氯碱生产工艺方法比较分析

时间:2022-06-20 10:28:53

氯碱生产工艺方法比较分析

摘要:氯碱生产工艺方法多种多样,主要有水银法、苛化法、离子膜法、隔膜法等,其中离子膜法和隔膜法两种方法应用最为广泛。本文从氯碱生产角度入手,对离子膜法和隔膜法在化盐工段、电解工段、蒸发工段、氯氢处理工段的生产工艺进行了对比分析,从中窥探出两种生产工艺的优缺点。

关键词:氯碱生产工艺;离子膜法;隔膜法;优缺点

氯碱生产工业是我国基本化学工业中的基础工业,在化工业、纺织业、轻工业、冶炼业等广泛应用。众所周知,氯碱生产采用化学方法,生产制作过程中消耗大量能源,还会产生一定的环境污染问题。介于此,应当对现有氯碱生产工艺方法进行对比分析,为未来氯碱生产工艺方法创新进行借鉴。

1化盐工段

在这一阶段,对盐水标准进行比较分析。普通标准下,精盐水槽里面的氯化钾质量浓度为300~310g/L。采用隔膜法生产氯碱时,该种方法对盐水标准较低,无论有没有硫酸根,化盐中都不会积累硫酸根。所以,很多地下盐丰富地方,可以用卤水制造碱,资源消耗相对小,故资源优势明显[1]。但是,隔膜法使用寿命不长,为延长隔膜法运转时间,需要消除盐水中的钙镁离子、及固体悬浮颗粒物质等含量。部分企业采用氯碱工艺静制盐水,具体方式:第一,溶解盐时,循环使用盐水,溶解后的盐水中反应生成了Mg(OH)2物质;第二,使用碳酸钾,用于沉淀CaCO3;第三,反应后,对精盐水进行澄清;第四,使用砂滤器对澄清盐水进行过滤。通过以上操作,可进一步提升盐水质量。离子膜法在盐水工段的主要工作依然是除硫酸根,结束这一重要工作后,经过干盐饱和,再加入碳酸钾、氢氧化钾、氯化铁等物质,之后使用预处理器、膜过滤器进行处理,加入盐酸中和后,生成一次精盐水。将一次精盐水放置入螯合树脂塔中将钙镁离子控制到20ppb以下,得到二次精盐水,再对二次精盐水进行电解。这过程中,虽然可以达到预期目的,但是有污染问题。对此,对生产工艺进行改造,使用戈尔膜进行过滤,二次精盐水质量得以明显提升,对比发现,隔膜法对盐水标准较低,而离子膜法对盐水标准相对高一些。改造后的隔膜法、离子膜,盐水质量大幅度提升。

2电解工段

在电解阶段,隔膜法一般使用国产电解槽,如KD-55型、C47型、30型、25型等[2]。隔膜材料主要是石棉绒,经吸膜池搅合后为悬浮状,且无结块、无搭桥。成膜后,检查隔膜外形,确认其厚度平衡,表面平整、光滑,没有铁丝露等现象后,将隔膜烘干。这种生产方式操作相对简单,这是隔膜法的主要优点,但是有一个致命性缺点,即有致癌性。若弥补这一缺点,应考虑如何优化工艺,降低生产工艺的致癌性。离子膜法在电解阶段,对盐水标准较高,先一次盐水精制后,再经过螯合树脂塔吸收后进行二次盐水精制。二次精制盐水进入电解槽后进行电解,具体步骤如图1所示。图1离子膜法电解生产工艺示意图离子膜法采用的离子膜,虽然由国内企业提供,但是基本从美国、日本等进口而来,价格较低用,生产工艺成本高。不少企业为降低生产工艺成本,在离子膜研发上投入了很大的资金,目前东岳集团研发工作已经取得突破性成果。该集团使用自行研发的离子膜生产烧碱,每吨消耗的能量,比隔膜法低30%左右。所以,与隔膜法相比,采用国内集团公司研发的离子膜法,可以降低电解能耗。

3蒸发工段

在蒸发工段,隔膜法生产工艺产生的电解液,KOH质量约占10%左右,其中含盐较高。由于隔膜法生产工艺要求高,电解蒸发必须使用相配套的蒸发程序,虽然能够增加电解液质量分数,但是能耗消耗很大。但是使用离子膜法生产出来的电解液,其中的KOH质量分数约30%左右。可以看出,离子膜法生产出来的电解液质量标准很高,可以直接制作成成品。

4氯氢处理工段

电解反应过程中,无论采用隔膜法、离子膜法,都会产生氢气、氯气[3],这些物质是直接被解离出来的,不用于下一步工序,需要进行氢气、氯气处理。其中,湿氯气腐蚀性比较强,而干氯气腐蚀性相对低一些,对碳钢腐蚀影响较低。所以,电解液传送与应用过程中要对氯气进行干燥处理。氯气处理一般采用两种方式,第一种是使用钛冷却器进行干燥处理,第二种是采用浓硫酸。除了氯气外,氢气处理也是尤为关键的,可以采用水洗,冷却将氢气中氢氧化钾等物质去除。在氯气、氢气处理上,隔膜法、离子膜法虽然有一定的去除效果,但是效果都没有达到非常好的效果,这是这两种方法的主要缺陷。目前,国内一些企业基于隔膜法、离子膜法的基本原理研制了一个配套的氯氢处理设备,合用隔膜法和离子膜法,很好的提高了氯气、氢气去除效果。

5结语

综上所述,隔膜法、离子膜法是氯碱生产常用的两种工艺,对它们的生产工艺及优缺点进行分析,可以进一步优化隔膜法和离子膜法。今后工作中,要加强对氯碱生产工艺方法的对比分析,针对生产工艺缺陷开展技术研发,以弥补缺陷,提高氯碱生产工艺水平。

作者:魏洪鑫 单位:青海盐湖股份有限公司化工分公司氯碱厂

参考文献:

[1]曲红星,褚福林.氯碱生产过程中氯化钾盐水除铵工艺研究[J].科技创新与应用,2014,06:47.

[2]陈秀清.氯碱生产工艺研究探讨[J].广州化工,2011,03:157-159.

[3]刘春玲.氯碱生产工艺中废水回收利用的探讨[J].石河子科技,2013,06:40-42.