烧碱制备工艺流程.docx

烧碱的制备工艺简介
现代工业主要通过电解饱和NaCl溶液来制备烧碱。电解法又分为水银法、隔膜法和离子膜法，我国目前主要采用的是隔膜法和离子膜法，这二者的主要区别在于隔膜法制碱的蒸发工序比离子膜法要复杂，而离子膜法多了淡盐水脱氯及盐水二次精制工序。
目前我国主要采取隔膜电解法和离子膜电解法。在这次年产五万吨烧碱工艺流程序初步设计中我采取的是隔膜法制烧碱的氢气处理方法，并简要讨论工艺中的能耗情况。原料为粗盐（含大量杂质的氯化钠），根据生产工艺中的耗能情况，将烧碱制法分为整流、盐水精制、盐水电解、液碱蒸发、氯氢处理、固碱生产和废气吸收工序等七个流程。。
图1 烧碱工艺总流程示意图

1-整流

2-盐水精制
3-电解

4-氯氢处理

5-液碱蒸发

6-固碱生产
1.1整流
整流是将电网输入的高压交流电转变成供给电解用的低压直流电的工序，其能耗主要是变压、整流时造成的电损，它以整流效率来衡量。整流效率主要取决于采用的整流装置，整流工序节能途径是提高整流效率。当然减少整流器输出到电解槽之间的电损也是不容忽略的。

1.2盐水精制
将工业盐用水溶解饱和并精制(除去Ca2+、M g2+、S 02-4等有害离子和固体杂质)获得供电解用精制饱和盐水,是盐水精制工序的功能。
一 一次盐水精制：
一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好坏直接影响产品的质量和产量。传统性的一次盐水精制工艺，采用配水、化盐、加精制剂反应、澄清、砂滤，然后再经炭素烧结管过滤器过滤。近几年新建氯碱装置一次盐水工艺大都采用膜过滤技术制取精制盐水，该工艺路线省去了砂滤器、炭素烧结管过滤器。经生产实践证明，经膜过滤分离方法制得的一次盐水质量指标、设备投资等都比传统工艺理想。所以一次精制盐水工艺采用膜过滤器过滤工艺。
采用膜过滤器（不预涂）

图2 盐水一次精制流程图
二次盐水精制：
二次盐水精制采用螯合树脂塔进行吸附。离子膜法电解槽使用的高度选择性离子交换膜要求入槽盐水的钙、镁离子含量低于20wtppb，普通的化学精制法只能使盐水中的钙、镁离子含量降到10wtppb左右。若使钙、镁离子含量降到20wtppb的水平，必须用螯合树脂处理。
二次盐水精制的主要工艺设备是螯合树脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的运行与再生处理及其周期性切换程序控制，可由程序控制器PLC实现，PLC与集散控制系统DCS可以实现数据通讯；也可以直接由DCS实现控制。建议采用三塔式流程。

图3 盐水二次精制流程图

1.3电解
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。
阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
具体流程:由二次盐水精制工序送来的精制盐水，通过盐水高位槽，进入电解槽的阳极液进料总管。其流量由每个电解槽的自调阀来控制，以保证阳极液的浓度达到规定值。进槽值由送入每台电解槽的直流电流进行串控制。
浓度31%的高纯盐酸用来中和从阴极室通过离子膜渗透到阳极室的OH-离子，盐酸经过自动调节与阳极液一起送入阳极室。
精制盐水在阳极室中进行电解，产生氯气，同时NaCL浓度降低。电解槽进、出口之间的NaCL分解率为约50%。
每个阳极室都有两个挠性软管，一个连接进料总管，另一个连接出料总管。电解后产生的氯气和淡盐水混合物通过软管汇集排入阳极液总管，并在总管中进行气体和液体分离。
氯气在氯气总管中进行汇集后送入淡盐水储槽顶部。在此，氯气中的水分被分离并滴落，然后氯气被送往界外。氯气压力由自调阀控制。
淡盐水送入淡盐水储槽底部，然后用淡盐水循环泵一部分经液位自调控制送往脱氯工序；另一部分送往电解槽，进槽淡盐水流量由自动控制。
阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱，碱液进入阴极液循环槽，通过阴极液循环泵一部分经阴极液冷却器进入碱高位槽后，进入电槽，这部分电解液进槽前加纯水稀释，纯水量自调由直流电和碱串级控制；另一部分电解液经液位自调控制送入碱冷却器冷却至约45℃后送往碱储槽，然后送往罐区。
氢气在阴极液出口总管中分离，并在氢气主管线中进行汇集后，送到碱液循环槽顶部。氢气中的水分被分离并滴落，然后氢气送往界外。氢气压力由自调阀控制，与氯气压力串级控制，使氢气和氯气之间压差保持在设定范围内（5KPa）。

