离子膜电解淡盐水脱氯效果分析
离子膜电解中淡盐水脱氯工序的清洁生产工艺控制
离子膜电解中淡盐水脱氯工序的清洁生产工艺控制清洁生产越来越迫切的成为现在企业发展需要实现的一个基本目标。
标签：淡盐水脱氯真空空气吹除清洁生产1 概述氯碱工业特点,除原料易得,生产流程较短外,环保和节能已经成为其持续发展中两个重要的制约因素,而离子膜烧碱,以其低能耗、产品质量高,无汞、石棉等污染,将逐步取代汞法和隔膜法,成为该行业中的主要发展方向。
在离子膜生产过程中,精制饱和盐水进入电解槽后,盐水中的NaCl约有50%被分解, 成为浓度较低的盐水,故称为淡盐水。
出槽的淡盐水浓度,一般在200g/L 左右。
盐水在降低浓度的同时被电解过程中产生的氯气所饱和,因此在出槽的淡盐水中常含有一定量的游离氯,而且温较高。
正常生产条件下,淡盐水的游离氯含量在400 mg/L以下,在淡盐水进入重饱和工序之前,必须先经过脱氯工序以除去其中的游离氯,主要作用是防止螯合树脂和炭素过滤器发生氯中毒,减少对设备管道的腐蚀,节约重精制处理费用,回收部分氯气,提高资源利用率等。
目前,淡盐水的脱氯方法有:化学除氯,空气汽提,真空脱氯及活性碳吸附等,在实际生产中,特别是较大规模的生产,常常采用两种方法联合使用,以期达到节约能源,回收资源,处理效果稳定有效的目的。
我公司氯碱系统最早采用空气汽提法,流程比较简单,淡盐水的脱氯效果也比较好,但吹除的气体中氯气含量很低,不能进入氯气总网,这部分含氯废气只能去副产次钠,随着生产规模的扩大,该工序的废气量更是成倍增加,最终导致次钠的生产成本大幅升高,甚至远远高于市场销价。
针对这一实际问题,公司经过大量的调查论证后,决定实施全工序的清洁生产改造,以降低生产消耗,减少污染,回收资源提高物料利用率为目的,对淡盐水的脱氯采用真空脱氯方法进行工艺改造,新装置投入运行后取得的经济效益和环境效益是很明的。
2 原有空气汽提工艺简介淡盐水由脱氯塔给料泵从阳极液循环槽抽出,流量约43m3/h,温度为80-85℃,加入31wt%的盐酸调节pH值后,送入脱氯塔上部,淡水在塔中与空气鼓风机送来的空气逆流接触,汽水比通常控制在5-7:1,淡盐水中的游离氯被空气吹除,吹除的含氯废气在约200mmH2O的压力下送至废气处理工序。
离子交换膜法电解食盐水
离子交换膜法电解食盐水离子交换膜法电解食盐水之一离子膜电解槽，阳极是在钛板上涂二氧化钌和二氧化钛。
二氧化钌对电解反应放出的氯和氧有催化活性，利于节约电能，尤其是这种钛阳极耐化学腐蚀好，使用寿命很长。
隔膜采用阳离子膜。
离子膜电解槽装置如上图所示：将经过净化精制的食盐水加入阳极室，在阳极上氯离子（Cl-）失去电子形成氯气；在阴极上水分子转化为氢气和氢氧离子（HO-）。
阳离子交换膜只允许钠离子（Na+）通过，进入阴极室与氢氧离子形成烧碱液。
本法因为阳膜排斥氯阴离子不允许透过，故在阴极室的碱液中混入的食盐量极微，可制得高质量的烧碱（含氢氧化钠约35％或浓缩成50％），是现代一项重要的化工高新技术。
离子交换膜法电解食盐水之二隔膜法电解中，阳极液中未参与电化反应的NaCl仍留存在阳极液中，并随同阳极液一并流入阴极室，所以，在阴极电解液中必然混有NaCl。
因此，电解液经蒸发制得的烧碱产品中，总会含有少量的NaCl，以致该产品不宜用于合成纤维、纸浆和纸以及化学药品等需要高纯度烧碱的生产用途上。
为避免这一严重缺点，设置对阳离子具有选择透过性的某种阳离子交换膜以取代隔膜电解槽中所用的石棉隔膜，就可阻止Cl-的通过，从而获得高纯度的烧碱溶液，经蒸发获得高纯度的液碱产品。
参看图此种电解槽的阳极室是由一阳离子交换膜所隔开，该膜只允许阳离子Na+通过进入阴极室，而阴离子Cl-则不能通过。
