离子膜烧碱装置工艺培训课件
一、装置简介
巴陵石化环氧树脂事业部有二套离子膜烧碱生产装置, 一是1993年建成投产采用日本旭化成公司强制式循环电槽工艺的 0t/a 离子膜装置, 一是 12月份建成投产采用日本旭化成自然式循环电槽工艺的50000t/a离子膜装置。
二、烧碱制碱技术的发展历程
烧碱从电石法、水银法、隔膜阳极法发展到离子膜制碱技术。
离子膜烧碱制碱技术是十九世纪60年代开始进入工业生产, 最早由美国杜邦、日本旭化成、西欧伍德等化工公司实现工业生产。
主要是膜和相应电解槽的发展决定离子膜制碱技术。
膜和电解槽的发展历程与离子膜烧碱技术发展是同步的, 当前离子膜只有美国杜邦、日本旭化成、旭硝子公司生产, 中国去年开始山东东岳集团才开始生产出用于强制循环的膜。
电解槽从最开始的单级式电解槽发展到强制循环电解槽、自然循环电解槽、高电密电解槽、零极距电解槽及零极距高电密电解槽。
三、装置工序简介
装置分为 0t/a离子膜装置精制、电解工序、氢处理工序, 氯气送50000t/a离子膜装置氯干燥处理; 50000t/a离子膜装置分为
精制工序、电解工序、淡盐水脱氯工序、蒸发工序、氯气处理工序、氢处理工序。
四、原材料产品简绍
产品性质
30%离子膜烧碱
30%离子膜烧碱化学分子式NaOH, 比重约1.3左右, 分子量40, 凝固点4.65℃, 生成热101.99 千卡/克分子, 熔点318.4℃、沸点1390℃。
30%离子膜烧碱为无色粘状液体, 呈强碱性, 对皮肤、角膜、动物纤维有强腐蚀性, 可吸收氯气和二氧化碳。
离子膜烧
碱广泛用于造纸、冶金、纺织、无机化工、军工领域, 是一种基本无机化工原料。
氯气( Cl2)
氯气化学分子式Cl2, 在常温常压下为黄绿色有刺激性气味的有毒气体。
密度为3.21, 是空气的2.45倍。
易溶于碱溶液、二硫化碳和四氯化碳, 难溶于饱和食盐水。
在常温下, 氯气被加压到0.6～0.8MPa或在常压下冷却到-35～40℃时就能液化为黄绿色透明液体。
液氯的密度为1.47, 熔点-102℃, 沸点-34.6℃, 气化热62kcal/kg(36℃)。
氯气的化学性质很活泼, 是一种活泼的非金属。
液氯为第二类危险化学品, 人体吸入浓度为 2.5mg/m的氯气时, 就会死亡。
氯气爆炸的危害包括两部分: 爆炸本身造成的危害及泄漏的氯气造成的二次危害常温下水中的溶解度为5～7g/l, 湿氯气
对绝大部分金属具有强烈的腐蚀性。
氯气与氢气混合后在温度和光的作用下可形成爆炸性气体, 其爆炸范围为氯含氢4～96%。
干氯气和金属钛会发生剧烈燃烧反应, 甚至发生爆炸, 生成TiCl4, 湿Cl2中由于大量的水分存在, 钛管表面生成一层TiO2保护膜, 保护钛设备不受腐蚀, 因此防止湿Cl2变干Cl2而发生反应。
工艺控制经钛冷却器被冷冻水冷却时的Cl2温度不得小于12℃。
氯气是一种有毒气体, 空气中含氯量超过90mg/l时, 会引起咳嗽, 短时间内即可中毒。
氯气化学性质活泼, 可与多种元素化合, 也能与许多化合物起反应, 因此在自然界中游离状态存在者极少。
氢气
氢气是无色无味易爆气体, 相对比重为0.069( 空气为1) , 密度为0.089g/l, 比空气轻14.5倍, 在空气中燃烧生成水, 其燃烧热为1.08×104kJ/m3, 热容为Cp=14.24J/g℃( 0～200℃) , 电化当量为0.0373。
氢气难溶于水, 在常温常压下, 每升水可溶入0.02升氢气, 在气体中氢气的扩散速度和导热性最高, 其导热系数为0.649kJ/m·hr·K( 约比空气大7倍) 。
氢气与空气混合可形成爆炸性气体, 其爆炸极限为4～74.2%( 体积百分比) 。
