烧碱蒸发碱性冷凝液回用电解槽运行总结

韩艳利（昊华宇航化工有限责任公司，河南焦作454002）



烧碱蒸发碱性冷凝液回用电解槽运行总结

韩艳利
（昊华宇航化工有限责任公司，河南焦作454002）

摘要：通过对烧碱蒸发装置产生的碱性冷凝液进行杂质分析，提出了碱性冷凝液的合理利用方案，将碱性冷凝液回用于电解槽阴极补水并对实际运行情况进行了总结。

关键词：蒸发；碱性；冷凝液；电解槽

烧碱蒸发过程中产生2种冷凝液：一种是蒸汽冷凝液，pH值为中性，可回收至公用工程系统用作制备纯水的原水；另一种是碱性冷凝液，含碱量＜0.01 mg/L，pH值为7～11，电导≤350 μs/cm，存在回用于电解装置，部分替代纯水的可行性。按照废水阶梯利用、减少外排水量的总体要求，昊华宇航化工有限责任公司考虑将装置废水按不同水质分类划分，采取直接回用、降级使用、低品高用、治理回用的治理原则，积极探索回收蒸发碱性冷凝液用于电解装置的阴极补水，使碱性冷凝液得以实现合理综合利用。

1　电解装置杂质控制的重要性

盐水中的杂质如积蓄在离子交换膜中会损伤膜，引起膜的电流效率下降，膜电压升高。因此，要充分发挥离子交换膜的性能，并使其持续下去，加强精制盐水的品质达标管理是很重要的。考虑将蒸发碱性冷凝液送到电解槽作为阴极补水用，最大的担心是碱性冷凝液中金属离子超标，对电解槽阴极镍涂层造成污染，影响电解槽运行的电压和电流效率。主要杂质对膜影响情况见表1。

因此，必须对蒸发碱性冷凝液的水质进行分析检测，确保碱性冷凝液的水质能够达到纯水的标准，并且能够稳定连续地供给，才可以将碱性冷凝液送至离子膜电解装置作为阴极补水，否则将会对离子膜造成不可逆转的影响。

2　蒸发碱性冷凝液特性

2.1碱性冷凝液水质分析

取样分析蒸发碱性冷凝液的水质，含碱量＜0.01 mg/L，pH值为7～11，电导≤350 μs/cm，重金属离子分析结果见表2。

从表2分析数据可以看出，除Ni2+存在个别指标超标情况外，其余重金属离子的指标均优于纯水指标。由于电解槽阴极网材质本身为镍，所以Ni2+超标对于碱性冷凝液加入电解槽阴极侧用作电解槽补水，从理论上讲是完全没有问题的。

2.2碱性冷凝液水量分析

以蒸发装置正常生产为例，碱性冷凝液稳定排放量平均为508.8 m3/d，而电解槽阴极加水量为600 m3/d，每天需向碱性冷凝液罐补充91.2 m3纯水，即可达到每天电解槽加水的供需量，可实现碱性冷凝液的全部回收，达到了蒸发碱性冷凝液的零排放。

通过对碱性冷凝水的水质、水量分析，认为将碱性冷凝液送至电解装置用作阴极补水是可行的。

表1　盐水中杂质对电解性能的影响

3　技术方案及内容

3.1方案设想

为确保合格的碱性冷凝液进入碱性冷凝液回收水罐，在进罐之前安装pH计和电导在线监测仪，当pH值＞11或电导＞350 μs/cm时，碱性冷凝液自动切换至一次盐水工段化盐使用，停止向碱性冷凝液储罐进水，电解槽阴极液加水改为纯水；为稳定连续输送碱性冷凝液，考虑新增蒸发碱性冷凝液回收储罐，配置碱性冷凝液泵，泵出口管线连接至电解槽阴极液加水管线上，罐内加入部分纯水，储罐液位与纯水进口的自控阀联锁控制。在线监测及自控装置均引入现有DCS操作系统，并由仪表组态实现自动操作。

