氯酸盐电解槽废气的处理

2011-01-22

无机盐工业 2011年8期

(福州一化化学品股份有限公司，福建福州 350717)

电解是氯酸盐生产过程中的重要环节，对电解过程中产生的废气，不能仅停留在处理后达标排放，而应对其实现综合利用。据计算，年产1×104t氯酸钠可以产生6.5×106m3氢气(标准状态)，将这些氢气用作燃料，按1 m3氢气折标煤0.368 kg[1]计算就可节约标煤2 392 t，按1 kg标煤排放二氧化碳2.498 kg[2]计算，可以减少二氧化碳排放5 975 t。此外，氢气作为重要的化工原料，其附加值更大。因此，氯酸盐企业如何利用电解槽废气，是提高该产品竞争力的重要手段之一。

1 氯酸盐电解过程产生的废气

在氯酸盐电解过程中，阳极总反应为：

(1)

阴极总反应为：

(2)

(3)

从以上方程式可见：在电解槽中，理论上仅有的产物是氯酸盐和氢气。但在实际生产过程中，由于电极材料、工艺控制条件等因素的影响，不同的企业中电解槽排放的气体成分不尽相同。中国普遍采用的汽提外循环电解槽中，电解气体参数为：压力(表压)3～6 kPa；温度≈70 ℃；气体组成为：w(O2)=2%～4% ，w(Cl2)=0.2%～0.5%，其余为氢气及在这个温度下的饱和蒸汽。每生产1 t氯酸钠产生的氢气实际可达650～700 m3(标准状态)。

2 电解槽废气的处理

2.1 除氯工艺

2.1.1 废气的预处理

电解槽废气中的氯气普遍采用NaOH溶液吸收处理。为减少NaOH溶液的消耗，降低对后面工序中设备的腐蚀，应对电解槽废气进行预处理，方法为：1)冷却，将电解槽废气通过热交换器进行冷却，使气体温度降到40 ℃左右，这时约有50%(质量分数)的Cl2溶解于水中，生成氯水(主要成分是HCl和HClO)，氯水可以返回氯酸钠电解系统中，但氯水还会稀释电解液，一般情况下1 t氯酸钠会增加100 L左右液体，也可以将这些氯水排放到污水系统中处理污水的COD；2)用盐水吸收，使加入电解槽的盐水与电解槽废气在吸收塔内充分接触，既提高了盐水温度，又降低了盐水的pH。采用该方法时，应考虑到吸收塔的填料在吸收过程中可能产生的腐蚀及机械损耗，由此造成盐水中含有杂质对电解的影响。故用这种方法预处理气体时，采用钛材制造的筛板塔较为合适。

2.1.2 碱液吸收

经过预处理的废气中Cl2的质量分数可以降到0.1%以下。将废气通过几个串联的碱吸收塔后，气体中Cl2的质量分数可以降到2×10-5以下。在设计填料塔及选择填料时，要尽量减少塔的阻力，控制电解系统压力<5 kPa。

2.2 除氧工艺

除氯后的气体中氧气质量分数仍然在3.0%以上。此时该气体若不加以压缩，在氧气质量分数低于4.0%时，可以直接作为燃料使用。如果需要压缩贮存，或者用作化工原料，就必须进行除氧处理。较为安全的方法是将这种气体通过以钯为催化剂、Al2O3为载体的除氧塔处理。在除氧塔中，氧气与氢气在钯催化剂上生成水。该反应过程在实际运行中仍然要注意以下几个问题。

2.2.1 对气体的要求

含Cl2、HCl及带有NaOH碱沫的气体带入除氧系统，不仅造成后系统设备、管道腐蚀，还会造成催化剂中毒，影响除氧效果。应保证除氯后气体中w(Cl2)≤2×10-5。同时气体在进入除氧系统前，应通过水洗塔除去气体杂质，并通过除沫装置器减少气体夹带的液态水分。

2.2.2 气体的输送

输送氢气比较安全的设备是水环式真空泵及压缩机，该设备在工作过程中恒温，氢气与机械在运行过程中不直接接触，在抽吸和压缩易爆气体过程中不易发生危险。输送压力控制约为0.08 MPa。

2.2.3 除氧催化剂的选择和除氧塔的设计

中国生产除氧催化剂的厂家大部分采用浸渍法生产工艺[3]，在选择催化剂时应考虑的主要参数为：1)粒径，粒径小,堆积密度相对较大，脱氧塔阻力较大，较佳的粒径为4 mm 左右；2)机械强度，机械强度差,在运行一段时间后容易粉化，要求机械强度≥100 N/粒；3)除氧深度、使用温度、使用寿命、使用空速是催化剂生产厂家技术含量的综合体现，应从经济技术角度综合考虑选择适合的催化剂。其中，使用空速是保证除氧效果情况下的重要指标，是除氧工艺设计的主要依据。

除氧塔的工艺设计主要考虑催化剂的装填量和高径比。装填量由气体处理量、使用空速、堆积密度决定。在氯酸盐电解槽废气的处理系统中，除氧塔高径比为4～5较为适合。由于除氯后的气体中仍然还有微量的对催化剂有害的气体杂质，在使用一段时间后会使催化剂失效，因此可用系统中的氢气对催化剂进行再生。在设计除氧塔时，一般应设计两个塔(如A、B塔)，正常情况下两塔并联运行。在需要进行催化剂再生时，两塔串联运行。做到既可以从A塔进B塔出，也可以从B塔进A塔出。

3 安全问题

由于氢气具有易燃易爆的特点，故在氯酸盐废气处理的全过程都必须高度重视。应严格按照GB 50177—2005《氢气站设计规范》和GB 4962—2008《氢气安全使用安全技术规程》执行。为防止气体在除氧塔反应过于剧烈，应控制气体中w(O2)<2%。为此，可将处理后的纯氢部分返回到除氧塔进气口，以降低气体中氧气含量。