饱和精盐水加入阳极室，通电时Na+通过阳离子交换膜迁移至阴极室，在此与H2O解离生成的OH-形成NaOH；Cl-则在阳极表面放电产生Cl2逸出。
消耗掉的NaCl导致盐水浓度降低，所以阳极室有淡盐水导出。
在阴极室，H2O放电产生H2逸出；而OH-留存在溶液中与从阳极迁移的Na+形成NaOH溶液，为此需向阴极室补给去离子水。
同时，通过调节加入阴极室的去离子水量，可得到一定浓度的烧碱溶液。
离子膜是离子交换膜法制烧碱的主要部件，需具有以下特性：①阳离子选择透过性好；②电解质扩散率低；③较高的化学稳定性和热稳定性；④机械强度高，不易变形；⑤电阻小。
离子膜烧碱的工业分析
离子膜烧碱的工业分析-----中间产品及副产物分析离子膜烧碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱（即氢氧化钠）。
其主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
离子膜法电解制碱是世界上工业化生产烧碱当中最先进的工艺方法，具有能耗低、三废污染少、成本低及操作管理方便等优点。
副产的氯气和氢气，可以合成盐酸，或深加工氯下游产品如PVC、有机硅及甲烷氯化物等。
淡盐水脱氯淡盐水脱氯有两种工艺路线：一种采用空气吹除法，该法脱氯效果欠佳，从淡盐水中分离出来的废氯气纯度低，无法汇入湿氯气总管送氯气处理工序，只能由烧碱液循环吸收，制成次氯酸钠溶液。
另一种采用真空脱氯法，该法脱氯效果较好，通过蒸汽喷射器或真空泵提供的真空系统将含氯淡盐水中的游离氯抽出分离后进入湿氯气总管。
建议采用真空法淡盐水脱氯工艺技术。
氯氢处理（含废氯气处理）1、氯气处理由电解槽出来的湿氯气，温度高并伴有大量的水蒸气和杂质，具有较强的腐蚀性，必须经过冷却、干燥和净化处理。
氯气处理系统分为冷却、干燥、输送三部分。
冷却选用填料式洗涤塔，能够较好地除去湿氯气带出的盐雾，填料采用CPVC花环。
氯气冷凝下来的氯水回收送淡盐水脱氯工序。
对于干燥部分，在实践应用中已采用过多种干燥塔型和不同的组合方式，比较典型的有：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。
国内采用最多的是填料塔和泡沫塔组合，这是两种典型的塔。
泡沫塔的特点是结构简单、造价低、塔板数多；缺点是操作弹性小、不便于增加硫酸循环量，操作弹性仅为15%，塔板阻力降大，一般为100-200mmH2O，而且开孔的加工精度、酸泥沉积等因素易影响其操作稳定性。
离子膜法电解盐水
的含量及氯中含氧量。
任务三 离子膜法电解二次精制盐水
如果膜的性能好，OH-离子几乎不反渗，则在阳极液内 就不必加盐酸。但是阳极液的酸度也不能太高，一般控制 pH值在2-5之间。因为当pH值小于2 时，溶液中H+离子会
是非常重要的。
4、阳极液中NaCl浓度的影响
如果阳极液中NaCl浓度太低对提高电流效率、降低
碱中含盐均不利。
任务三 离子膜法电解二次精制盐水
这主要是因为水合钠离子中结合水太多，使膜的含 水率增大的缘故。这样一方面由于阴极室的 OH- 离子
容易反渗透，导致电流效率下降；另一方面阳极液中
的Cl-离子也容易通过扩散迁移到阴极室，导致碱液中
任务三 离子膜法电解二次精制盐水
复极槽和单极槽之间的主要区别在于电槽的电路接 线方法不同。单极槽内部的各个单元槽是并联的，而各 个电解槽之间的电路是串联的。复极槽则相反，在槽内 各个单元槽之间是串联，而电解槽之间为并联。因此， 在单极槽内通过各个单元槽的电流之和即为通过一台单 极槽的总电流。而各个单元槽的电压则是和单极槽的电 压相等。即 I = I1+ I2+……+ In V = V1 = V2 =……= Vn 所以每台单极槽运转的特点是低电压、大电流。
