工业盐酸用于氯酸盐分解尝试

薛卫东

(宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏 石嘴山 753200)

1 实施背景

在氯乙烯合成工序系统开停车、切换合成炉时，须将系统内剩余的氯化氢气体用水吸收生产工业盐酸。生产的工业盐酸要向用户支付一定数额盐酸处理费来减轻工业盐酸库存压力，生产成本较高。

离子膜电解槽阳极侧因副反应会产生一定量的氯酸盐，随着淡盐水流出，须在高温强酸的条件下使氯酸盐分解。氯酸盐分解槽运行过程中淡盐水流量为10 m3/h左右，高纯盐酸加入量平均为1.5 t/h，全月需要高纯酸约1 080 t。每生产1 t高纯酸，消耗氯气0.3 t，氢气0.009 t。

2 主要做法

2.1 氯酸盐分解原理

在高温强酸的条件下，氯酸盐在分解槽内发生分解反应，通过调节温度、酸度和进料流量达到氯酸盐分解的目的。

主要反应如下。

盐酸过量：

(1)

盐酸量不够：

(2)

2ClO2=Cl2+O2。

反应产生的氯气并入氯气处理系统。

2.2 氯酸盐分解槽各项指标控制及影响

2.2.1 淡盐水流量对氯酸盐分解的影响

加酸量和温度保持稳定的情况下，通过改变氯酸盐分解槽入口的淡盐水流量来分析氯酸盐的分解效果，如表1所示。

表1 加酸量和温度保持稳定，氯酸盐分解槽入口的淡盐水流量对氯酸盐分解效果的影响Table 1 Effect of depleted brine flow at chloratedecomposition tank inlet on chlorate decomposition underthe conditions of unchanged acid feed and temperature

由表1数据可知：淡盐水流量越小，进氯酸盐分解槽淡盐水中氯酸盐分解越彻底，但氯酸盐分解量较低，不够经济；提高淡盐水流量,氯酸盐分解槽氯酸盐分解量相应增大，当盐水流量到10 m3/h时，氯酸盐分解槽分解量开始减少。

原因分析：随着淡盐水加入量的增多，淡盐水中氯酸盐的含量随之增多，在加酸量不变的情况下，即氯酸盐分解过酸量不足，影响氯酸盐分解；在氯酸盐分解槽体积一定的情况下，不断增加淡盐水流量会减少淡盐水在氯酸盐分解槽内停留时间，降低氯酸盐反应时间，影响氯酸盐分解。

2.2.2 加酸量对氯酸盐分解的影响

淡盐水流量和温度不变的情况下,通过改变氯酸盐分解槽进口加酸量分析淡盐水流量对氯酸盐分解的影响，如表2所示。

表2 淡盐水流量和温度不变，加酸量对氯酸盐分解的影响Table 2 Effect of acid addition on chlorate decompositionunder the conditions of unchanged depletedbrine flow and temperature

由表2可知：适当增加盐酸量,有利于氯酸盐分解，当继续增大氯酸盐分解槽加酸量时，氯酸盐分解量变化不再大幅增加，不利于后序淡盐水pH值的调节，并会增加酸碱消耗量。

2.2.3 浓度对氯酸盐分解的影响

淡盐水流量、温度、加酸不变的情况下，氯酸盐分解槽淡盐水中氯酸盐浓度对氯酸盐分解的影响，如表3所示。

表3 淡盐水流量、温度、加酸不变，氯酸盐浓度对氯酸盐分解的影响Table 3 Effect of chlorate concentration onchlorate decomposition under the conditions of unchangeddepleted brine flow, temperature and acid feed

通过表3可知：在温度、加酸量、进氯酸盐分解槽盐水量一定的情况下，淡盐水中氯酸盐浓度越高,越有利于氯酸盐分解。

2.2.4 反应时间对氯酸盐分解的影响

氯酸盐分解槽规格：Ф 2 800×3 200。控制指标如表4所示。

表4 氯酸盐分解槽控制指标Table 4 Control indexes of chlorate decomposition tank

通过控制氯酸盐分解槽的液位，计算出淡盐水在氯酸盐分解槽中的停留时间，即反应时间。氯酸盐分解槽液位控制在1.8 m即氯酸盐分解槽淡盐水溢流液位。

加酸量、温度不变的情况下,分析反应时间对氯酸盐分解的影响，如表5所示。

表5 加酸量、温度不变，反应时间对氯酸盐分解的影响Table 5 Effect of reaction period on chlorate decompositionunder the conditions of unchanged acid feed and temperature

