工業(yè)鹽酸用于氯酸鹽分解嘗試

薛衛(wèi)東

(寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753200)

1 實(shí)施背景

在氯乙烯合成工序系統(tǒng)開停車、切換合成爐時(shí)，須將系統(tǒng)內(nèi)剩余的氯化氫氣體用水吸收生產(chǎn)工業(yè)鹽酸。生產(chǎn)的工業(yè)鹽酸要向用戶支付一定數(shù)額鹽酸處理費(fèi)來減輕工業(yè)鹽酸庫(kù)存壓力，生產(chǎn)成本較高。

離子膜電解槽陽(yáng)極側(cè)因副反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一定量的氯酸鹽，隨著淡鹽水流出，須在高溫強(qiáng)酸的條件下使氯酸鹽分解。氯酸鹽分解槽運(yùn)行過程中淡鹽水流量為10 m3/h左右，高純鹽酸加入量平均為1.5 t/h，全月需要高純酸約1 080 t。每生產(chǎn)1 t高純酸，消耗氯氣0.3 t，氫氣0.009 t。

2 主要做法

2.1 氯酸鹽分解原理

在高溫強(qiáng)酸的條件下，氯酸鹽在分解槽內(nèi)發(fā)生分解反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)溫度、酸度和進(jìn)料流量達(dá)到氯酸鹽分解的目的。

主要反應(yīng)如下。

鹽酸過量：

(1)

鹽酸量不夠：

(2)

2ClO2=Cl2+O2。

反應(yīng)產(chǎn)生的氯氣并入氯氣處理系統(tǒng)。

2.2 氯酸鹽分解槽各項(xiàng)指標(biāo)控制及影響

2.2.1 淡鹽水流量對(duì)氯酸鹽分解的影響

加酸量和溫度保持穩(wěn)定的情況下，通過改變氯酸鹽分解槽入口的淡鹽水流量來分析氯酸鹽的分解效果，如表1所示。

表1 加酸量和溫度保持穩(wěn)定，氯酸鹽分解槽入口的淡鹽水流量對(duì)氯酸鹽分解效果的影響Table 1 Effect of depleted brine flow at chloratedecomposition tank inlet on chlorate decomposition underthe conditions of unchanged acid feed and temperature

由表1數(shù)據(jù)可知：淡鹽水流量越小，進(jìn)氯酸鹽分解槽淡鹽水中氯酸鹽分解越徹底，但氯酸鹽分解量較低，不夠經(jīng)濟(jì)；提高淡鹽水流量,氯酸鹽分解槽氯酸鹽分解量相應(yīng)增大，當(dāng)鹽水流量到10 m3/h時(shí)，氯酸鹽分解槽分解量開始減少。

原因分析：隨著淡鹽水加入量的增多，淡鹽水中氯酸鹽的含量隨之增多，在加酸量不變的情況下，即氯酸鹽分解過酸量不足，影響氯酸鹽分解；在氯酸鹽分解槽體積一定的情況下，不斷增加淡鹽水流量會(huì)減少淡鹽水在氯酸鹽分解槽內(nèi)停留時(shí)間，降低氯酸鹽反應(yīng)時(shí)間，影響氯酸鹽分解。

2.2.2 加酸量對(duì)氯酸鹽分解的影響

淡鹽水流量和溫度不變的情況下,通過改變氯酸鹽分解槽進(jìn)口加酸量分析淡鹽水流量對(duì)氯酸鹽分解的影響，如表2所示。

表2 淡鹽水流量和溫度不變，加酸量對(duì)氯酸鹽分解的影響Table 2 Effect of acid addition on chlorate decompositionunder the conditions of unchanged depletedbrine flow and temperature

由表2可知：適當(dāng)增加鹽酸量,有利于氯酸鹽分解，當(dāng)繼續(xù)增大氯酸鹽分解槽加酸量時(shí)，氯酸鹽分解量變化不再大幅增加，不利于后序淡鹽水pH值的調(diào)節(jié)，并會(huì)增加酸堿消耗量。

