片状钾碱装置电解工序运行总结

吴礼定，曾波，潘敬青

（1.青海盐湖工业股份有限公司，青海西宁810000；2.云南省化工研究院，云南昆明650228）

片状钾碱装置电解工序运行总结

吴礼定1，曾波2，潘敬青1

（1.青海盐湖工业股份有限公司，青海西宁810000；2.云南省化工研究院，云南昆明650228）

简要介绍了6万t/a离子膜法片状钾碱装置电解工序的工艺及主要设备，对开车过程中出现的问题进行了详细分析，并提出相应的解决办法。

离子膜法钾碱；运行；电解

青海盐湖工业股份有限公司钾碱项目以百万吨钾肥生产装置的KCl产品为原料，生产片状氢氧化钾（6万t/a，以100%KOH计）、碳酸钾（7.2万t/a，以100%K2CO3计）及向下游PVC装置提供原料HCl气（HCl按满足10万t/a PVC所需量及自用高纯盐酸所需量设计）。钾碱装置于2006年开始筹建，2010年11月18日电解装置一次送电试车成功。目前是亚洲最大的氢氧化钾装置。

钾碱装置引进Hyffux公司的HVM膜预处理盐水精制工艺、德国伍德公司的电解工艺（采用伍德BM2.7电解槽）、意大利SET公司的蒸发固碱工艺及瑞士Bertrams的离子膜流化床蒸发制碳酸钾工艺。采用美国杜邦公司的离子膜、法国卡朋罗兰公司的合成炉及nash_elmo的氢压机/氯压机。采用先进的DCS和BMS控制，整体装置达到了国内氯碱行业的先进水平。

1 电解工序装置简介

电解工序包括二次精盐水、电解槽、脱氯、氯处理、氢处理、废气处理几个单元。电解总共4组电解槽，每组包括158个单元槽，每组电解槽满负荷11.7 kA，每日理论产出32%KOH 400 t，氯气80 t、氢气2.3 t。电解工艺流程示意图如图1所示。

经过二次精制的饱和盐水加入电槽的阳极室，溶液中的Cl-在阳极放电，生成Cl2从溶液中逸出，消耗部分KCl的饱和盐水则成为淡盐水流出电槽，而K+则透过膜移向阴极。与此同时，向电解阴极室加入纯水，H2O中H+在阴极上放电，生成H2从溶液中逸出。而在阴极附近产生的OH-则和从阳极过来的K+结合生成KOH。在实际生产中，仍有少量的Cl-通过扩散从阳极室迁移至阴极，使生成的碱液中含有少量KCl，同时又有少量OH-，由于电子迁移从阴极室移向阳极室，从而导致电流效率下降和阳极副反应的增加。

2 试车运行情况

2.1 试车中发生的问题及处理方法

（1）进盐水及碱液换热器前有一个减温减压装置，其作用是将供热送过来的蒸汽通过加纯水制成湿的饱和蒸汽。在这一控制点，指标要求蒸汽温度控制为130℃以下，达到145℃，就会触发连锁，造成蒸汽阀门自动关死。在实际操作过程中，纯水阀门全开，蒸汽的温度还是居高不下，很容易触发连锁，将温度连锁上线提高至160℃，现运行平稳。

（2）氢气带水严重。在氢气通过Ⅰ、Ⅱ段冷却后，送往HCl合成的氢气中含有大量水分，一方面造成氢气系统压力波动，另一方面在冬季很容易造成管道结冰堵塞，且氢气夹带水分造成HCl合成工序氯氢流量比率调节系统的氢气流量计不准。在停车检修期间，在氢气Ⅰ、Ⅱ段冷却器后新增1台氢气加热器，Ⅰ、Ⅱ段冷却器继续冷却氢气，用后段氢气加热器升温到70℃。将饱和氢气变成不饱和氢气，从而使氢气在后段无法析出水分，很好地解决了这一问题。

（3）废气处理系统尾气塔液泛。在开车初期，废气风机经常会将尾气塔的循环碱抽至风机进口，将尾气塔填料的填充量减少，降低了填料高度，尾气塔未再出现液泛现象。

（4）废气系统吸收塔及尾气塔液位控制。在生产过程中，要求吸收塔及尾气塔内要有一定的液位，但在实际操作过程中，很难控制液位平稳。将吸收塔及尾气塔碱液出口的U型弯抬高，使吸收塔及尾气塔始终通过U型弯液封保持一定的液位，不再通过阀门来调节液位，减小了操作难度。

