.161(25℃ )， 散 重 0.9-1.1kg/l，溶点 800.8℃，沸点 1465℃，硬度 2.5⑵ NaCl 在水中的溶解度：　　　　　　　　　　 　　　　　　　　表四溶 解 度 溶 解 度温度℃％ g/l温度℃% g/l-6 25.48 305.4 50 26.89 319.20 26.34 316.2 60 27.09 320.510 26.35 316.7 70 27.3 321.820 26.43 317.2 80 27.53 323.330 26.56 317.6 90 27.80 325.340 26.71 318.1 100 28.12 32820℃时 NaCl 饱和溶液 318g/l 的重度 1.2003g/cm34、盐水精制流程 乙原盐经计量由皮带输送机送入化盐桶，并保持盐层高度在 2.5～3.0 米；用泵送5入配水桶内的化盐水，经分配管均匀流入，自下而上逆流通过盐层，并通适量蒸汽，保持化盐温度 50-60℃，溶解原盐制成饱和的粗盐水从上部溢出，流入精制反应器（或曲径槽）加入 BaCl2，NaOH，Na 2CO3 溶液，使粗盐水中杂质离子 Mg＋2 生成Mg(OH)2 沉淀，Ca ＋2 生成 CaCO3 沉淀，SO 4-2 生成 BaSO4 沉淀，以便除去。

为保证反应完全，严格控制 Na2CO3 和 NaOH 的过碱量略大于理论用量；BaCl 2 的加入量则按反应后盐水中 SO4-2 含量不超过 5g/l 的标准加以控制反应后流入澄清桶的中间筒，同时加入助沉剂聚丙烯酸钠或 FeCl3 稀溶液，盐水助沉剂浓度 3～10ppm，使细小沉淀凝聚沉入桶底；澄清的盐水则上升到上层溢流堰流出进入重力式沙滤器过滤，清盐水流入精盐水贮槽澄清桶底部的盐泥由泥耙集中后，定期排入泥浆中间槽，用泥浆泵送到三层洗泥桶，用蒸发工段冷凝水洗涤，回收盐泥中的 NaCl，洗水进入配水桶用来化盐盐泥经自动板框式压滤机压滤，泥饼集中处理本厂现用湘澧盐矿的精卤水， （含 NaCl≥285g/l， ） ，未达到饱和盐水指标，故先送入卤水贮槽中，然后与配水槽中化盐水混合送至蒸发工段离心机下盐流槽中混合，盐浆进入重饱和池中，用泵搅拌混和使其充分溶解达饱和，泵出口经旋液分离器，清液送至盐水精制工序，底流盐浆返回重饱和池中饱和清盐水经预热器加热至 55-60℃进入反应槽，再分别加入 BaCl2，NaOH，Na 2CO3 等沉淀剂，使杂质离子沉淀反应后流入澄清桶的中间筒；同时加入助沉剂 3～10ppm ，使细小沉淀凝聚沉入桶底；澄清的盐水从上层溢流堰流入沙滤器过滤，再经中和槽调节PH＝7－8，清盐水流入贮槽备用。

澄清桶底部的盐泥由泥耙集中到底部再排入泥浆中间槽，用泥浆泵直接送入板框式压滤机压滤，泥饼集中处理盐水精制过程化学反应：⑴除 Ca＋2 ：CaSO 4+Na2CO3→CaCO 3↓+ Na2SO4 CaCl2+Na2CO3→CaCO 3↓+NaCl⑵除 Mg＋2 ：MgCl 2+2NaOH→Mg(OH) 2↓+ 2NaCl ⑶除 SO4-2：CaSO 4＋BaCl 2→BaSO 4↓＋CaCl 2,NaSO4+ BaCl2→BaSO 4↓＋ 2NaCl,用 BaCl2 除去 SO4-2 的精制过程，要注意必须先加 BaCl2 沉淀剂，然后加入NaOH 与 Na2CO3；如先加 Na2CO3 溶液则加入 BaCl2 时，将生成 BaCO3，其溶解度小，只能随着可溶部分的反应，除 SO4-2 效果差，所以当 SO4-2 高，必须用 BaCl2 除去时，往往在化盐桶上先加入，效果较佳65、资 料 介 绍 盐 是 氯 碱 工 业 的 唯 一 原 料 ， 原 盐 费 用 占 生 产 成 本 的20～ 30％ ， 仅次于能源的主要费用目前吨碱（折 100％）约消耗原盐（折 100％）1.5-1.6 吨（理论值为 1.462 吨） ，当前海盐价格暴涨，用精卤成本仅为原盐的 10-20％，大大降低了成本费用。

6、工艺控制指标　　　　　　　　　　　　　　　　　　表五序号 项目名称 控　　制　　指　　标 次数 负责人1 饱和卤水 NaCl：315±2g/l;NaOH:0.1～0.3g/l; SO4-296％ 单槽 一周后验收 槽管组16 新槽氯内 H2 ≤0.8％ 单槽 一周后验收 槽管组17 新槽氯中 O2 ≤1.0% 单槽 一周后验收 槽管组18 新槽碱浓度 NaOH100～120g/l 单槽 一周后验收 槽管组19 槽电压 ≤3.10V（1500A/m 2） 单槽 一周后验收 槽管组C30-III 型电解槽技术参数　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表七项目名称 数 据 项目名称 数 据运行电流 45KA 电流效率（阴极） 95%进槽 NaCl 浓度 >310g/l 阳极平衡电位 1.215V阴阳极间距 8.5mm 阴极平衡电位 0.846V14隔膜厚 2.4mm 阳极过电位 0.098V阳极网尺寸 800×400×36mm 阴极过电位 0.243V复合棒 32×32×930mm 溶液欧姆电压降 0.262V阴极液 NaOH 浓度 120g/l 隔膜电压降 0.450V阴极液 NaCl 含量 190g/l 金属导体（含接触） 电压降 0.127V阳极液 NaCl 含量 270g/l 总槽电压 3.24V阳极液 PH 值 3.0-4.0槽温 91℃氯　氢　处　理氯氢处理在氯碱生产中是承上启下的工序，是电解槽稳定操作，安全生产的重要环节，若不重视，发生事故将对整个生产系统带来严重后果。

电解槽出来的湿氯气，一般温度在 90℃左右，伴有大量水蒸汽及夹带盐雾等杂质，其对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，使得生产及输送极不方便，但干燥的氯气对钢铁等常用材料的腐蚀在通常条件下是较小的，所以将湿氯气干燥除水是生产和使用氯气的过程中所必须做的通常采用的方法是先冷却气体使湿氯气中的大部分水汽冷凝除去，然后用干燥剂以进一步除去其水分，达到氯气干燥之目的1、湿氯气的冷却与干燥工艺过程不同温度下饱和的湿氯气中的水蒸汽分压及含水量　　　　　　　　　表八温度℃水蒸汽分压mmHg水蒸汽含量g/m3 湿氯气水蒸汽含量g/kg 湿氯气10 9.2 9.4 3.115 12.8 12.8 4.320 17.5 17.5 5.925 23.8 23.0 8.130 31.8 30.0 10.835 42.2 39.6 14.740 55.3 51.2 19.845。