三聚磷酸鈉溶液在氯堿行業(yè)的應(yīng)用

張玉標(biāo)，楊彩霞

(山東魯泰化學(xué)有限公司,山東 濟(jì)寧 272300)

由于磷酸鈉固體狀態(tài)是以三聚體形式存在，所以磷酸鈉溶液也可稱(chēng)為三聚磷酸鈉溶液。磷酸鈉具有特殊的物理溶液特性和化學(xué)特性，近年在中國(guó)氯堿行業(yè)的鹽水精制和防腐蝕應(yīng)用方面有很好的效果，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 三聚磷酸鈉溶液的物理和化學(xué)特性

三聚磷酸鈉溶液是弱酸強(qiáng)堿鹽，它的溶液一般呈堿性，能很好中和水中的酸物質(zhì)，所以在水中加入適量的三聚磷酸鈉，能很好預(yù)防酸腐蝕。雖然三聚磷酸鈉是很好的水溶解鹽，但是三聚磷酸鈉與其他金屬離子很容易發(fā)生交換反應(yīng)，形成溶度積特別小的磷酸鹽，這就決定了三聚磷酸鈉加入水中有兩個(gè)好處：一是可以很好地清除水中的其他離子，形成特別難溶的金屬磷酸鹽沉淀而被除去，這在離子膜燒堿裝置鹽水精制工藝中得到很好應(yīng)用；二是沉淀的磷酸鹽容易在金屬管壁外形成致密的磷酸鹽保護(hù)層，能很好地抵擋水中酸和氧對(duì)金屬的腐蝕作用，延長(zhǎng)金屬的使用壽命，這在氯堿行業(yè)很多廠家得到應(yīng)用，效果很不錯(cuò)。

2 三聚磷酸鈉溶液在離子膜燒堿鹽水處理中的應(yīng)用

2.1 典型的一次鹽水精制工藝

一次鹽水用純堿溶液和燒堿溶液除鈣離子和鎂離子，形成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，先經(jīng)沉降分離，再經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)一步除去固體懸浮物等，形成精制鹽水，供離子膜燒堿電解使用。

該工藝缺點(diǎn)：由于碳酸鈣和氫氧化鎂的溶度積相對(duì)還比較大，因此精制后的鹽水中鈣鎂離子還有很多，這些離子在氯化鈉電解過(guò)程中會(huì)沉積在離子膜上，影響離子膜的壽命和電解電流密度，造成離子膜電解電流效率的降低。

2.2 三聚磷酸鈉溶液在鹽水處理中應(yīng)用原理

鹽水精制處理效果主要看化合物的溶度積，溶度積越小，化合物就越難溶。鹽水中幾種金屬離子的溶度積見(jiàn)表1。

表1 鹽水中主要幾種金屬雜質(zhì)的溶度積比較

從表1可以看出，鈣、鎂、鋇的磷酸鹽溶度積遠(yuǎn)比氫氧化合物和碳酸化合物低，可以讓鹽水中鈣、鎂、鋇等雜質(zhì)離子濃度更低，從而減少鹽水中鈣、鎂、鋇等雜質(zhì)離子對(duì)離子膜的副作用。但是，由于磷酸根離子對(duì)離子膜也有巨大的副作用，而且價(jià)格也遠(yuǎn)比純堿溶液和燒堿溶液高，因此選擇合適的三聚磷酸鈉溶液的用量非常重要。另外，不同的食鹽，其中的鈣、鎂、鋇等雜質(zhì)離子含量可能也有所不同。因此，最佳的方法就是保持原來(lái)一次鹽水用純堿溶液和燒堿溶液除去鈣離子和鎂離子的工藝過(guò)程不變，在最后階段添加少量三聚磷酸鈉溶液，這樣既可以達(dá)到很好地去除鈣、鎂雜質(zhì)離子的目的，又能很好地掌握三聚磷酸鈉溶液的用量，還能最大限度降低化學(xué)品的用量成本。

2.3 使用效果

采用添加三聚磷酸鈉的新鹽水處理工藝后，螯合樹(shù)脂塔的運(yùn)行周期從原來(lái)的1天必須再生一次，延長(zhǎng)到15天再生一次。以某公司10萬(wàn)t/a離子膜燒堿裝置為例計(jì)算，技術(shù)改進(jìn)后每年可減少7萬(wàn)m3含酸含堿廢水排放，減少耗酸、耗堿費(fèi)用100多萬(wàn)元。另外，由于提高了鹽水質(zhì)量，離子膜的使用壽命也從2.5年左右延長(zhǎng)到4年以上，燒堿生產(chǎn)電耗也大大降低。而添加的三聚磷酸鈉量很少，生產(chǎn)成本與效益相比完全可以忽略不計(jì)。該技術(shù)在上海氯堿等公司成功應(yīng)用后，已經(jīng)在全國(guó)得到很好推廣。

3 三聚磷酸鈉溶液在氯堿設(shè)備防腐蝕方面的應(yīng)用

3.1 三聚磷酸鈉溶液防腐蝕原理

由金屬腐蝕理論可知，在含有溶解氧的水溶液中，鋼鐵發(fā)生腐蝕時(shí)，腐蝕反應(yīng)的陰極過(guò)程有氫離子的去極化和氧的去極化過(guò)程，而如果水的溫度高，這種去極化過(guò)程會(huì)快速進(jìn)行。要抑制該過(guò)程，就須增大水的pH值，達(dá)到降低水中氫離子濃度的目的。堿度增大，金屬腐蝕過(guò)程中的氫離子去極化的陰極反應(yīng)會(huì)受到抑制，鋼鐵表面生成的氧化性保護(hù)膜傾向會(huì)增大，因此含氧水對(duì)鋼鐵的腐蝕性隨水的pH值增大而降低。