（5）电解及二次盐水厂房采暖。电解厂房及二次盐水厂房暖气和二次盐水厂房的盐水和碱液换热器同时接在减温减压装置之后。在未生产之前，蒸汽的供应能够满足要求，但在生产过程中，由于二次盐水及碱液换热器对蒸汽的消耗，造成蒸汽耗量加大，减温减压后的蒸汽无法满足所需蒸汽耗量，致使盐水及碱液换热器温度提升困难以及厂房的供暖不足。将采暖系统改至减温减压之前，采用0.35 MPa蒸汽供暖，减温减压后的蒸汽全部送至盐水和碱液换热器。同时满足了换热器和采暖的蒸汽消耗。

（6）废气系统循环管线堵塞。废气系统碱液浓度不宜配置太高，否则，NaOH与Cl2反应生成的NaCl易使循环管道堵塞，一般配置为16%左右。其间，也发生过因浓度配置高，吸收塔下液堵塞使碱液倒灌至废气管线事故。后来，一方面严格控制浓度及吸收液氧化还原电位；一方面将吸收塔废气进口做成上U形弯，避免了此类事故发生。

2.2 开停车及运行过程中需要重点关注的控制

（1）开车过程中盐水及碱液的流量调节。在电解升降电流的过程中，进槽盐水及碱液的流量会随着电流的变化而进行相应的调节，这就要求在升降电流的过程中，现场操作及主控始终要保持密切的联系。主控随时要向现场通知电流大小，巡检人员进行相应的调节。否则，会造成电解连锁跳车，甚至出现电解槽断流的事故发生。造成无法弥补的损失。

（2）1151AB、1152AB阀门切换。在电解槽电流升至2.7 kA时，需要通过1151AB阀门切换，将氯气由废气处理系统切至氯处理系统、通过1152AB阀门切换将氢气由氢气放空切至氢气处理系统。在阀门的切换过程中，主控一定要严格按照操作步骤进行，且操作过程要缓慢，始终保持氯气总管压力为24 kPa左右、氯气总管压差大于3 kPa，氯氢压差为4 kPa左右。否则，很容易造成氯气总管压力连锁、氯气总管压差连锁或氯氢总管压差连锁跳停电解槽。

（3）进槽碱液中纯水的加入量。在电解槽电流大于4 kA以后，进槽碱液中纯水的加入量的连锁会被激活，一旦加入量过少，就会造成电解槽连锁跳停，因此，在升电流的过程中,要始终关注纯水的加入量，并根据电流大小进行调节。

（4）离子交换树脂塔出口指标。要求进槽盐水中Ca2＋＋Mg2＋含量＜20×10－9，一旦进槽盐水中Ca2＋＋Mg2＋含量过大，盐水中的钙离子、镁离子及其他重金属离子，会与从阴极室反渗过来的OH－形成难溶的氢氧化物而沉积在膜内。这样，一方面，会堵塞离子膜使膜电阻增加，从而引起槽电压上升；另一方面，还会使膜的性能发生不可逆的恶化而缩短膜的使用寿命。因此，要对进槽盐水的指标保持高度的关注，一旦超过指标，离子交换树脂塔就要切换再生。

（5）精盐水中的游离氯。一次盐水送过来的精盐水中若存在游离氯，会造成树脂塔中毒，对树脂造成永久性的损坏，失去交换能力。因此，一旦发现精盐水中存在游离氯，要立即加入亚硫酸钾进行消除。

（6）氯压机浓硫酸浓度。氯压机的工作介质是浓硫酸，因为进氯压机的氯气中含有一定量的水分，在氯压机运行过程中，浓硫酸的浓度会逐渐降低，若酸浓度低于95%，会对氯压机产生腐蚀。因此，要密切关注氯压机出口氯气温度，随时分析氯压机中浓硫酸浓度，一旦浓度低于95%，立即进行换酸操作。

（7）在电解单元，要求操作人员在现场查测进槽盐水浓度、阴极液浓度，阳极液pH值，与测量仪表相对照，作为进槽盐水加纯水，阴极液加纯水及电槽运行数据的参考。在现场用密度计直接测定密度，升电流时半小时一次；运行正常时，1小时一次。