2.2.3 濃度對(duì)氯酸鹽分解的影響

淡鹽水流量、溫度、加酸不變的情況下，氯酸鹽分解槽淡鹽水中氯酸鹽濃度對(duì)氯酸鹽分解的影響，如表3所示。

表3 淡鹽水流量、溫度、加酸不變，氯酸鹽濃度對(duì)氯酸鹽分解的影響Table 3 Effect of chlorate concentration onchlorate decomposition under the conditions of unchangeddepleted brine flow, temperature and acid feed

通過表3可知：在溫度、加酸量、進(jìn)氯酸鹽分解槽鹽水量一定的情況下，淡鹽水中氯酸鹽濃度越高,越有利于氯酸鹽分解。

2.2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氯酸鹽分解的影響

氯酸鹽分解槽規(guī)格：Ф 2 800×3 200。控制指標(biāo)如表4所示。

表4 氯酸鹽分解槽控制指標(biāo)Table 4 Control indexes of chlorate decomposition tank

通過控制氯酸鹽分解槽的液位，計(jì)算出淡鹽水在氯酸鹽分解槽中的停留時(shí)間，即反應(yīng)時(shí)間。氯酸鹽分解槽液位控制在1.8 m即氯酸鹽分解槽淡鹽水溢流液位。

加酸量、溫度不變的情況下,分析反應(yīng)時(shí)間對(duì)氯酸鹽分解的影響，如表5所示。

表5 加酸量、溫度不變，反應(yīng)時(shí)間對(duì)氯酸鹽分解的影響Table 5 Effect of reaction period on chlorate decompositionunder the conditions of unchanged acid feed and temperature

通過表5對(duì)比可以看出:增加鹽水在氯酸鹽分解槽內(nèi)的停留時(shí)間即增加反應(yīng)時(shí)間，有利于氯酸鹽分解，可以使氯酸鹽分解更徹底。反應(yīng)時(shí)間對(duì)氯酸鹽分解影響較大。從氯酸鹽分解槽氯酸鹽處理量來說，適當(dāng)增加進(jìn)槽鹽水量，減少反應(yīng)時(shí)間，有助于氯酸鹽分解量的增加。綜合來說，選擇一個(gè)合理的停留時(shí)間有利于分解槽發(fā)揮更大的分解能力

由以上分析可得出：提高氯酸鹽分解效率必須控制好反應(yīng)溫度，隨著加酸量的增加，氯酸鹽的分解率也隨之提高。在氯酸鹽分解槽進(jìn)料量和加酸量同時(shí)提高的情況下，氯酸鹽分解槽的處理量不一定隨之增長(zhǎng)，還要考慮反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，則反應(yīng)越徹底。在工業(yè)生產(chǎn)中既要考慮氯酸鹽分解的效果，又要考慮經(jīng)濟(jì)性。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，氯酸鹽分解槽的大小、輔料消耗等均制約氯酸鹽分解處理量。綜合考慮，根據(jù)氯酸鹽分解槽的大小確定反應(yīng)時(shí)間，根據(jù)反應(yīng)時(shí)間控制氯酸鹽分解槽進(jìn)料量、加酸量，既能夠有效分解氯酸鹽又能夠合理控制高純鹽酸、蒸汽消耗，讓生產(chǎn)穩(wěn)定、持續(xù)、高效、節(jié)能運(yùn)行。

2.3 工業(yè)鹽酸替換高純酸實(shí)施方案

(1)配置2臺(tái)揚(yáng)程高、流量小的泵專供氯酸鹽分解槽加酸使用。

(2)在氯酸鹽分解槽工業(yè)用酸預(yù)留管道連接并加裝控制閥門，通過流量計(jì)調(diào)節(jié)氯酸鹽分解槽加酸流量。

(3)工業(yè)鹽酸庫(kù)存不足時(shí)，可通過開關(guān)酸管道上控制閥實(shí)現(xiàn)工業(yè)鹽酸與高純鹽酸切換使用。

(4)在使用工業(yè)鹽酸過程中，對(duì)氯酸鹽分解槽進(jìn)出口含量進(jìn)行分析，如出現(xiàn)工藝指標(biāo)異常，及時(shí)停用工業(yè)鹽酸。

