离子膜烧碱生产工艺浅析

离子膜烧碱生产工艺浅析

作者：许明

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第03期

摘要：离子膜法生产烧碱是目前世界上最先进的制碱技术，国内许多氯碱企业虽然也发现了成套引进的生产工艺存在某些工艺设计不合理、原材料及能源浪费等问题，但由于氯碱生产属于高危生产行业，且离子膜烧碱生产系统自动化程度高、联锁点多、技术复杂，一旦出现失误极易造成严重的安全环保事故和巨大的经济损失等原因，一直没有研究开发出有效的解决办法，致使我国的离子膜烧碱生产工艺一直无大的改进或实质性进展。本文分析了离子膜烧碱生产工艺。

关键词：离子膜；能耗；烧碱；生产工艺

离子膜电解法又称膜电槽电解法，是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。离子膜电解法是在离子交换树脂（见离子交换剂）的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。这项技术已经用于氯碱的生产，海水和苦咸水的淡化，工业用水和超纯水的制备，酶、维生素与氨基酸等药品的精制，电镀废液的回收，放射性废水的处理等方面，其中应用最广泛、成效最显著的是氯碱工业。在氯碱工业中，利用阳离子交换膜电解槽电解食盐或氯化钾水溶液来制造氯气、氢气和高纯度的烧碱（氢氧化钠）或氢氧化钾。

1 离子膜烧碱生产工艺

1.1 配水

在电解的工序中，需要脱离掉淡盐水中多余的硫酸根。被输送到一次盐水工序的淡盐水包含两个部分：第一部分便是流经自动控制的装置调节出的盐水；第二部分是存储在储槽中的上清液（已经沉淀处理）。从其它的工序中回收出来的水，调节所用的水和盐泥中排滤出的滤液，经过一定比例的调和就形成了化盐水。

1.2 化盐和盐水的精制

把化盐水的温度调到适合，在盐池的底部经过逆流的方式接触到原盐，在逆流的水流中添加氢氧化钠溶液同液体中的镁离子发生化学反应，产生沉淀氢氧化镁而被分离出去，有机质也被逐步的分解为较小的分子。经过混合器加压后的粗盐水，会进入预处理器中。在盐水中的小分子和悬浮状的物质就会以沉淀的形式被除去。留在反应槽里面的清盐水经过膜分离之后，合格的还要进行第二次的盐水再精制。螯合树脂就是二次精制中必备的药品。过滤后的一次盐

水被送到螯合树脂塔，在塔中进行离子的交换，除去了盐水中过量的Mg2+、Ca2+等离子，之后剩下的盐水又被输送到电解程序里面做电解处理。

1.3 电解

二次盐水进入到阳极室之后，再被点解，然后产生的氯气和淡盐水就可以分开了，氯气就会一次性的处理，淡盐水则被输入到脱氯泵中。为了保证电解液中的温度，就要对阴极采取加冷的措施，使阴极液冷却下来。在点解过程中生成的氢气被排到处理装置中进行处理。

1.4 淡盐水的脱氯

在淡盐水出电解槽后，必须对其进行除氯处理。因为在淡盐水中可能会存在游离态的氯气，而这些氯气对生产的管道和设备有着强烈的腐蚀作用。为了降低浪费和损耗，有必要将淡盐水中可能存在的游离态的氯气给除去。在淡盐水中添加还原性的材料，比如亚硫酸钠等，均可以保证清除的彻底性。淡盐水在经过点解之后，要对其PH 值进行调节，游离态的氯可以经由脱氯塔滤去，而达到的氯气又可以再次的投入到生产中，经过彻底脱氯的淡盐水会输送到一次盐水的地方，在进行配水和化盐等工序。

2 离子膜烧碱生产工艺的优化方案

2.1 淡盐水脱氯系统优化方案及改进内容

从离子膜电解槽出来的淡盐水经过脱氯可以保证返回的淡盐水指标稳定并减轻对一次盐水工序设备和管道的腐蚀，但需要消耗Na2 SO3 、纯水、动力和人工，不仅增大设备投资（如亚硫酸钠储罐和配制槽、泵、自动调节阀及在线监测和计量装置、配套管道和阀门等），还会增加系统硫酸根含量，造成一次盐水工序的氯化钡用量和外排盐泥明显增加。为此，取消脱氯塔后亚硫酸钠处理装置，并对离子膜电解及淡盐水脱氯等系统设备、管道、阀门、自动监测装置进行改造，调整相关工艺操作，变更工艺控制指标和自动控制系统的控制参数，使返回淡盐水中保留规定量的游离氯，把该淡盐水直接送去一次盐水工序。值得注意的是，离子膜烧碱生产系统设置有许多自动联锁，如果不能保证工艺指标控制在规定范围内以及生产系统的运行稳定，则可能造成整个生产系统无法正常运行甚至非正常停车。

2.2 一次盐水精制系统优化方案及改进内容

在一次盐水工序中，如果返回淡盐水中含有规定量的游离氯，则可以取消粗盐水加次氯酸钠处理装置，增加一次盐水在线pH监测和在线液体物料氧化还原电位（ORP）自动测量装置及自动调节装置，对相关工艺装置进行同步改进，并调整相关工艺操作方法、变更工艺控制指标和自动控制系统控制参数。在一次盐水生产中取消加次氯酸钠装置必须保证一次盐水生产系统运行稳定，合理调整化盐水中游离氯的含量，保持粗盐水中所含游离氯在规定范围，达到除

去有机物和菌藻类的目的。如果游离氯的含量偏高，则会造成后续系统设备腐蚀与环境污染，提高生产成本，甚至会造成离子膜电解槽电流效率降低等不良后果；如果一次盐水的质量指标出现波动，将造成二次盐水系统随着出现波动，甚至影响入槽盐水的质量。

总之，随着科学技术的发展，技术水平迅速提高，新技术、新工艺层出不穷，良好的离子膜烧碱生产系统为高电流密度电解槽的使用打下基础；国家产业政策要求氯碱行业向着清洁文明方向发展，节能和减排同时作为企业经营考核的指标，都将促进技术的创新与应用。