任务三 离子膜法电解二次精制盐水
四、离子膜电解槽 离子膜电解槽有单极式和复极式两种型式。不管哪 种槽型，每台电解槽都是由若干个电解单元组成。每个 电解单元都有阳极、阴极和离子交换膜。阳极由钛材制 成，并涂有多种活性涂层，阴极有用软钢制成的，也有 用镍材或不锈钢制成的。阴极上有的有活性涂层，也有 的无涂层。 单极式和复极式电解槽的结构
浓度超过35-36％以后，膜中OH-离子浓度增大的影响就
起决定作用，OH-要反渗到阳极侧，使电流效率明显下降。
离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺的改进
（ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｓ ｏ ｐ ｏ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ２ １ ２ ０ ０ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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化氢） 来替代亚硫酸钠进行化学反应脱除真空脱氯 后盐水中的剩余游离氯。 为了摸索双氧水与游离氯的最佳反应状况以及
双 氧水去 除游离 氯 的反 应 原理 ， 笔者 在 试验 室进行
了小 试试 验 。
会富集 ， 达到一定浓度后 ， 会影 响离子膜 电解生产装
置 的稳定 运行 。因此 ， 必 须 采 用 其 他 工 艺 去 除产 生 的硫酸 根 。 目前 除硫 酸根 的工 艺 主要 有两 种 。
业
Ｖｏ １ ． ５ ０．Ｎｏ ． １
Ｃｈ ｌ ｏ ｒ—Ａｌ ｋ ａ ｌ ｉ ４
【 盐 水】 淡盐水专辑一（ １ ）
离子膜法烧碱 装置淡盐水化学脱氯工艺的改进
张萍
淡盐水脱氯讲义
注：实际生产中为了提高脱氯技术经济效益，回收氯气，一 般先采取物理脱氯法将部游离氯脱除后，再用化学脱氯法 将剩余的游离氯除去。
二. 除游离氯的方法
真空脱氯原理： 近似地遵守亨利CI2定律与水发生反应生次氯酸钠和盐酸。 反应方程式：CI2+H2O←→HClO+HCl 该反应方程式为可逆反应朝生成CI2生成的方向进行，由于氯在水（包 括盐水）中的容解度非常小。要把生成的氯气从溶液中析出，除酸度 处，还要不停的降低液面氯气的分压才能达到目的，在实践中加足够 量的酸，并使淡盐水中不断地产生气泡或增加气、液两相接触面，加 快气相流速，加大气节液两相中不平衡度，使液相中的溶解氯不断的 向气相转移，气体不断逸出。连续地进行上述操作，就能把淡盐水中 的游离氯基本除掉。由于采用破坏化学平衡和相平衡的方法来脱去游 离氯，故游离氯不能百分之百除去。
淡盐水脱氯工艺讲解
学习要点： 一.设置淡盐水脱氯单元的目的 二. 除游离氯的方法 三.影响脱氯效果的因素 四.淡盐水脱氯单元工艺简介 五.淡盐水脱氯工艺讲解
一.设置淡盐水脱氯单元的目的
1. 游离氯的简介
1.1什么是游离氯?
游离氯(全称游离性余氯):以次氯酸、次氯酸根离子或溶解的单质氯 形式存在的氯。具有强氧化性. 1.2游离氯如何产生的? 1、氯水在淡盐水中的溶解为溶解氯。 CI2+H2O→HClO+HCl HClO →H++ClO2、以ClO-形式存在，由于电解过程中OH-离子反渗透通过离子膜到达阳极 侧与CI2发生副反应生成ClO2 OH- + CI2 →ClO- + Cl- +H2O
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由图表可知,原料淡盐水中游离氯含 量很高,需要处理.