三聚磷酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，加入熱水中會(huì)提高水的pH值，能有效抑制氫離子去極化反應(yīng)的過(guò)程，降低腐蝕進(jìn)程；另一方面，三聚磷酸鈉能和水中鈣離子及腐蝕下來(lái)的亞鐵離子絡(luò)合，生成聚合磷酸鈣鐵為主要成分的沉淀膜覆蓋在金屬表面，阻止腐蝕發(fā)生，起到保護(hù)金屬表面的作用。須注意的是，使用三聚磷酸鈉添加的換熱水時(shí)，水質(zhì)最好不要太臟，以免產(chǎn)生太多沉積，影響換熱效果。

3.2 汽化氯設(shè)備的應(yīng)用

山東某單位汽化氯設(shè)備采用熱水循環(huán)對(duì)液氯加熱達(dá)到汽化氯氣的目的，熱水溫度為50～55 ℃。在使用的熱水沒(méi)有添加三聚磷酸鈉溶液以前，熱水管道汽化氯設(shè)備使用2年左右就因腐蝕損壞；后定期添加三聚磷酸鈉溶液和另外的阻垢劑后，設(shè)備使用5年后基本沒(méi)有腐蝕，使用的三聚磷酸鈉為水的0.02%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

3.3 三聚磷酸鈉溶液在氯化高聚物生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)水相法CPE、CPVC生產(chǎn)工藝中，很多廠家技術(shù)設(shè)計(jì)是這樣的：氯化釜的換熱水一般設(shè)計(jì)為閉路循環(huán)，水對(duì)氯化釜進(jìn)行加熱和移熱，而換熱水的升溫一般通過(guò)直接通蒸汽加熱和用循環(huán)水移去換熱水的熱能。水相法CPE、CPVC生產(chǎn)的換熱水溫度較高，又有氧氣存在于水中，腐蝕很?chē)?yán)重，可以在換熱水中添加三聚磷酸鈉溶液和其他阻垢劑，來(lái)減緩設(shè)備管道的腐蝕。

3.4 高溫?zé)崴刑砑尤哿姿徕c溶液

本文中所指的高溫?zé)崴侵笢囟雀哂?0 ℃的換熱水，這時(shí)候由于溫度比較高，氧氣存在水中會(huì)使氫離子去極化的陰極反應(yīng)更嚴(yán)重，因此，這樣的工藝除了可以使用三聚磷酸鈉溶液防止腐蝕外，還須降低水中氧氣的濃度，而常用的去氧化學(xué)方法就是在水中定期加入少量水合肼。水合肼在溫度高于90 ℃時(shí)會(huì)很快與氧氣反應(yīng)生成水和氮?dú)?，從而達(dá)到去除水中的氧保護(hù)金屬免受腐蝕的目的。國(guó)內(nèi)外熱電廠普遍采用添加水合肼來(lái)達(dá)到去除熱水和蒸汽中氧氣的目的，以保護(hù)設(shè)備和管道。

3.4.1 氧氯化反應(yīng)器熱水中添加三聚磷酸鈉溶液

某公司二氯乙烷生產(chǎn)裝置最初引進(jìn)日本的乙烯氧氯化反應(yīng)器，乙烯、氯化氫和氧氣在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)生大量反應(yīng)熱，反應(yīng)熱通過(guò)58組蛇管熱水換熱，熱水溫度為160 ℃，反應(yīng)器外部有氣包，換熱水在氣包中副產(chǎn)低壓蒸汽，補(bǔ)充水為脫鹽水。該設(shè)計(jì)就是在熱水中定期加入微量水合肼和三聚磷酸鈉溶液，以達(dá)到保護(hù)蛇管免受熱水腐蝕的目的。

3.4.2 三聚磷酸鈉在乙炔法VCM合成反應(yīng)器中的應(yīng)用

在乙炔法VCM合成反應(yīng)器中，乙炔和氯化氫的合成反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量，要保證反應(yīng)溫度不能過(guò)高，必須控制換熱的熱水溫度為90～100 ℃，這符合水合肼除氧的條件，也符合三聚磷酸鈉溶液提高熱水的pH值和形成沉積保護(hù)層的條件，可以配合高溫阻垢劑復(fù)合使用，能達(dá)到保護(hù)反應(yīng)器換熱金屬管的目的?，F(xiàn)在乙炔法VCM合成反應(yīng)器中廣泛應(yīng)用的高溫阻垢劑估計(jì)就是由這些成分構(gòu)成的化學(xué)品。

4 結(jié)語(yǔ)

作為一種具有獨(dú)特性能的化學(xué)品，三聚磷酸鈉溶液的廣泛應(yīng)用不僅提高了中國(guó)氯堿行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也很好地提升了中國(guó)氯堿行業(yè)的技術(shù)水平?？梢韵嘈?，隨著人們對(duì)三聚磷酸鈉溶液特性的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，還會(huì)在中國(guó)氯堿行業(yè)得到更進(jìn)一步的應(yīng)用。