离子膜烧碱工艺

一、工艺流程简介

烧碱目前以离子膜工艺为主。按流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、电

解、淡盐水脱氯、Cl

2处理、H

2

处理等工序。核心工序是二次盐水精制和电解部

分。

盐水一次精制的主要目的是控制悬浮物(SS)与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为盐水二次精制作准备。盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔，，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。部分工艺在二次精制中盐水进螯合树脂塔之前设置碳素管或其它类型过滤器，以进一步降低盐水中的悬浮物的含量。电解部分是烧碱制备流程的关键工序，符合电解要求指标的精制盐水流经电解槽时，在一定直流电作用下，离子经离子交换膜的发生迁移，最终在阴极液相形成

烧碱，阳极液相产生淡盐水，阴极气相生成H

2，阳极气相生成Cl

2

。

二、离子交换膜法电解制碱的主要生产流程

工艺流程图

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H

2O在阴极表面放电生成H

2

，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Cl

2

。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。

三、具体工艺流程

盐水精制单元

工艺简述：饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α-纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10－6，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。其工艺流程简图如图1所示。

①一次盐水精制

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。

bc 精制原理

①除镁

镁离子常以氯化物的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入烧碱溶液生成不溶性的氢氧化镁沉淀。

反应方程式：MgCl

2+2NaOH=Mg(OH)

2

↓+2NaCl

离子反应方程式：Mg2++2OH-=Mg(OH)

2

↓

为使反应完全，控制氢氧化钠过量，本反应速度快几乎瞬间完成，是本工艺中的前反应。

②除钙

钙离子一般以氯化钙和硫酸钙的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入碳酸钠溶液使生成不溶性的碳酸钙沉淀，反应方程式：

CaCl

2+Na

2

C0

3

=CaC0

3

↓+2NaCl

CaS0

4+Na

2

C0

3

=CaC0

3

↓+Na

2

S0

4

离子反应方程式：

Ca2++CO

32-=CaC0

3

↓

为使反应完全，碳酸钠一般控制过量，本反应速度较慢，反应速度受温度影响较大，一般在50℃左右，在碳酸钠过量情况下需半小时方能反应完全。

②二次盐水精制

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。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建议采用三塔式流程。

2、电解单元

离子膜电解槽电解反应的基本原理：

离子膜电解槽电解反应的基本原理是将电能转换为化学能，将盐水电解，

生成NaOH、Cl

2、H

2

，如图20所示，在离子膜电解槽阳极室(图示左侧)，盐水在

离子膜电解槽中电离成Na+和Cl－，其中Na+在电荷作用下，通过具有选择性的阳离子膜迁移到阴极室(图示右侧)，留下的Cl－在阳极电解作用下生成氯气。阴极

室内的H

O电离成为H+和OH－，其中OH－被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从

2

阳极室过来的Na+结合成为产物NaOH，H+在阴极电解作用下生成氢气。

电解流程：

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级控制。

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）。离子膜电解装置电解循环的工艺流程

为了保证离子膜电解槽的阴极室和阳极室能在一个合适稳定的工艺边界条件下运行，以及获得最佳的电流效率，无论是强制循环工艺，还是自然循环工艺，通常设计采用阳极循环系统和阴极循环系统来实现各自的工艺边界条件。以下用自然循环工艺(北化机电解槽系统)为例详述之。

离子膜电解装置电解循环的工艺流程包括阳极循环和阴极循环。

(1)阳极循环部分

从盐水高位槽来的精盐水与淡盐水循环泵输送来的淡盐水按一定比例混合