(5)方案實(shí)施前期，由化驗(yàn)室對(duì)工業(yè)酸中鈣、鎂離子含量進(jìn)行分析，化學(xué)分析法均未監(jiān)測(cè)出鈣、鎂含量。

3 實(shí)施效果

3.1 總體情況

對(duì)比高純酸改用工業(yè)酸后氯酸鹽分解槽的運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)：分解處理能力與高純酸無差別，運(yùn)行過程中工業(yè)酸濃度出現(xiàn)小幅波動(dòng)，在可控范圍內(nèi)，總體達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

3.2 主要指標(biāo)，單位堿產(chǎn)品耗高純酸

單位堿產(chǎn)品耗高純酸量對(duì)比如圖1所示。

圖1 單位堿產(chǎn)品耗高純酸量對(duì)比Fig.1 Comparison of high purity hydrochloric acidconsumption per unit caustic soda

圖1中通過2020年、2021年高純酸使用量對(duì)比，2020年高純酸改用工業(yè)酸前高純酸平均單耗為0.142 t/t，改用后高純酸平均單耗為0.11 t/t，下降了0.032 t/t。

3.3 產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

工業(yè)酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)26%)處理費(fèi)用150元/t，累計(jì)使用工業(yè)酸5 000 t/a，減少處理費(fèi)75萬元。

累計(jì)少生產(chǎn)5 kt高純酸，累計(jì)增加樹脂產(chǎn)量2 097 t。樹脂盈利按400元/t計(jì)算，可增加收益83.88萬元左右。

每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約158.88萬元。

4 生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行情況

4.1 離子膜電解槽運(yùn)行情況分析

4.1.1 進(jìn)槽鹽水

使用工業(yè)鹽酸后，鹽水處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)分析檢測(cè)精制鹽水各項(xiàng)指標(biāo)均在要求范圍之內(nèi)，與之前相比幾乎無差異。表6是使用工業(yè)鹽酸后精制鹽水ICP分析指標(biāo)對(duì)比表。

表6 使用工業(yè)鹽酸后精制鹽水ICP分析指標(biāo)對(duì)比表Table 6 ICP analytical results of refined brine beforeand after industrial hydrochloric acid is used 10-6

4.1.2 電解槽電壓

使用工業(yè)鹽酸后，在進(jìn)槽鹽水穩(wěn)定，槽溫控制穩(wěn)定的情況下，監(jiān)測(cè)電解槽電壓幾乎無波動(dòng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在相同的電流負(fù)荷下槽電壓均控制在3.05～3.28 V之間，離子膜使用未受到任何影響。

4.2 螯合樹脂

鹽水二次精制過程，樹脂塔內(nèi)螯合樹脂在同周期內(nèi)正常運(yùn)行—再生，生產(chǎn)穩(wěn)定，精制鹽水合格。檢修期間打開樹脂塔查看樹脂顆粒以及塔內(nèi)設(shè)備情況，表層樹脂顆粒形狀圓潤(rùn)，破損率在允許范圍，設(shè)備內(nèi)壁干凈無腐蝕破損痕跡。

5 結(jié)語(yǔ)

此項(xiàng)目投運(yùn)后，氯酸鹽分解槽各項(xiàng)指標(biāo)合格，氯酸鹽分解效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。通過氯酸鹽分解槽高純酸改用工業(yè)酸，降低生產(chǎn)成本，單位堿產(chǎn)品耗酸下降，同時(shí)增加了樹脂產(chǎn)量，解決了工業(yè)酸銷售困難、減少工業(yè)酸處理費(fèi)用。