氯碱工业盐水精制工艺技术优化研究

赵利军

摘 要：目前氯碱工业主要是采用电解饱和盐水来制取烧碱、氯气和氢气，在工业历史过程中经历了苛化法、水银法、隔膜法和离子膜法等制氯工艺，不管采取什么工艺措施来制取氯碱，精制盐水的质量是保障工艺技术效果的重要途径。盐水精制工艺目前主要采用沉降等方式，在盐水中加入精制剂，从而产生难溶解的物质，这些物质进行了沉降，通过过滤装置过滤，然后对其余的难溶杂质进行吸附，去除掉盐水中的杂质，使盐水不断精制。近年来盐水精制技术不断的发展和进步。

关键词：氯碱工业;盐水精制工艺;技术优化

0 引言

近年来氯碱生产中一次盐水除硫酸根的方法逐步由传统方法逐渐向膜法除硝发展，随着氯碱产能的大幅度提高，各氯碱企业对一次盐水的工艺进行一定的优化改造。下面就对某化工企业一次盐水系统存在的问题及解决措施进行研究。

1 盐水精制工艺影响因素

1.1 盐水钙镁离子比值

由于钙镁离子在盐水中的存在，在精制反应过程容易产生CaCO₃和Mg（OH）₂沉淀及不溶物，盐水中Ca²⁺/Mg²⁺>1时，Mg（OH）₂产生胶装难溶物质将会附着在CaCO3沉淀上，从而产生较大的难容颗粒。而盐水中Ca²⁺/Mg²⁺<1时，由于Mg（OH）₂产生量较大，CaCO₃沉淀无法将其全部吸附，从而仍然留存大量的Mg（OH）2胶状物。目前研究表明，一般控制Ca²⁺/Mg²⁺>1.5即可，并非这个比例至越大越好，比例值过大将会影响设备参数的运行，进入二次盐水精制过程将会给过滤器带来较大的压力，并造成二次过滤返洗频繁，严重时还会形成上槽盐水钙镁离子超标，影响电解槽的运行。

1.2 盐水温度及浓度

化学反应过程温度作为重要的影响因素，温度越高时反应速率越快，加快了化学反应的产生，盐水温度较低时，不溶颗粒物质沉降缓慢，影响了澄清桶的运行效率。而在盐水精制过程，并非温度越高越好，过高的温度造成澄清桶内流体冷热对流，引起整体设备运行异常。现场实际应用过程一般不推荐采用温度较低的水来进行化盐，同时在化盐过程盐量较大也会降低盐水温度，特别是冬季，会造成盐水温度大幅降低。

盐水的浓度不均衡将会造成澄清桶内部盐水的对流，影响盐水澄清的效果，一般情况下要保障化盐桶内盐层高度这1.5m以上，按照搅拌装置进行连续搅拌，加快化盐过程以及调节盐水浓度差异。

1.3 精制剂影响

在盐水精制过程加入精制剂（Na₂CO₃、NaOH）用来除去盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺，但精制剂加入量不足时，盐水中的杂质无法良好的去除去，产生的沉淀物质不能形成大的颗粒而有效沉淀。

但精制剂加入量过大，由于Mg（OH）₂胶体物质稳定性较好，同样也会造成沉降物质难以沉淀出来，影响了颗粒的沉降速度，从而影响盐水整体质量。

2 盐水系统存在的问题分析

2.1 钙离子的去除

理论量的碳酸钠，需要搅拌数小时才能使上述反应趋于完全。加入超过理论用量0.8g/L时，反应在15min内即可完成90%，在不到1h之内就能实际完成，不同温度下，浓度为310g/L的盐水中Ca²⁺浓度与过量Na₂CO₃的关系见图1。

从图1中可以看出，50℃Na₂CO₃过量0.45g/L时，盐水中的Ca²⁺含量为4.5mg/L。在工业上一般将Na₂CO₃的过量控制在0.25～0.60g/L。

2.2 镁离子的去除

不同温度下、浓度为310g/L的盐水中Mg²⁺浓度与过量NaOH的关系见图2。

图2中可以看出在50℃，NaOH过量0.06g/L时，盐水中Mg²⁺含量为2mg。在生产中一般将NaOH的过量控制在0.07～0.60g/L。不僅仅通过过碱量的控制，还需要足够的沉淀停留时间。沉淀物的形成和絮凝长大，需要桥架作用和足够的停留时间，甚至泥浆作为晶核可吸附更多的碳酸钙和氢氧化镁，形成共沉淀，使沉淀颗粒变大，提高沉淀速度。随着电解生产量的扩大（设计为烧碱产量10万t/a，实际已经达到10.5万t/a），盐水处理负荷也增大，而盐水预处理器能力有限（容积820m3），处理流量越大，沉淀时间越短，造成预处理器效果较越差。在原盐中钙镁含量波动较大，镁离子含量高的原盐使用期间预处理器的出液效果尤其较差，预处理器差造成过滤器压力急剧升高，过滤器出液量降低，酸洗次数增多，酸耗高，在系统高负荷运行时瓶颈问题尤其显著。

3 精制生产工艺优化

3.1 盐水装置水平衡系统优化

基于氯碱厂实践队水平衡系统进行来优化，水平衡工作得到了有效的改善，设备能耗有效的境地，工业用水用量和污水排放有效降低，为氯碱行业废水再次利用提供了良好的解决措施，整体优化后的运行成果如表1所示。

3.2 脱除硫酸根工艺优化

目前对以往盐水精制过程中去除硫酸根离子采用氯化钡的工艺改成膜法过滤工艺，整体运行效果上避免了使用危险化学品的种种弊端，降低了设备运行成本，给污泥的排出也减缓了不少压力，减少了整个工艺环节的操作工序。对比来看以往处理后精制盐水中硫酸根含量大于为6.87g/L，而工艺实施后通过多次分析化验，平均为5.2g/L，基本上满足了精制盐水对其中硫酸根含量的要求。

4 结论

综上所述，膜法除硫酸根设备安装试运行后，经过初步统计分析，以往2014～2018年平均每年消耗氯化钡溶液50140t，生产成本达到2315万元，使用新的膜法除硫酸根工艺后，2019年运行成本为1365万元，总体上来看通过工艺的优化实施，年节约成本950万元，该工艺技术的实施为氯碱工业同行提供生产经验。

参考文献：

[1]权耀宁，石亿红.氯碱工业中降低亚硫酸钠用量的方法[J].氯碱工业，2019，52（7）：13-15.

[2]程飞，王艳超，李波.一次盐水HW工艺运行总结[J].氯碱工业，2019，52（4）：8-10.