離子膜燒鹼

離子膜燒鹼就是採用離子交換膜法電解食鹽水而製成燒鹼（即氫氧化鈉）。 其主要原理是因為使用的陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H+、Na+通過，而Cl－、OH－和兩極產物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產物Cl2和陰極產物H2相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產物NaOH反應而生成NaClO影響燒鹼純度的作用。

基本介紹

• 中文名：離子膜燒鹼
• 主要原料：飽和食鹽水
• 優點：能耗低國外離子膜法氯鹼生產
• 別名：氫氧化鈉

生產流程

離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程

精製的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電後H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室導入的陰極液中含有NaOH；Cl－則在陽極表面放電生成Cl2。電解後的淡鹽水則從陽極室導出，經添加食鹽增加濃度後可循環利用。

陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發生反應為2H++2e－=H2↑；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。

主要原料

氯鹼工業的主要原料：飽和食鹽水，但由於粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等雜質，遠不能達到電解要求，因此必須經過提純精製。

工藝設計

一次鹽水

一次澄清鹽水的製備是氯鹼生產工藝至關重要的工段，精製效果的好壞直接影響產品的質量和產量。傳統性的一次鹽水精製工藝，採用配水、化鹽、加精製劑反應、澄清、砂濾，然後再經炭素燒結管過濾器過濾。近幾年新建氯鹼裝置一次鹽水工藝大都採用膜過濾技術製取精製鹽水，該工藝路線省去了砂濾器、炭素燒結管過濾器。經生產實踐證明，經膜過濾分離方法製得的一次鹽水質量指標、設備投資等都比傳統工藝理想。所以一次精製鹽水工藝採用膜過濾器過濾工藝。

二次鹽水精製

離子膜法電解槽使用的高度選擇性離子交換膜要求入槽鹽水的鈣、鎂離子含量低於20wtppb，普通的化學精製法只能使鹽水中的鈣、鎂離子含量降到10wtppm左右。若使鈣、鎂離子含量降到20wtppb的水平，必須用螯合樹脂處理。

二次鹽水精製的主要工藝設備是螯合樹脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的運行與再生處理及其周期性切換程式控制，可由程式控制器PLC實現，PLC與集散控制系統DCS可以實現數據通訊；也可以直接由DCS實現控制。伍迪公司採用的就是二塔式，其他公司採用三塔式流程。建議採用三塔式流程。

電解工藝

能夠提供離子膜電解槽的專利商有旭化成、伍迪、氯工程、北化機等廠家，這幾家公司的技術都是成熟的。槽型為復極式自然循環離子膜電解槽。

淡鹽水脫氯

淡鹽水脫氯有兩種工藝路線：一種採用空氣吹除法，該法脫氯效果欠佳，從淡鹽水中分離出來的廢氯氣純度低，無法匯入濕氯氣總管送氯氣處理工序，只能由燒鹼液循環吸收，製成次氯酸鈉溶液。另一種採用真空脫氯法，該法脫氯效果較好，通過蒸汽噴射器或真空泵提供的真空系統將含氯淡鹽水中的游離氯抽出分離後進入濕氯氣總管。建議採用真空法淡鹽水脫氯工藝技術。

氯氫處理

1、氯氣處理

由電解槽出來的濕氯氣，溫度高並伴有大量的水蒸氣和雜質，具有較強的腐蝕性，必須經過冷卻、乾燥和淨化處理。

氯氣處理系統分為冷卻、乾燥、輸送三部分。

冷卻選用填料式洗滌塔，能夠較好地除去濕氯氣帶出的鹽霧，填料採用CPVC花環。氯氣冷凝下來的氯水回收送淡鹽水脫氯工序。

對於乾燥部分，在實踐套用中已採用過多種乾燥塔型和不同的組合方式，比較典型的有：

a、一段泡沫塔、二段泡沫塔；

b、一段填料塔、二段泡沫塔；

c、一段填料塔、二段泡罩塔。

國內採用最多的是填料塔和泡沫塔組合，這是兩種典型的塔。

泡沫塔的特點是結構簡單、造價低、塔板數多；缺點是操作彈性小、不便於增加硫酸循環量，操作彈性僅為15%，塔板阻力降大，一般為100-200mmH2O，而且開孔的加工精度、酸泥沉積等因素易影響其操作穩定性。

填料塔操作彈性大，易操作，壓降小，但投資大，有效塔板數少。

泡罩塔的特點介於泡沫塔與填料塔之間，塔板數多，壓降與泡沫塔相當，操作彈性比較大。

經過對以往經驗的總結、比較，應選擇二段乾燥；一段為填料乾燥塔，二段採用泡罩乾燥塔。

氯氣輸送設備有兩種形式，一種是液環泵，另一種是離心式壓縮機。液環泵對氯氣含水量要求不苛刻，但動力消耗大，輸送量小，出口氯氣壓力低，適用於生產規模在5萬噸/年燒鹼能力以下的氯氣輸送。離心式壓縮機具有輸送量大、排氣壓力較高、運轉平衡、得以改善工作環境等優點。該設備能量消耗與同氣量液環泵相比節電50%，但要求氯氣中含水量<100wtppm，適用5萬噸/年燒鹼規模以上的裝置輸送氯氣。

建議氯氣處理工藝方案：濕氯氣經氯水洗滌，鈦管換熱器，氯氣除鹽、降溫後經一段填料塔、二段泡罩塔乾燥，使氯氣含水量≤50wtppm，氯氣輸送選用大型離心式氯氣壓縮機。

2、氫氣處理

由電解槽出來的氫氣溫度高、含水量大、且含鹼霧，故必須進行冷卻。冷卻系統分直接冷卻和間接冷卻兩種，建議選擇氫氣洗滌塔直接洗滌冷卻降溫、列管換熱器間接冷卻，水環式氫氣壓縮機輸送。

3、廢氯氣處理

廢氯氣處理接納開、停車時的低濃度氯氣和事故狀態下氯氣系統的泄壓氯氣，可採用燒鹼液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，設備龐大，需連線攪拌，動力消耗高，操作環境惡劣。建議選擇燒鹼液循環、冷卻、吸收廢氯氣，製成次氯酸鈉溶液。

氯氣液化

通常根據氯氣壓縮機壓力的不同，將氯氣液化方式分為高壓法、中壓法和低壓法三種。高壓法消耗冷凍量少，不需要制冷機，能耗低。

優點

離子膜燒鹼優點(1)燒鹼質量高成品燒鹼含R;,}' 30} 50 mg/ kg,可滿足化纖、製藥等行業對高純燒鹼的質量要求。 ( 2)能耗低國外離子膜法氯鹼生產，噸鹼綜合能耗(蒸汽消耗折算計入電耗中)為2250kW" h，比隔膜法的平均3 200 k W " h節省950 kW " h}'}。 ( 3)投資省離子膜法氯鹼生產比水銀法制鹼節省投資10%一15%，比石棉隔膜法制鹼節省投資15%一25%。 ( 4)無污染離子膜法氯鹼生產沒有廢物，不存在水銀法制鹼的汞污染和隔膜法制鹼的石棉廢物等污染問題。 ( 5)氯氣純度高通常氯氣純度>99%，是很好的有機氯生產原料。 ( 6)氫氣純度高通常氫氣純度>99%，可直接用於要求高純氫的場合。 隨著科學技術的迅猛發展，大量的新材料、新工藝、新方法在離子膜結構、電解槽設計和電解工藝等方面套用，給離子膜法氯鹼生產注入了新的活力。