氯酸鹽分解工藝運(yùn)行對比

買爾哈巴，，，

(新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838100)

1 氯酸鹽產(chǎn)生的原因

氯酸鹽是電解過程中的必然產(chǎn)物，主要是從陰極反遷過來的OH-與陽極氯氣反應(yīng)生成次氯酸鹽，次氯酸鹽在陽極室又發(fā)生歧化反應(yīng)，生成氯酸鹽[1]。

氯酸鹽的產(chǎn)生速度與電流效率有很大關(guān)系，電流效率越低，說明從陰極反遷到陽極的OH-越多。鹽水中的氯酸鹽含量高將影響氯化鈉的飽和度；同時，由于操作原因，當(dāng)?shù)}水pH 值低于7 時，氯酸鹽將與HCl反應(yīng)放出氯氣，腐蝕設(shè)備；鹽水中的氯酸鹽含量將影響堿中的氯酸鹽含量，腐蝕堿系統(tǒng)的管線及設(shè)備。

2 氯酸鹽分解槽的工作原理

各氯堿企業(yè)所用的氯酸鹽分解裝置大體相同，生產(chǎn)中一般加入合成鹽酸，在一定的溫度條件下，使氯酸鹽分解，反應(yīng)方程式如下：

(1)

2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O。

(2)

n(HCl)/n(NaClO3) ≥6時，反應(yīng)按(1)式進(jìn)行；n(HCl)/n(NaClO3)≤2時，反應(yīng)將按(2)式進(jìn)行，甚至不分解。實(shí)際生產(chǎn)中希望按(1)式反應(yīng)進(jìn)行。

如果當(dāng)氣相帶入二氧化氯的體積分?jǐn)?shù)超過9.5%時，在光和熱等條件下，存在爆炸危險，反應(yīng)式為：

研究表明：二氧化氯不存在爆炸上限。當(dāng)二氧化氯體積分?jǐn)?shù)超過10%時，隨著濃度的增大，最大爆炸壓力也增高。二氧化氯壓力達(dá)到41 kPa即會發(fā)生爆炸[2]。

3 氯酸鹽分解工藝對比

新疆中泰化工集團(tuán)股份有限公司華泰氯堿廠(以下簡稱“華泰氯堿廠”)2條15萬t/a離子膜燒堿裝置采用的是蒸汽板式換熱器加熱鹽水進(jìn)入臥式氯酸鹽分解槽工藝，目前已經(jīng)運(yùn)行9年。

新疆中泰化工集團(tuán)股份有限公司新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱“圣雄氯堿廠”)燒堿產(chǎn)能為44萬t/a。其中22萬t/a裝置采用的是蒸汽直接加熱鹽水進(jìn)入立式氯酸鹽分解槽工藝，目前已經(jīng)運(yùn)行5年，分解效果較好。另外一條線采用的是蒸汽板式換熱器加熱鹽水進(jìn)入立式氯酸鹽分解槽工藝，目前已經(jīng)運(yùn)行2年，分解效果較好。下面對這3種工藝進(jìn)行對比分析[3]。

3.1 蒸汽板式換熱器加熱鹽水進(jìn)入臥式氯酸鹽分解槽工藝

蒸汽板式換熱器加熱鹽水進(jìn)入臥式氯酸鹽分解槽的工藝裝置如圖1所示。

華泰氯堿廠氯酸鹽分解工藝為鹽水經(jīng)過蒸汽板式換熱器加熱后進(jìn)入臥式氯酸鹽分解槽。氯酸鹽分解槽采用DerKane-470樹脂制成的玻璃鋼，玻璃鋼罐內(nèi)設(shè)計折流擋板增加反應(yīng)時間。氯酸鹽分解槽進(jìn)口管線加入31%的高純鹽酸，其加入量與鹽水量的關(guān)系如下：

VHCl= 2.79×10-2VDB。

式中，VHCl為酸流量，m3/h；VDB為鹽水流量，m3/h。

蒸汽的加入量根據(jù)TE343溫度顯示調(diào)節(jié)TCV343，溫度控制在不高于93 ℃，在89～92 ℃內(nèi)最佳；高純酸加入量由FCV-372氣動閥控制。

此工藝自動化程度比較高，氯酸鹽分解運(yùn)行比較平穩(wěn)，玻璃鋼罐投入成本相對較低。但該工藝中臥式罐占地面積較大，氯酸鹽分解槽進(jìn)口加酸三通管線處經(jīng)常被腐蝕，檢修頻率比較高；更換為哈氏合金后運(yùn)行平穩(wěn)，但成本較高。另外，該工藝氯酸鹽分解率較低，受溫度影響玻璃鋼設(shè)備壽命較短[4]。

