采用LSZ药剂进行氯酸盐分解的技术改造项目

采用LSZ药剂进行氯酸盐分解的技术改造项目
宋旭东;罗莎;钟彦龙;张术山
【摘要】介绍了采用LSZ药剂进行氯酸盐分解的工艺改造的目的、内容、过程,总结了改造的特点及效果.该项目新增加1套LSZ加药装置,在现有的氯酸盐分解系统上进行改造,投资小、施工快,产生的经济效益达1064.6万元/a.
【期刊名称】《氯碱工业》
【年(卷),期】2018(054)011
【总页数】3页(P5-7)
【关键词】氯酸盐分解;盐水精制;技术改造
【作者】宋旭东;罗莎;钟彦龙;张术山
【作者单位】内蒙古鄂尔多斯电力冶金股份有限公司氯碱化工分公司,内蒙古鄂尔多斯016064;内蒙古鄂尔多斯电力冶金股份有限公司氯碱化工分公司,内蒙古鄂尔多斯016064;内蒙古鄂尔多斯电力冶金股份有限公司氯碱化工分公司,内蒙古鄂尔多斯016064;内蒙古鄂尔多斯电力冶金股份有限公司氯碱化工分公司,内蒙古鄂尔多斯016064
【正文语种】中文
【中图分类】TQ114.261
内蒙古鄂尔多斯电力冶金股份有限公司(以下简称“鄂尔多斯电力冶金”)氯碱化工分公司2012年建成投产，其烧碱产能为30万t/a、PVC产能为40万t/a。

电解
装置引进国外膜极距自然循环离子膜电解槽(n-BiTAC890)，淡盐水氯酸盐分解工
艺采用盐酸、蒸汽热分解法，次氯酸盐分解采用真空脱氯加Na2SO3还原法。

盐
酸热分解法是向出槽淡盐水中加入盐酸，并采用蒸汽间接加热法分解氯酸盐，其分解反应原理为：
2NaClO3+4HCl2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O；
(1)
NaClO3+6HCl3Cl2+NaCl+3H2O。

(2)
1 盐酸、蒸汽热分解法存在的弊端
1.1 消耗大量的蒸汽及高纯盐酸
为使氯酸盐分解率达标，在生产控制时加酸量偏高，这又使后期调节淡盐水pH值增加了质量分数为32%碱的加入，进而增加了生产成本。

1.2 污染环境
氯酸盐分解在高温、高酸度条件下运行，对氯酸盐分解槽槽体(玻璃钢)及附属设施造成严重腐蚀，氯气泄漏时有发生，造成环镜污染，厂区环境、操作环境非常差。

1.3 离子膜使用时间影响氯酸盐分解及电解电流
随着离子膜使用年限的延长，氯酸盐的分解负荷呈上升趋势，其电流效率逐步下降。

尽管通过控制进槽盐水质量，控制氯、氢压差平稳等措施可以降低电解负荷的下降梯度，但下降趋势不可避免，因此，电解出槽淡盐水中氯酸盐的含量与离子膜电流效率呈反向增加的状态。

有的企业用膜后期的氯酸盐含量是用膜初期的两倍，造成分解成本进一步上升的同时，装置的负荷率显著提升，给生产带来巨大的压力。

1.4 分解过程中有可能生成二氧化氯
从分解原理可见：在分解过程中有可能伴随二氧化氯发生反应。

据资料介绍，二氧化氯生成与盐酸和氯酸盐的摩尔浓度比相关，在c(HCl)∶c(NaClO3)约为2∶1时，
反应产物主要为ClO2；当c(HCl)∶c(NaClO3)比值约为6∶1时，反应产物主要为氯气。

尽管在日常生产中严格控制淡盐水的酸度，二氧化氯产生的可能性也未完全消除。

而二氧化氯属于爆炸性气体，100 ℃以上为高温敏感爆炸物，对安全生产存在着潜在的风险。

1.5 盐酸、烧碱加入量较高造成消耗偏高并夹带水
盐酸蒸汽热分解法是从加盐酸开始到脱氯后的pH值调节为止，盐酸、烧碱加入量较高，造成消耗偏高的同时，夹带进系统的水量也不能完全忽视。

控制离子膜电解系统的水量平衡是烧碱生产企业十分关心的事项，特别是对于部分使用卤水化盐尤其是全卤水化盐的企业更显重要。

2 鄂尔多斯电力冶金离子膜系统生产现状
鄂尔多斯电力冶金离子膜系统自2012年开车以来，受整流器等环节的影响，装置开车初期整体运行的稳定性较差，后期通过整改稳定性逐步得到提高，但离子膜的电流效率呈逐步下降的趋势，系统氯酸盐的分解负荷逐步上升，分解现场的环境日渐恶化，成本逐年上升。

3 氯酸盐分解工艺改造
针对存在的问题，鄂尔多斯电力冶金对氯酸盐分解工艺进行技术改造，经过技术交流及调研、论证，决定采用LSZ药剂代替蒸汽及高纯盐酸进行氯酸盐分解。

鄂尔多斯电力冶金自投产以来，一直采用化学去除法进行氯酸盐分解。

淡盐水通过板式换热器升温至92 ℃，通过管道混合器加入质量分数为31%的高纯盐酸进入分解槽顶部；处理后的淡盐水从分解槽顶部溢流进入氯水槽，氯气从分解槽顶部出来并入氯气总管。

分解槽体积为49 m3，进分解槽的淡盐水流量为15 m3/h，加酸量为1.85 m3/h。

3.1 改造前氯酸盐分解量计算
2016年10月(技改前)进氯酸盐分解槽淡盐水中氯酸盐的质量浓度为7.86 g/L, 出
分解槽淡盐水中氯酸盐的质量浓度为1.83 g/L,氯酸盐分解计算如下。