通过表5对比可以看出:增加盐水在氯酸盐分解槽内的停留时间即增加反应时间，有利于氯酸盐分解，可以使氯酸盐分解更彻底。反应时间对氯酸盐分解影响较大。从氯酸盐分解槽氯酸盐处理量来说，适当增加进槽盐水量，减少反应时间，有助于氯酸盐分解量的增加。综合来说，选择一个合理的停留时间有利于分解槽发挥更大的分解能力

由以上分析可得出：提高氯酸盐分解效率必须控制好反应温度，随着加酸量的增加，氯酸盐的分解率也随之提高。在氯酸盐分解槽进料量和加酸量同时提高的情况下，氯酸盐分解槽的处理量不一定随之增长，还要考虑反应时间，反应时间越长，则反应越彻底。在工业生产中既要考虑氯酸盐分解的效果，又要考虑经济性。

在实际生产过程中，氯酸盐分解槽的大小、辅料消耗等均制约氯酸盐分解处理量。综合考虑，根据氯酸盐分解槽的大小确定反应时间，根据反应时间控制氯酸盐分解槽进料量、加酸量，既能够有效分解氯酸盐又能够合理控制高纯盐酸、蒸汽消耗，让生产稳定、持续、高效、节能运行。

2.3 工业盐酸替换高纯酸实施方案

(1)配置2台扬程高、流量小的泵专供氯酸盐分解槽加酸使用。

(2)在氯酸盐分解槽工业用酸预留管道连接并加装控制阀门，通过流量计调节氯酸盐分解槽加酸流量。

(3)工业盐酸库存不足时，可通过开关酸管道上控制阀实现工业盐酸与高纯盐酸切换使用。

(4)在使用工业盐酸过程中，对氯酸盐分解槽进出口含量进行分析，如出现工艺指标异常，及时停用工业盐酸。

(5)方案实施前期，由化验室对工业酸中钙、镁离子含量进行分析，化学分析法均未监测出钙、镁含量。

3 实施效果

3.1 总体情况

对比高纯酸改用工业酸后氯酸盐分解槽的运行情况发现：分解处理能力与高纯酸无差别，运行过程中工业酸浓度出现小幅波动，在可控范围内，总体达到了预期目标。

3.2 主要指标，单位碱产品耗高纯酸

单位碱产品耗高纯酸量对比如图1所示。

图1 单位碱产品耗高纯酸量对比Fig.1 Comparison of high purity hydrochloric acidconsumption per unit caustic soda

图1中通过2020年、2021年高纯酸使用量对比，2020年高纯酸改用工业酸前高纯酸平均单耗为0.142 t/t，改用后高纯酸平均单耗为0.11 t/t，下降了0.032 t/t。

3.3 产生的经济效益

工业酸(质量分数26%)处理费用150元/t，累计使用工业酸5 000 t/a，减少处理费75万元。

累计少生产5 kt高纯酸，累计增加树脂产量2 097 t。树脂盈利按400元/t计算，可增加收益83.88万元左右。

每年产生经济效益约158.88万元。

4 生产系统运行情况

4.1 离子膜电解槽运行情况分析

4.1.1 进槽盐水

使用工业盐酸后，盐水处理系统运行稳定，经分析检测精制盐水各项指标均在要求范围之内，与之前相比几乎无差异。表6是使用工业盐酸后精制盐水ICP分析指标对比表。

表6 使用工业盐酸后精制盐水ICP分析指标对比表Table 6 ICP analytical results of refined brine beforeand after industrial hydrochloric acid is used 10-6

4.1.2 电解槽电压

使用工业盐酸后，在进槽盐水稳定，槽温控制稳定的情况下，监测电解槽电压几乎无波动。经统计，在相同的电流负荷下槽电压均控制在3.05～3.28 V之间，离子膜使用未受到任何影响。

4.2 螯合树脂

盐水二次精制过程，树脂塔内螯合树脂在同周期内正常运行—再生，生产稳定，精制盐水合格。检修期间打开树脂塔查看树脂颗粒以及塔内设备情况，表层树脂颗粒形状圆润，破损率在允许范围，设备内壁干净无腐蚀破损痕迹。

5 结语

此项目投运后，氯酸盐分解槽各项指标合格，氯酸盐分解效果良好，达到了预期效果。通过氯酸盐分解槽高纯酸改用工业酸，降低生产成本，单位碱产品耗酸下降，同时增加了树脂产量，解决了工业酸销售困难、减少工业酸处理费用。