3 冬季试车生产中的注意问题及事故处理

3.1 装置在冬季试车生产中注意问题

（1）认真检查防冻隐患并提前采取措施。根据生产装置管线特点，制定各工序的冬季检查表，将主要部位都列在检查表上，安排人员24小时加强巡检，认真填写记录，一旦发现问题及时处理。

a.采用在各工序界区阀后加盲板，阀前加DN25旁路阀门，接胶皮管至下水井，使装置生产水不进入各软管站，在阀前通过旁路形成长流水，避免工序冻害、跑水事故发生。这样，在正常生产时，遇到冬季停车，就可以直接通过旁路排水，避免管道冻害。

b.循环水方面，采用在进设备前做循环上水与回水间的连通管，中间加装阀门。使所有循环水管线保持循环，避免循环水管线出现死区。并在蒸发冷凝液泵等个别死区，加装临时排液阀门，接胶皮管至下水井，形成长流水，避免冻害事故。

c.蒸汽系统，平时各导淋、软管站保持常开状态。遇到蒸汽中断，整个蒸汽和冷凝液管线安排人员排水，如排水效果不理想，应及时用蒸汽或空气吹净。若蒸汽疏水阀排水不畅，则拆下蒸汽疏水阀进行疏通，排凝走旁路。

d.厂房采暖均保证正常运行，并在平时检查低压蒸汽管道冷凝水疏水状况，检查暖风机组运行情况，检查各采暖系统的使用蒸汽压力，确保蒸汽管道及采暖系统正常稳定运行，并在所有厂房门上加装保温门帘，确保厂房内设备管道不发生冻害事故。

（2）及时发现问题并及时解决。冬季察尔汗地区的温度最低可达-30℃，在开车中，应注意以下问题。

a.电解开车，电流升到2.7 kA时，氯中含氢合格，切AB阀时操作无效，检查是1151A阀冻，用蒸汽烤开后就正常。后在1151A附加加电伴热。

b.电解开车，发现氢气系统压力波动，后检查发现氢气管道4 mU型弯液封管是凉的，U型管横段管道冻住。用蒸汽解冻后正常，后在整个U型弯液封管附加电伴热。

（3）停车时及突发情况处置。在冬季停车时，将所有不运行的设备、管道内水排净，特别注意检查管道U型弯及死角积水排放情况，用压缩空气吹干。将室外泵内液体排空，并加入适量防冻液。发现管道发生冻害时，应立即排液，并适当通入软管站蒸汽，并在现场条件允许情况下，在结冰区域用喷灯及电炉加热，当排液完成后，通入工厂空气吹干。因为车间厂房地基建在盐碱地上，大量水倒灌，会引起厂房地基塌陷。当由于管道冻裂，大量液体流出时，应立即堵漏并用潜水泵将液体排至下水。

3.2 事故处理

（1）在试车及生产中，应制定可行的开停车方案，更应严格遵守安全操作规程，在开停车时，做好严格细致检查，确认所有开停车条件，操作工及主操更应认其负责，及时发现并解决问题。在发生事故时，首先要沉着冷静，在了解事故发生的现象、数据后，再迅速做出判断。

（2）由于生产自动化程度高，因仪表故障造成的事故也较多。例如,废气系统负压控制在2 kPa，开车时，发现尾气塔顶部放空有氯气溢出。检查负压显示为2 kPa，碱液循环及浓度也合适。但现场检查发现废气系统补气阀开度比平时大，此时，负压控制为自动控制。取消自动后，手动将补气阀关小，则氯气不再溢出。后经检查，压力变送器显示故障。在压力变送器旁边加1个U型管压差计，在现场巡检时，注意观测负压情况。在装置脱氯系统也发生过因pH计不准造成的事故。在开车中，发现亚硫酸钾消耗量很大，仅一个白班，就消耗正常用量的10倍。检查发现，阳极液酸化罐、脱氯盐水受槽pH计显示故障。在进脱氯塔前没有加入足够的酸导致脱氯效果不好，脱氯盐水受槽又没有加入足够的碱，导致亚硫酸钾在酸性条件下反应除游离氯，更加剧亚硫酸钾消耗。后重新校验pH计，安排巡检人员用pH试纸测试，避免了类似事故。

（3）严格执行开车检查表和停车检查表制度。

Summary on the operation of a 60 kt/a ion membrane caustic potash plant

WU Li-ding1,ZENG Bo2,PAN Jing-qing1
(1.Qinghai Salt Lake Industry Inc.,Ltd.Xining 810000,China; 2.Yunnan Research Institute of Chemical Industry,Kunming 650228,China)

This paper introduced the process characteristics and operation situation of the 60 kt/a ion membrane caustic potash plant,it gave the main technical and economic indexes during running of the plant, some process problems were analyzed in detail,and proposed the corresponding solution.

ion membrane caustic potash；operation；electrolysis

TQ114.3

B

1009－1785(2012)09-0009-03

吴礼定（1984—），男，安徽人，硕士，2009年毕业于昆明理工大学化学工程专业，一直从事离子膜烧碱、PVC的生产及氯碱下游产品研发工作。

2012-02-28