表2　蒸发碱性冷凝液检测样mg/L

3.2工艺流程简述

在蒸发碱性冷凝液泵出口原设计调节阀后的一次盐水管道上增加1台程控阀，在泵出口阀与新增程控阀之间增加至碱性冷凝液回收管道，管道上加装pH计及电导在线监测仪。新增碱性冷凝液储罐出口安装2台碱性冷凝液泵，出口连接至阴极液系统加纯水管线上。正常情况碱性冷凝液经pH计及电导检测合格后进入碱性冷凝液罐，再由碱性冷凝液泵输送至电解槽阴极加纯水管线上，代替纯水进入电槽。一旦碱性冷凝液经pH计及电导检测不合格，则送至一次盐水。

为保证电解槽的用水量，避免蒸发低负荷下碱性冷凝液量不足，难以维持电解槽的补水量，在新增碱性冷凝液罐管道上增加纯水管线，同时加装远传液位计，纯水管线上安装自控阀，碱性冷凝液罐液位由纯水管线上自控阀自动控制，并在2台碱性冷凝液泵出口各增加1台程控阀，当1台泵跳停则联锁关闭泵出口程控阀，并启动备用泵，打开相应泵出口程控阀。工艺流程图见图1。

蒸发碱性冷凝液回收至碱性冷凝液罐，通过碱性冷凝液泵输送至电解槽阴极，当作纯水给电解槽补水。当碱性冷凝液罐液位低于80%，补水阀门自动打开进行补水，使碱性冷凝液罐液位始终控制在80%左右稳定运行。

4　工艺操作法

系统原始开车，蒸发未运行，保持原设计工艺，阴极系统补水通过纯水泵P344供水操作，蒸发运行后，按以下步骤操作。

4.1开车操作

（1）现场打开纯水进新增碱性冷凝液罐D-350自控阀的前后手阀，慢慢打开纯水自控阀，向碱性冷凝液罐中进纯水，分析D-350内纯水符合离子膜电解槽用水要求。

（2）当碱性冷凝液罐D-350液位达到50%时，现场人员打开P-354泵进口阀，主控人员打开P-354泵出口程控阀，启动碱性冷凝液泵，打开泵出口阀，同时现场人员打开碱性冷凝液泵出口去流量计FIT-221前手动阀，使用P-354向FCV-221供水。

图1　蒸发碱性冷凝液回收流程图

（3）现场人员调整好P-354泵出口压力，主控人员注意调整FIT-221流量在合适值，主控人员将碱性冷凝液罐D-350液位控制在80%，当液位稳定后，将自控阀切换为自动状态。

（4）蒸发装置运行正常后，分析碱性冷凝液达到要求（Ca2++Mg2+≤10×10-9、Ni≤10×10-9，pH值≤11，电导≤300μs/cm）后方可引入碱性冷凝液罐D-350内。

