離子膜片堿制作工藝

發布時間：2022-01-19 丨 瀏覽次數：

離子膜燒堿是采用離子交換膜法電解食鹽水而制成燒堿（即氫氧化鈉），其主要原理是因為使用的陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H+、Na+通過，而Cl-、OH-和兩極產物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產物Cl2和陰極產物H2相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產物NaOH反應而生成NaClO影響燒堿純度的作用。而用離子膜液堿生產的片堿就叫離子膜片堿，且離子堿含鹽量低。

寧夏東甫實業有限公司是寧夏石嘴山市氫氧化鈉類化工產品的主要生產企業，尤其是離子膜片堿。東甫實業堅持科技是第一生產力思想，注重人才引進和科技投入，將技術創新視為企業發展的原動力。在工藝創新方面，研發出更加環保、高效、低耗的先進新工藝。寧夏東甫實業生產的東甫氫氧化鈉產品（離子膜片堿）按照國家標準要求生產。

以下是東甫實業離子膜片堿的工藝流程：

    生產流程

精制的飽和食鹽水進入陽極室，純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電后H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室導入的陰極液中含有NaOH；Cl-則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水則從陽極室導出，經添加食鹽增加濃度后可循環利用。

陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發生反應為2H++2e-=H2↑；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。

主要原料

氯堿工業的主要原料：飽和食鹽水，但由于粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+等雜質，遠不能達到電解要求，因此必須經過提純精制。

工藝設計

一次鹽水

一次澄清鹽水的制備是氯堿生產工藝至關重要的工段，精制效果的好壞直接影響產品的質量和產量。傳統性的一次鹽水精制工藝，采用配水、化鹽、加精制劑反應、澄清、砂濾，然后再經炭素燒結管過濾器過濾。近幾年新建氯堿裝置一次鹽水工藝大都采用膜過濾技術制取精制鹽水，該工藝路線省去了砂濾器、炭素燒結管過濾器。經生產實踐證明，經膜過濾分離方法制得的一次鹽水質量指標、設備投資等都比傳統工藝理想。所以一次精制鹽水工藝采用膜過濾器過濾工藝。

二次鹽水精制

離子膜法電解槽使用的高度選擇性離子交換膜要求入槽鹽水的鈣、鎂離子含量低于20wtppb，普通的化學精制法只能使鹽水中的鈣、鎂離子含量降到10wtppm左右。若使鈣、鎂離子含量降到20wtppb的水平，必須用螯合樹脂處理。

二次鹽水精制的主要工藝設備是螯合樹脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的運行與再生處理及其周期性切換程序控制，可由程序控制器PLC實現，PLC與集散控制系統DCS可以實現數據通訊；也可以直接由DCS實現控制。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建議采用三塔式流程。

淡鹽水脫氯

淡鹽水脫氯有兩種工藝路線：一種采用空氣吹除法，該法脫氯效果欠佳，從淡鹽水中分離出來的廢氯氣純度低，無法匯入濕氯氣總管送氯氣處理工序，只能由燒堿液循環吸收，制成次氯酸鈉溶液。另一種采用真空脫氯法，該法脫氯效果較好，通過蒸汽噴射器或真空泵提供的真空系統將含氯淡鹽水中的游離氯抽出分離后進入濕氯氣總管。建議采用真空法淡鹽水脫氯工藝技術。

氯氫處理

1、氯氣處理

由電解槽出來的濕氯氣，溫度高并伴有大量的水蒸氣和雜質，具有較強的腐蝕性，必須經過冷卻、干燥和凈化處理。

氯氣處理系統分為冷卻、干燥、輸送三部分。

冷卻選用填料式洗滌塔，能夠較好地除去濕氯氣帶出的鹽霧，填料采用CPVC花環。氯氣冷凝下來的氯水回收送淡鹽水脫氯工序。

對于干燥部分，在實踐應用中已采用過多種干燥塔型和不同的組合方式，比較典型的有：

a、一段泡沫塔、二段泡沫塔；

b、一段填料塔、二段泡沫塔；

c、一段填料塔、二段泡罩塔。

國內采用最多的是填料塔和泡沫塔組合，這是兩種典型的塔。

泡沫塔的特點是結構簡單、造價低、塔板數多；缺點是操作彈性小、不便于增加硫酸循環量，操作彈性僅為15%，塔板阻力降大，一般為100-200mm H2O，而且開孔的加工精度、酸泥沉積等因素易影響其操作穩定性。

填料塔操作彈性大，易操作，壓降小，但投資大，有效塔板數少。

泡罩塔的特點介于泡沫塔與填料塔之間，塔板數多，壓降與泡沫塔相當，操作彈性比較大。

經過對以往經驗的總結、比較，應選擇二段干燥；一段為填料干燥塔，二段采用泡罩干燥塔。

氯氣輸送設備有兩種形式，一種是液環泵，另一種是離心式壓縮機。液環泵對氯氣含水量要求不苛刻，但動力消耗大，輸送量小，出口氯氣壓力低，適用于生產規模在5萬噸/年燒堿能力以下的氯氣輸送。離心式壓縮機具有輸送量大、排氣壓力較高、運轉平衡、得以改善工作環境等優點。該設備能量消耗與同氣量液環泵相比節電50%，但要求氯氣中含水量<100wtppm，適用5萬噸/年燒堿規模以上的裝置輸送氯氣。

建議氯氣處理工藝方案：濕氯氣經氯水洗滌，鈦管換熱器，氯氣除鹽、降溫后經一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯氣含水量≤50wtppm，氯氣輸送選用大型離心式氯氣壓縮機。

2、氫氣處理

由電解槽出來的氫氣溫度高、含水量大、且含堿霧，故必須進行冷卻。冷卻系統分直接冷卻和間接冷卻兩種，建議選擇氫氣洗滌塔直接洗滌冷卻降溫、列管換熱器間接冷卻，水環式氫氣壓縮機輸送。

3、廢氯氣處理

廢氯氣處理接納開、停車時的低濃度氯氣和事故狀態下氯氣系統的泄壓氯氣，可采用燒堿液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，設備龐大，需連接攪拌，動力消耗高，操作環境惡劣。建議選擇燒堿液循環、冷卻、吸收廢氯氣，制成次氯酸鈉溶液。

氯氣液化

通常根據氯氣壓縮機壓力的不同，將氯氣液化方式分為高壓法、中壓法和低壓法三種。高壓法消耗冷凍量少，不需要制冷機，能耗低。