氯碱生产及其污染与控制

氯碱生产及其污染与控制

一、氯碱生产简介

氯碱工业是国民经济的重要组成部分，是基础化工原材料行业，其碱、氯、酸等产品广泛地应用于建材、化工、冶金、造纸、纺织、石油等工业，在整个国家工业体系中占据着十分重要的基础性地位。氯碱工业以盐为原料，电解工业盐水制成烧碱、盐酸、氯气、氢气，氯气进一步制成以聚氯乙烯为代表的多种耗氯产品，目前我国能够生产200多种耗氯产品，主要品种70多个。氯碱生产工艺有隔膜电解、水银电解和离子膜法。水银法电流效率高，产品质量好，但污染严重,易发生炸槽事故；隔膜法生产效率低，产品质量差，所用石棉污染环境，对人体有危害；离子膜法电流效率高，产品质好且无污染，但膜与机框的成本高。目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。

二、离子交换膜法工艺简介

离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽（包括16个单元槽）。

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。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进

入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。

离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示：

电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙，

精制食盐水时经常进行以下措施

（1）过滤海水

（2）加入过量氢氧化钠，去除钙、镁离子，过滤

Ca(2+)+2OH(-)=Ca(OH)2（微溶）

Mg(2+)+2OH(-)=Mg(OH)2↓

（3）加入过量氯化钡，去除硫酸根离子，过滤

Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4↓

（4）加入过量碳酸钠，去除钙离子、过量钡离子，过滤

Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3↓

Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3↓

（5）加入适量盐酸，去除过量碳酸根离子

2H(+)+CO3(2-)=CO2↑+H2O

（6）加热驱除二氧化碳

（7）送入离子交换塔，进一步去除钙、镁离子

（8）电解

2NaCl+2H2O=(通电)H2↑+Cl2↑+2NaOH

离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。

三、以氯碱工业为基础的化工生产

NaOH、Cl2和H2都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产品，广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。

由电解槽流出的阴极液中含有30％的NaOH，称为液碱，液碱经蒸发、结晶可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜。阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。

2NaOH+Cl2= NaCl+NaClO+H2O

H2O+Cl2=HCl+HClO

H2+Cl2=2HCl

2NaOH+CO2=Na2CO3(苏打)+H2O

NaOH+CO2=NaHCO3(小苏打)

四、三废处理

4.1废水处理

4.1.1盐酸包装酸雾吸收水，靠位差汇人合成盐酸水流泵工作水循环池并用作成品盐酸吸收水，杜绝酸性水外排。

4.1.2聚氯乙烯水洗闭路循环吸收合成气中过量的HCI制酸。该系统设备包括泡沫筛板塔、酸槽、石墨冷却器、酸泵、填料水洗塔等。合成气经除汞器入泡沫塔、水洗塔洗去大部分过量 HCI，再进人碱洗塔除去剩下的 HCI；补充新鲜水由自控阀控制加入水洗塔，水洗塔内液体靠酸泵经石墨冷却器自身循环，并移走热量，石墨冷却器后经流量计分流，部分液体人泡沫塔吸收合成气中的 HCI，成为25％一30％盐酸进入酸槽系统中新鲜水的补充量为25％～30％盐酸量。此工艺运行彻底消除了大量水洗稀酸的外排，提高了氯乙烯收率，环保、节水综合效益明显。

4.1.3抽触媒含汞废水闭路循环，该工艺包括触媒贮斗、分离缓冲罐、承环真空泵、水洗喷淋塔及带有过滤功能的循环水槽和水循环泵，水循环泵抽取循环水槽中清水向水环真空泵及喷淋塔供水，水又回至循环水槽循环使用；触媒由转化器抽人触媒贮斗，再经分离缓冲罐除去气体中的触媒颗粒后，由水环真空泵至喷淋塔洗去夹带颗粒后排空。定期清理滤砖上的含汞活性炭，并包装后随废触媒返销触媒生产厂，滤清液闭路循环。该工艺的运行杜绝了触媒含汞废水的外排，基本解决了汞污染问题，节约了用水。

4.1.4含氯乙烯废水回收，氯乙烯气柜水封、机前冷却器、分水槽、尾气冷凝器、全凝器、单体贮槽及汽提冷凝水在生产中均间断有废水排放，这部分废水含氯乙烯约为0．15％，直接排放造成下水 COD超标以及存在消仿隐患。治理措施为设槽汇集，集中送至废水汽提贮槽，定期开废水汽提塔回收氯乙烯后排放。

4.1.5离心母液部分循环利用，设离心母液贮槽及耐酸泵，送至离心机作冲洗水循环利用，送至浆料槽及浆料过滤器作冲洗水使用，减少了软水用量。

4.1.6电石渣上清液的闭路循环，主要设备为旋转喷雾型凉水塔、热水池、冷水池及输送泵等。来自浓缩池的上清液经缓冲池，由热水泵送人凉水塔，降温后落人冷水池，再用泵送往发生器回收利用，实现了上清液游路循环。