（5）现场打开程控阀前后手动阀，主控打开程控阀，碱性冷凝液进入碱性冷凝液罐D-350中，主控关闭程控阀停止向一次盐水或地沟排水。

（6）主控人员将自控阀切换为手动状态，调整碱性冷凝液罐液位在80%，液位稳定后，重新将自控阀切换为自动状态。

4.2停车操作

（1）蒸发装置临时停车时，主控人员先将碱性冷凝水的2个程控阀进行切换，将碱性冷凝液回收至一次盐水，FCV-221仍然由P-354供水。

（2）蒸发装置长时间（超过15天）停车时，主控人员通知现场人员将FCV-221供水切换至由P-344泵供水。

（3）主控人员将自控阀FCV-221切换为手动状态，保持流量不变。

（4）现场人员慢慢打开脱氯塔二楼P-344泵出口去流量计FIT-221前手动阀，慢慢关闭脱氯塔二楼P-354泵出口去流量计FIT-221前手动阀。

（5）切换阀门时，要保证FIT-221流量稳定，阀门切换完毕，将自控阀FCV-221切换为窜极状态。

（6）现场人员注意调整P-344泵出口压力，保证纯水供应。

4.3异常情况处理

碱性冷凝液回收装置异常，立即将阴极液加水切换至P-344供水，当碱性冷凝液装置恢复正常后，重新切换。

当碱性冷凝液pH值＞11或电导＞350 μs/cm任意条件存在时，碱性冷凝液2个程控阀能够自动切换，碱性冷凝液将回收至一次盐水（或排至污水处理站），主控人员要及时联系现场人员，查找原因解决后，分析碱性冷凝液符合离子膜电槽用水要求后重新切换使用。

4.4操作注意事项

（1）主控注意观察碱性冷凝液的pH值和电导显示，确保碱性冷凝液pH值≤11，电导≤350 μs/cm。

（2）碱性冷凝液回收装置异常不能进行回收操作，待装置恢复后，必须确认碱性冷凝液符合离子膜电槽用水条件后，方可进行回收操作。

（3）碱性冷凝液储罐D-350内溶液需定期分析，一旦发现有不符合离子膜电槽用水的情况，立即停止使用，查明原因，恢复后再回收。

5　项目实施效果

5.1项目投资情况（见表3）

5.2运行效果

蒸发碱性冷凝液回用至电解装置阴极补水技术应用后，对装置运行数据进行了整理汇总，具体运行数据见表4、表5。

蒸发碱性冷凝液作为电解槽阴极液补水使用1年以来，电解槽电压上升2.034～5.826 V，电流效率下降0.35%。电解单元槽自身因活性涂层性能降低，造成单元槽电压上升。按照每片单元槽1年后槽电压上升40～50mV来计算，装置运行1年后，电解槽总槽电压上升6.16～7.7 V，在同等电流下运行1年，槽电压上升幅度低于理论值，数据运行良好。盐水中的杂质带入对离子膜造成污染。盐水中的金属离子造成了电流效率不可逆转的下降。按离子膜电流效率每年下降0.5%来看，电流效率下降0.35%这个数值是比较合理的。经分析可以看出，电压的上升和电流效率的下降，并不是由蒸发碱性冷凝液作为电解槽阴极液补水造成的，也即蒸发碱性冷凝液可作为电解槽阴极补充水，能保证生产稳定运行。

表3　主要设备及投资表

表4　改造前1-10#电解槽运行记录

表5　改造后1-10#电解槽运行记录

5.3经济效益

经过改造后，按蒸发进料量45 m3/h，浓度32%，密度1 310 kg/m3，高碱浓度50%，密度1 510 kg/m3计算，碱性冷凝液流量为21.2 t/h，按蒸发装置年运行5 000 h，纯水6元/t计算，每年可节约费用63.6万元。

6　结语

通过对烧碱蒸发碱性冷凝水回用点解装置用于阴极补水工艺的研究与改造，将蒸发碱性冷凝液当作纯水用于电解槽补水，既解决了废水外排问题，又实现了合理综合利用的目标。项目实施以来，装置运行比较稳定，对电解槽的经济运行并无影响，达到了设计要求，具有较好的环保效益，同时，也节约纯水用量，20万t/a的装置年可节约60万元，有较好的经济效益。

Alkaline caustic soda evaporation condensate back up the electrolysis operation

HAN Yan-li
（Haohua Yuhang Chemical Co.，Ltd.，Jiaozuo 454002 China）

Abstract：Impurity analysis by alkaline condensate of caustic soda evaporation device，put forward the reasonable utilization scheme of alkaline condensation，the alkaline condensate back for cathode electrolysis water，The application is analyzed.

Key words：evaporation；alkalinity；condensate；electrolytic cell

中图分类号：TQ114.26

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）05-0001-04

收稿日期：2016-02-25