205±5 g/L 2.5～3 600 ～ 800mg/L 80 ～ 85℃
浅谈影响淡盐水脱氯效果的影响因素
在离子膜法制碱 生产工艺 中， 电解 后 的 淡 盐 水 中溶 有 一定 量 的游 离 氯 。 如果 游 离 氯 去除 不 彻
者脱 氯罐 内急 剧沸腾 ； 气 不 断析 出 ， 时产 生 大 氯 同
底， 进入下游工序 ， 不仅会腐蚀下游工序 的管道和 设备 ， 而且会影响一次盐水工序的正常生产控制 ， 甚 至会 导 致二 次 盐水 工序 中离 子 交换 树 脂 中毒失 效， 使其失去交换能力。因此 ， 电解后淡盐水中游 离 氯 的脱 除 是 离 子 膜 法 制 碱 工 艺 中 的 关 键 ， 工 该 序工 艺 的选 择 及控 制对 氯 碱生 产极 为重要 。
定的真空度下 ， 温度较高 的淡盐水在脱氯塔 或 使
（ ｌ 存在的溶解氯气 ， Ｃ ） 其溶解 的量与淡盐水的温
８
新 疆 化 工
２１ ０ ２年 第 ３期
度、 浓度 、 度 以及 溶 液 上 部 的 氯气 分 压 有关 ； 酸 一 种 是氯 气 与 膜 反 渗 过 来 的 Ｏ 反 应 生 成 的 ， Ｈ一 以
总管 ， 导致 氯气 回收 率 较低 而 逐 渐 被 淘 汰 。 现 在 越来 越 多的氯 碱企业 采 用 真空 联 合 化学 法 脱 除 淡
能 用碱 液 吸 收 ， 产 副产 品次 氯 酸钠 溶 液 ， 生 因而该 法具 有 氯气 回收率 低 、 液 消 耗 大 的弊 端 ， 加上 碱 又 次氯 酸钠 产 品价格 低 廉 、 易 久存 、 产不 易 控制 不 生 等 缺 点 ， 空气 吹除脱 氯 法 的经济 性较 差 。 故 （ ）真 空脱 氯法 。真 空脱 氯 法 也 是通 过 向淡 ２ 盐 水 中加 人高 纯 酸 ， 控 制 一 定 的 酸度 ， 后 在 一 先 然
４ 影响脱氯效果的因素
膜法从氯碱工业淡盐水脱除氯气的研究
膜法从氯碱工业淡盐水脱除氯气的研究
于伯杉;李权
【期刊名称】《水处理技术》
【年(卷),期】1990(16)5
【摘要】本文用聚四氟乙烯平板膜脱除离子膜电解氯化钾,制氢氧化钾工艺过程产生的淡盐水中的氯气。
初步研究表明:氯的脱除率达95%以上,膜组件流出液含氯量可低于20 mg/L,膜的氯通量为1.1 kg/(m^2·d)。
膜装置具有处理3.38
m^3/(m^2·d)的生产能力。
本研究采用淡盐水一次通过膜组件方式,接近于工业实际运行、工艺连续化,优于传统的空气吹出法和真空脱氯,为氯碱工业中淡盐水脱除氯气提供了一条具有实用价值的新途径。
【总页数】7页(P368-374)
【关键词】氯碱工业;淡盐水;除氯;膜法
【作者】于伯杉;李权
【作者单位】中国科学院青海盐湖研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ085.4
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消耗 量 居高 不下 。 经 过探 索 ，０ ８年 １ 对 局 部 工 艺 参 数 进 行 ２０ ２月 了调整 ， 使亚 硫 酸钠 消耗 大幅 降低 ， 因而返 卤盐 水 中 的硫 酸 根离 子也 相应 下降 ， 氯化 钡用 量也 大 幅降低 ， 给企 业 带 来 巨大 经 济效 益 。从 ２ １ 年 陕 西 金 泰 氯 碱 化 工 有 限公 司 在 （ 以下简 称 “ 陕西 金 泰 ” ｌ ）０万 ｔａ离 子 膜 法 烧 碱 生 ／
产装 置 开车初 期 ， 淡盐 水真 空脱 氯效 果差 ， 亚硫 酸钠
Ｃ ｌ 反应 ， 使淡 盐水 中的 ＣＯ一 ｌ 增多 ：