(1)进槽氯酸盐量：15×7.86=117.9(kg/h)。

(2)出槽氯酸盐量：
(15+1.85)×1.83=30.83(kg/h)。

(3)分解氯酸盐的量：117.9-30.83≈87(k g)。

3.2 改造方案论证及改造措施
在离子膜运行后期，氯酸盐生成量较大，系统氯酸盐含量在上涨，但氯酸盐分解槽的能力已达到上限，新增量大于分解量。

经过分析论证，鄂尔多斯电力冶金得出结论：采用LSZ药剂法除氯酸盐技术，在淡盐水进板式换热器之前加入药剂，可以在不加酸和蒸汽加热的情况下达到分解氯酸盐的目的。

且分解停留时间较短，可以提高进分解槽淡盐水流量到20 m3/h。

节约蒸汽、高纯酸及质量分数为32%碱的用量。

论证后，对现有的氯酸盐分解工艺进行了改造(见图1)。

虚线区域为新增部分图1 技术改造工艺流程图
Fig.1 Technically modified process flow diagram
在项目改造过程中，保持原有管线，并在原有工艺的基础上增加1个120 m3的304不锈钢药剂储槽和1台卸车泵，增加1套现场控制柜(可实现DCS控制)的计量泵加药模块，在淡盐水进板式换热器的管道上加入LSZ药剂，代替升温、加酸来分解氯酸盐。

4 技改项目的投资情况
(1)药剂厂家总包供货，包括控制计量模块(现场控制柜、加药计量泵、管道、阀门及配套仪表、电缆)、120 m3药剂储罐(材质304)1台、不锈钢卸料泵(Q=30
m3/h，h=40 m)1台，合同总价90万元。

(2)钢筋混凝土药剂储槽基础Φ 2 300 mm×2 000 mm及卸料泵基础800 mm×1
200 mm各1个，土建工程费用约5万元。

(3)由本厂维修人员进行配管安装，安装工期1周左右，费用忽略不计。

(4)项目总投资：90+5=95(万元)。

5 技改项目运行前后指标对比
该项目安装调试完成后，2016年11月下旬正式投入运行。

从装置投运开始截至2017年10月，鄂尔多斯电力冶金一直对系统运行状况进行跟踪，系统运行平稳，脱除氯酸盐满足要求，具体运行数据对比见表1。

表1 技术改造前后运行数据比较表Table 1 Operation data before and after technical modification对比项目技改前技改后进分解槽淡盐水流量
/(m3/h)15.0020.00进分解槽ρ(氯酸盐)/(g/L)7.866.40出分解槽ρ(氯酸
盐)/(g/L)1.831.91高纯盐酸加入量/(m3/h)1.850.40蒸汽消耗/(t/h)1.5032%碱消耗/(t/h)0.910.30LSZ药剂加入量/(L/h)100氯酸盐处理量/(kg/h)90.1089.00
6 技改项目运行经济效益
根据表1中数据，以处理90 kg氯酸盐为例，技改前1 h须消耗高纯盐酸1.85
t(质量分数为31%、密度为1.149 2 t/m3)、蒸汽1.5 t、质量分数为32%的碱
0.91 t；技改后1 h须消耗LSZ药剂100 L。

药剂密度约0.875 kg/m3，即0.875 t药剂。

根据2016年质量分数32%液碱平均外售单价为2 000元/t、自备电厂蒸汽进厂
结算单价62元/t计，节约的高纯盐酸可以减少产酸量，将HCl气体送往氯乙烯合成工序，故按折算PVC成本单价818元/t计，LSZ药剂按不含税单价4 000元/t 计，生产时间按8 000 h/a计，计算如下。

6.1 技改前需费用计算
(1)高纯盐酸。

1.85×31%×8 000×818=375.3万(元/a)。

(2)蒸汽。

1.5×8 000×62=74.4万(元/a)。

(3)烧碱。

0.91×8 000×2 000=1 456万(元/a)。

(4)合计。

375.3+74.4+1 456=1 905.7万(元/a)。

6.2 技改后需费用计算
(1)LSZ药剂。

0.875×8 000×4 000=280万(元/a)；
(2)高纯盐酸。

0.4×1.149 2×31%×8 000×818=
93.32万(元/a)。

(3)烧碱。

0.3×8 000×2 000=480万(元/a)。

(4)合计。

280+93.32+480=853.32(万元/a)。

综合以上，技术改造后采用LSZ药剂法除氯酸盐创效：1 905.7-853.32=1
052.38(万元/a)。

7 结语
自离子膜电解技术诞生以来，氯碱企业及很多科研单位对氯酸盐法分解工艺做了很多工作，取得了很大的进步。

LSZ药剂法的实施，大幅度减少了蒸汽、高纯盐酸及质量分数32%碱的消耗，项目改造后不仅带来了1 052.38万元的巨大的经济效益，而且产生了巨大的环保效益，并消除了泄漏氯气对周围岗位设备、仪表的腐蚀及对环境的污染。

该技改项目为降低成本、增加效益迈出了坚实的一步。

今后，鄂尔多
斯电力冶金将继续对该系统进行数据跟踪及指标优化，重点在电解电流效率、进槽盐水加酸等方面着力开展工作，力争使系统更加合理。

参考文献
【相关文献】
[1] 方度,蒋兰荪,吴正德.氯碱工艺学[M].北京：化学工业出版社，1990：175-179.。