氢气也是一种还原剂, 能与很多氧化物反应生成水。
原材料简介
盐水外观为无色透明水溶液, 可被水无限稀释, 常温常压下的Cl2溶解度为1～2 g/L, 比重为 1.17, 比热为 3.26J/g, 沸点为
107℃, 为电的良导体, 对金属易产生电化学腐蚀。
原材料规格性能
五、工艺原理
盐水精制过滤原理
从一次盐水精制送来的盐水含有一定量的固体悬浮物。
这部分固体悬浮物会增加进入离子交换塔盐水钙镁等杂质含量, 同时使离子交换塔中的离子交换树脂结块, 因此必须将其除去。
离子膜法制碱盐水精制过程中使用的碳素管过滤器( F-1140) , 属表面过滤, 悬浮液置于过滤介质的一侧, 在过滤开始前先用α-纤维素进行预涂, 在过滤器滤芯外形成一层滤饼, 防止悬浮物进入滤芯内部孔
道。
过滤原件为过滤器F-1140的碳素管, 过滤介质为α-纤维素为助滤剂的滤饼, 盐水经过滤饼, 固体杂质被截留于滤饼的表面层, 使滤饼不断增厚, 而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。
实际操作过程中, 应根据操作结果对主体给料和预涂层进行调整和确认。
盐水过滤过程中, 由于滤饼( 预涂层) 是依靠滤芯两侧的压差附在滤芯上的, 而压差又是因为有盐水经过而产生, 因此, 为防止滤饼从滤芯上脱落, 在过滤运行及切换过程中, 必须保持的过滤盐水流量保持稳定, 防止盐水中的悬浮物S.S因滤饼剥落而穿透滤芯进入滤后盐水系统。
另外, 盐水过滤过程中, 由于对过滤器进行主体给料, 滤饼不断加厚, 当过滤压差增至0.2MPa时, 为保证滤芯安全, 应切换过滤器。
在使用α-纤维素作为预涂层和主体给料物时必须彻底除去游离态的氯, 否则会降低α-纤维素和过滤元件的作用, 使其性能变差。
2.1.2 离子交换原理
盐水中的Ca2+、 Mg2+及其它各种阳离子对膜电解工艺危害极大。
采用常规化学处理及沉降得到的盐水尚不能满足要求, 还必须采用离子交换法进一步除去阳离子。
离子交换树脂D403是一种大孔隙螯合型阳离子树脂。
其交换基为亚胺基二乙酸基。
当溶液中共存有一价二价金属离子时, Na型螯合树脂D403选择性地交换吸附二价金属离子, 显示出对二价金
属离子的高选择性、高亲和力。
Na被金属阳离子( 特别是一价阳离子) 置换, 反应式如下:
2RCH2NHCH2PO3Na2 + Ca2+ = Ca( RCH2NHCH2PO3Na) 2 + 2Na+
螯合树脂被二价金属离子Ca2+、 Mg2+交换吸附的络合物在低PH的溶液中很容易地解吸( 再生) , 络合物用盐酸进行再生, 转换成H 型树脂, 反应如下:
Ca( RCH2NHCH2PO3Na) 2+ 4HCl → RCH2NHCH2PO3H2+ CaCl2+ 2NaCl H型树脂再经NaOH再生, 转换成Na型树脂, 反应如下:
RCH2NHCH2PO3H2 + 2NaOH → RCH2NHCH2PO3Na2 +2H2O
此时树脂又可重新投入使用。
当盐水流过一定高度的树脂层, 使盐水与树脂充分接触, 将盐水中高价金属阳离子减少至工艺要求水平。
因此, 不论是再生过程, 还是运行过程, 都应保证盐水与离子交换树脂有充分的接触时间, 即要保证盐水流量不能过高, 树脂层高度不能太低。
2.1.3 脱氯原理
电解送来的淡盐水的溶解氯气约为700～800 mg/l。
如果不在脱氯工序中将这些氯气除去, 会造成一次盐水精制工序空气污染, 导致亚硫酸钠和α-纤维素的过量消耗, 并腐蚀管道, 损坏盐水过滤器中的滤芯和离子交换树脂。
因此应将其除出。
溶解在盐水中的氯气, 一部分与水反应, 一部分则以气体形式游离于水中。
Cl2 + H2O → HCl + HClO。