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年 ３月 初 ， 已经 ２个 多月 没 有 添 加 氯化 钡 ， 经监 测 ，
返 卤硫 酸根 离子 的浓 度符 合生 产要 求 。
１ 淡盐水 中氯的存在 形式及危害
１ １ 游 离氯 的存在 形式 ¨ ． 来 自离 子膜 电解槽 的淡 盐水 中含 有大 量 的游离
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［ 关键词 ］离子膜法烧碱 ； 淡盐水 ； 游离氯 ； 脱氯原理 ； 脱氯方法
［ 摘 要］阐述了游离氯对离子膜法烧碱生产系统的危害 、 脱氯 原理 以及 真空脱氯 的效 果。工艺改进 后 ， 真空
脱氯效果大幅提高 。 ［ 中图分 类号］Ｔ ｌ４ ２ １ Ｑ ｌ ．６ ［ 文献标志码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］１０ ０ ８—１３ ２ １ ）６— ０ ８— ４ ３ Ｘ（０ １０ ０ ０ ０
ｔ ｅ ｃ ｌｒｎ ｅ ｖ ｎ ｉｎ ｉｌ ａ ｄ ｈ ｈ ｏ ｎ ｅ ｖｎｇ ｅ ｆｃｓ ｕ ｅ ａ ｕ ｈ ｈ ｏ ｉ ｅ ｒ ｍｏ ｉ ｇ ｐｒ ｃｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｌｒ ｅ ｒ ｍｏ ｉ ｆｅ ｔ ｎｄ ｒ ｖ ｃ ｕｍ ｒ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ Ｔｈ ｉ ｗｅ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ． ｅ ｅｆ ｃｓ ｏ ｅ ｖｎ ｈ ｏ ｎ ｎ ｅ ａ ｕｕ ｗｅ ｅ ｉｃ ｅ ｓ ｄ ｇ ｅ ｔ ｈ ｏ ｇ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｆｅ ｔ ｆｒ ｍｏ ｉｇ ｃ ｌ ｒ ｅ ｕ ｄ ｒ ｖ ｃ ｍ ｒ ｎ ｒ ａ ｅ ｒ ａ ｌ ｔ ｒ ｕ ｈ ｉ ｒ ｖｎ ｒ ｃ ｓ ． ｉ ｙ
Ｃｌ ２＋２０Ｈ一— ｝ 一 十ＣＩ Ｃｌ Ｏ一＋Ｈ２ ０。
这部 分 游 离 氯 存 在 量 和 通 过 离 子 膜 反 渗 的 Ｏ 的浓 度 有 关 。 电 流 效 率 越 低 ， 渗 的 Ｏ 越 Ｈ一 反 Ｈ一 多 ， 成 的 ＣＯ一 生 ｌ 也越 多 。
表 １ 不 同温度 、 不同分压时氯气在盐水 中的溶解量
ＺＨ ＮＧ Ｊｎ ａ Ａ ｉｂ ｏ
（ ｈａ ｘ Ｊ ｔｉ ｈｏ－ ｌａ ｈ ｍ ｃｌ ｎ ｕｔ ｏ ， ｔ． Ｙ ｌ ０， ｈｎ ） Ｓ ａｎ ｉ ｉ ａ Ｃ ｌ Ａ ｋｌ Ｃ ｅ ｉａ Ｉｄ ｓ Ｃ ． Ｌｄ ， ｕ ｎ７ １ ｎ ｒ ｉ ｙ ｒ ｉ １ Ｃ ｉａ ８０
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４ ． ０． ｏ ９６ ｏ ８５
６ ８ Ｏ Ｏ１ ５． ． １０ ８１ ０ ０． ３ ５ ． Ｏｌ
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第４ ７卷
第 ６期
氯 碱
工
业
Ｖｏ ． ７， Ｎｏ ６ １４ ．
２１ ０ １年 ６月
Ｃｈｏ — ｋ ｌ Ｉ ｄ ｓ ｙ ｌｒＡｌ ａｉ ｎ ｕ ｔ ｒ
Ｊｎ ｕ ．，２ ｌ ０ １
【 盐
水】
离子膜电解淡盐水脱氯效果分析
张金 豹
（ 陕西金泰氯碱化工有 限公 司， 陕西 榆林 ７８０ ） １１０