2011年1—6月氯酸鹽分解槽運(yùn)行情況如表1所示。

表1 2011年1—6月氯酸鹽分解槽運(yùn)行情況Table 1 Operation state of chlorate decomposition tank between January and June 2011

3.2 蒸汽直接加熱鹽水進(jìn)入立式氯酸鹽分解槽工藝

圣雄氯堿廠第1期裝置采用的是蒸汽直接加熱鹽水工藝。氯酸鹽分解槽采用的是DerKane-470樹脂制成的立式玻璃鋼。氯酸鹽分解槽之前設(shè)計了酸化罐，淡鹽水在酸化罐里與18%高純鹽酸充分混合，混合均勻后從分解槽底部進(jìn)入，從上部溢流進(jìn)入淡鹽水罐。低壓蒸汽從分解槽底部進(jìn)入，直接和鹽水接觸。氯酸鹽分解槽溫度控制在92～96 ℃，氯酸鹽分解槽出口鹽酸質(zhì)量濃度控制在13～25 g/L，根據(jù)分解效率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

立式氯酸鹽分解槽工藝裝置如圖2所示。

該工藝占地面積較小，投資較少，氯酸鹽分解效率較高，通過增加酸化罐能保證鹽酸充分混合均勻，并且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，無腐蝕。但由于將蒸汽直接通入鹽水中，導(dǎo)致分解槽運(yùn)行過程中震動較大，大大降低了玻璃鋼氯酸鹽分解槽的使用壽命。

2017年7—12月氯酸鹽分解槽運(yùn)行情況如表2所示。

表2 2017年7—12月氯酸鹽分解槽運(yùn)行情況Table 2 Operation state of chlorate decomposition tankbetween July and December 2017

3.3 蒸汽板式換熱器加熱鹽水進(jìn)入立式氯酸鹽分解槽工藝

蒸汽板式換熱器加熱鹽水進(jìn)入立式氯酸鹽分解槽工藝如圖3所示。

圣雄氯堿廠第2期采用的是蒸汽間接加熱工藝。氯酸鹽分解槽設(shè)計為鈦材。氯酸鹽分解槽之前設(shè)計了鈦材酸化罐，淡鹽水經(jīng)蒸汽板式換熱器加熱后進(jìn)入酸化罐與18%高純鹽酸混合后溢流進(jìn)氯酸鹽分解槽底部。一般情況下，酸性鹽水會腐蝕鈦材，不建議采用鈦材氯酸鹽分解槽。但大量的實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)：氯酸鹽分解槽用鈦材沒有問題。這是由于出電解槽淡鹽水含有大量的游離氯，在鈦材表面形成了一層致密的氧化膜，阻止了鹽酸對鈦材的腐蝕；所以，這也是氯酸鹽分解工藝的一種革新[5]。

該工藝占地面積較小，初次投資較大，但從長遠(yuǎn)來看成本還是比較低的。氯酸鹽分解效率較高，通過增加酸化罐能保證鹽酸充分混合均勻，并且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、無腐蝕，滿足現(xiàn)代化工廠的需求。

2017年7—12月氯酸鹽分解槽運(yùn)行情況如表3所示。

表3 2017年7—12月氯酸鹽分解槽運(yùn)行情況Table 3 Operation state of chlorate decomposition tank between July and December 2017

金屬材料的腐蝕按其腐蝕機(jī)制可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。而非金屬材料與金屬材料不同，電導(dǎo)率很小，它同電解液接觸時不會形成原電池，因而不會出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕。但非金屬材料存在力學(xué)強(qiáng)度較低、易滲透和熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn), 其腐蝕形式主要有：化學(xué)裂解、溶解和溶脹、應(yīng)力開裂、滲透破壞。所以在選擇化工設(shè)備材料時, 應(yīng)權(quán)衡好各方面關(guān)系，使投資不增加太多，在運(yùn)行中又不會因?yàn)楦g問題而導(dǎo)致裝置停車增加維修費(fèi)用，即要求設(shè)備生命周期成本最低。

4 結(jié)語

通過以上3種氯酸鹽分解工藝對比，可以發(fā)現(xiàn)：在相同鹽酸濃度、相同分解溫度的條件下，后兩種立式分解工藝的分解效率較高，雖然蒸汽直接加熱鹽水裝置初次投資較少，蒸汽的使用量相對較少，但由于玻璃鋼受溫度影響較大，壽命衰減較快，裝置潛在的安全隱患較大。所以建議氯堿企業(yè)采用第3種氯酸鹽分解工藝，既能夠滿足氯酸鹽分解的需求，又能夠保證裝置的本質(zhì)化安全。