大型离子膜烧碱装置的工艺设计

大型离子膜烧碱装置的工艺 一、一次盐水 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。传统性的一次盐水精制工艺，采用配水、化盐、加精制剂反应、澄清、砂滤， 然后再经炭素烧结管过滤器过滤。近几年新建氯碱装置一次盐水工艺大都采用膜过滤技术制 取精制盐水，该工艺路线省去了砂滤器、炭素烧结管过滤器。经生产实践证明，经膜过滤分 离方法制得的一次盐水质量指标、设备投资等都比传统工艺理想。所以一次精制盐水工艺采 用膜过滤器过滤工艺。 二、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。 三、电解工艺 现在能够提供离子膜电解槽的专利商有旭化成、伍迪、氯工程、北化机等厂家，这几家 公司的技术都是成熟的。槽型为复极式自然循环离子膜电解槽。 四、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。 五、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。 填料塔操作弹性大，易操作，压降小，但投资大，有效塔板数少。 泡罩塔的特点介于泡沫塔与填料塔制碱，塔板数多，压降与泡沫塔相当，操作弹性比较大。 经过对以往经验的总结、比较，应选择二段干燥；一段为填料干燥塔，二段采用泡罩干燥塔。 目前氯气输送设备有两种形式，一种是液环泵，另一种是离心式压缩机。液环泵对氯气含水 量要求不苛刻，但动力消耗大，输送量小，出口氯气压力低，适用于生产规模在 5 万吨/年 烧碱能力以下的氯气输送。离心式压缩机具有输送量大、排气压力较高、运转平衡、得以改 善工作环境等优点。该设备能量消耗与同气量液环泵相比节电 50%，但要求氯气中含水量 ＜100wtppm，适用 5 万吨/年烧碱规模以上的装置输送氯气。 建议氯气处理工艺方案：湿氯气经氯水洗涤，钛管换热器，氯气除盐、降温后经一段填料塔、 二段泡罩塔干燥，使氯气含水量≤50wtppm，氯气输送选用大型离心式氯气压缩机。 2、氢气处理 由电解槽出来的氢气温度高、含水量大、且含碱雾，故必须进行冷却。冷却系统分直 接冷却和间接冷却两种，建议选择氢气洗涤塔直接洗涤冷却降温、列管换热器间接冷却，水 环式氢气压缩机输送。 3、废氯气处理 废氯气处理接纳开、停车时的低浓度氯气和事故状态下氯气系统的泄压氯气，可采用烧 碱液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，设备庞大，需连接搅拌，动力消耗高，操作环 境恶劣。建议选择烧碱液循环、冷却、吸收废氯气，制成次氯酸钠溶液。 六、氯气液化 通常根据氯气压缩机压力的不同，将氯气液化方式分为高压法、中压法和低压法三种。 高压法消耗冷冻量少，不需要制冷机，能耗低。但对氯气处理工艺、氯气输送设备的要求高， 增加投资费用。因此，国内一般采用中、低压液化方法生产液氯。 本工段选择带经济器补偿螺杆压缩机的成套制冷机组。 七、氯化氢合成及盐酸 国内外生产盐酸的方法主要有三种：即三合一工艺；热回收分体式工艺；分体式工艺。 1、三合一工艺具有工艺流程短，操作简单等优点，但设备维修量较大。 2、热回收分体式工艺具有操作容易，设备维修简单，热回收利用率高等优点，但工艺 流程长，设备加工要求高。 3、分体式工艺具有操作容易、设备维修简单、产品质量控制容易等优点 通过对三种工艺流程比较，从操作方便及设备统一考虑，采用第三种工艺生产盐酸。 八、蒸发 对于离子膜法液碱蒸发流程的选择大体上可以分为以下四个方面： 1、效数的选择； 2、蒸发器形式的选择； 3、顺、逆流工艺流程的选择； 4、循环方式的选择。 建议采用的蒸发工艺流程 序号 项目名称 内容 流程：效数 三效 1 循环方式 不循环的膜式蒸发 顺、逆流方式 逆流 2 蒸发器 降膜蒸发器 3 真空设备 水环真空泵 4 换热器 板式换热器 由上结论为选择三效逆流降膜蒸发工艺，生产运行工况良好，产品质量稳定，能耗低， 蒸发工艺及其降膜蒸发器建议从国外引进。