朱伯麟，马旻锐，迟栈洋

（金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌737100）

离子膜烧碱系统氯酸盐分解装置的工艺优化

朱伯麟，马旻锐，迟栈洋

（金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌737100）

简述了氯酸盐分解的必要性及其原理，介绍了现有氯酸盐分解的工艺及存在的问题，重点对存在的问题进行了深刻剖析并有针对性地提出了优化解决方案。

氯酸盐分解；工艺；优化

在离子膜法电解装置制取烧碱的过程中，淡盐水中除含ClO-外，还含有氯酸盐。经过多次闭路循环，氯酸盐的浓度逐渐上升。若淡盐水中氯酸盐含量过高，部分氯酸盐会透过离子膜进入阴极室，造成产品碱中的氯酸盐含量上升，影响成品碱的品质；烧碱中高含量的氯酸盐在后续碱蒸发浓缩工序中严重腐蚀设备和管道；在螯合树脂塔再生过程中，氯酸盐会产生次氯酸，会对螯合树脂造成致命的伤害。因此，必须严格控制淡盐水中氯酸盐的含量，使其浓度维持在规定的范围内，以保证离子膜烧碱系统的寿命，同时降低系统的运行成本。

1 氯酸盐的产生与分解原理

在离子膜法电解装置制取烧碱的过程中，电解槽阳极室在高温条件下会产生氯酸盐。

氯酸盐的产生方程式如下：

6ClO-+3H2O-6e=2ClO-3+4Cl-+6H++3/2O2（高温）

3Cl2+6NaOH=NaClO3+5NaCl+3H2O（热的浓碱液）

氯酸盐分解方程式如下：

NaClO3+6HCl=NaCl+3Cl2+3H2O（盐酸过量）

NaClO3+2HCl=NaCl+ClO2+Cl2+1/2H2O（盐酸不足）

氯酸盐分解装置中盐酸量不足时，生成的ClO2和Cl2混和气体会发生爆炸。

2 氯酸盐分解工艺

淡盐水中氯酸盐的产生是不可避免的，怎样高效的分解淡盐水中产生的氯酸盐以减轻氯酸盐对系统的危害是氯碱行业一直探索的话题。

氯酸盐分解槽一般为间歇性运行，当成品碱中ClO-3含量趋近20 mg/L时应及时开启氯酸盐分解装置。其工艺为：含氯淡盐水经蒸汽加热至95～100℃后与31%的高纯盐酸经管道混合器充分混合，通过流量串级控制进入氯酸盐分解装置进行氯酸盐分解。氯酸盐分解后的淡盐水进入氯水槽后由氯水泵送至脱氯塔，分解产生的氯气进入氯气总管或废气处理工序。进行氯酸盐分解的淡盐水量一般控制为电解槽淡盐水总量的10%[1]，工艺流程示意图见图1。

图1 氯酸盐分解工艺流程示意图

3 现有氯酸盐分解装置工艺优化

图1所示的氯酸盐分解装置的工艺存在盐酸加入量控制不精确、氯酸盐分解效率低等问题，经分析，可以从3方面进行优化。

3.1 氯酸盐分解槽的结构优化

目前氯酸盐分解槽大多采用罐式结构，淡盐水从分解槽下部进入，从中上部溢流出进入氯水槽。该种结构的分解槽对于淡盐水在罐内至少有两三小时的停留时间，无法保证充分反应，同时存在以下缺点。

（1）盐酸与淡盐水的缓和效果差，氯酸盐的分解效率低；（2）由于溢流产生的气液相并存现场，导致氯水泵气缚现场严重，运行不稳定；（3）该种结构形式的氯酸盐分解槽需要放置在高位，分解后的淡盐水通过溢流的形式进入氯水槽。

结合以上生产实际情况，通过优化设备结构，引入平推式带折流板卧式氯酸盐分解装置。工作原理为：淡盐水通过a口和进液缓冲板进入分解槽内部，靠底部和顶部折流板导向作用，以平推流式向前推进，折流增大了工作液在分解槽内部的停留时间和反应时间，分解效率得以提升。分解后的液相产物通过g管口及该管口之前安装的防涡流器排出分解槽，因异常情况未及时排除，分解槽工作液从b管口溢流出分解槽，以充分保证分解槽上部的气相空间和分解槽内气液相的平衡。分解后的气相产物通过分解槽顶部的c、d管口由外界风机抽出分解槽，由于气相不断地被抽出，导致工作液面的压力不断降低，促使工作液的分解继续向正反应方向进行，具体结构见图2。

图2 平推流卧式氯酸盐分解槽结构示意图

3.2 盐酸加入量的双闭环比值控制

在盐酸稍过量的条件下，氯酸盐的分解效率较高。现有氯酸盐分解工艺中淡盐水和高纯盐酸的流量由各自的自动阀自动控制，当盐水流量FI01波动时高纯盐酸的流量FI02不能及时做自动调整，需要人工手动调节并设定高纯盐酸的加入量，存在酸量加入量过多或过少、控制不精确、反应滞后等问题。

针对该问题，在盐酸加入方面引入双闭环比值控制的概念，引入图3所示的逻辑控制。当主流量FI01发生变化时，比值控制回路快速随动跟踪，使副流量FI02=K×FI01关系变化，从而实现盐酸的精准加入。

图3 盐酸加入量双闭环比值控制逻辑示意图

3.3 氯酸盐分解液的强制输送

现有氯酸盐分解槽溢流出液方式导致溶解有饱和氯气的氯酸盐分解液进入氯水槽中，导致氯水槽的输送机泵经常发生气缚现象，影响系统的连续生产。

针对该问题，结合卧式氯酸盐分解槽结构的优化，通过设计的机泵将氯酸盐分解后的淡盐水从卧式氯酸盐分解槽的底部抽出并直接输送至脱氯塔，保证了系统连续稳定运行。经过取样分析对比，得出优化后的氯酸盐分解装置运行效果见表1。

表1 淡盐水中氯酸盐含量数据对比表

优化后氯酸盐分解装置的工艺流程图见图4。

4 结语

优化后的氯酸盐分解装置氯酸盐的分解效率得以提升，31%高纯盐酸的消耗量也明显降低，系统中氯酸盐含量的降低对成品碱的品质、离子膜烧碱装置的保护以及系统的经济运行发挥了巨大的作用。

图4 优化后氯酸盐分解装置的工艺流程图

［1］程殿彬，陈伯森，施孝奎．离子膜法制碱生产技术．北京：化学工业出版社．1998．6：171－173．

Optimization solution of decomposing chlorate process in ionic membrane Caustic Soda System

ZHU Bo-lin，MA Min-rui，CHI Zhan-yang
（Chemical Plant of Jinchuan Group Co.,Ltd.,Jinchang 737100，China）

The necessity and principle of decomposing chlorate in ionic membrane caustic soda system were sketched briefly，as well as the process of decomposing chlorate and existing problems were introduced. meanwhile the existing problems were analysed pertinently，the optimization solution were put forward emphatically at the same time.

decomposing chlorate；process；optimization

TQ124.4+4

：B

：1009－1785(2017)05-0004-03

2017-02-28