图4 精制盐水电解示意图

图5 电解反应方程式
1.4 氯氢处理
氯气处理工序均包括氯气洗涤、冷却除雾、干燥、压缩；氢气处理均包括氢气洗涤、压缩、脱氧、干燥。
离子膜法制碱时，建议氯气处理工艺方案：湿氯气经氯水洗涤，钛管换热器，氯气除盐、降温后经一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯气含水量≤50wtppm，氯气输送选用大型离心式氯气压缩机（透平压缩机）。通常根据氯气压缩机压力的不同，将氯气液化方式分为高压法、中压法和低压法三种。高压法消耗冷冻量少，不需要制冷机，能耗低。但对氯气处理工艺、氯气输送设备的要求高，增加投资费用。因此，国内一般采用中、低压液化方法生产液氯。如下图所示。

图6 电解后氯气处理示意图
1-氯气洗涤塔；2-鼓风机；3-Ⅰ段冷却器；4-Ⅱ段冷却器；5-水雾捕集器；
6-填料干燥塔；7-泡罩干燥塔；8-酸雾捕集器；9-氯压机
氢气处理工艺：电解出来的饱和湿氢气中含有大量的水和其他气体，一般采用间接法和直接法除去以达到工艺要求。由于在本次设计中不充分考虑热综合利用，所以采用直接法进行氢气的处理，可以简化工艺流程，节约投资费用。它是由电解槽中出来的氢气经氢气缓冲罐后进入一段洗涤塔洗去一部分的杂质及使氢气冷却至50℃后在经二段洗涤塔除杂质及冷却至30℃，之后再经过丝网除雾器除去盐和碱的雾沫后，用罗茨鼓风机抽送至分配台进行下一阶段的分配。氢气处理工艺流程图见下：

4、淡盐水脱氯工序
电解槽出来的淡盐水和氯氢处理来的氯水混合后，用31%的高纯盐酸将PH值调节到约1.5，送入脱氯塔的顶部。脱氯塔的压力为-70～75Kpa，由真空泵进行控制。脱氯塔出口处游离氯降低到50mg/L，脱出的氯气汇入氯气总管，也可送入废气吸收塔。
脱氯后的淡盐水先用NaOH把PH调到9～11，再将亚硫酸钠储槽中配制的浓度为10wt%的亚硫酸钠溶液用亚硫酸钠泵加入到淡盐水管道中，以彻底除去残余的游离氯。游离氯含量为0的脱氯盐水送回一次盐水工序化盐。
1．5 液碱蒸发
将电解槽生产的液碱通过蒸发系统用蒸汽加热将一部分水蒸出，并将绝大部分盐（N a C I) 分离出去，从而获得成品液碱。

1.6 固碱生产
将蒸发获得的液碱采用大锅熬煮或升膜一降膜一闪蒸方法进一步浓缩生产固碱，其主要消耗是燃料(煤、重油、氢气)。因此，固碱生产节能主要是充分利用燃料燃烧热量和节约燃料的流程等。