一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解装置、方法及所涉及的加酸工艺与流程

专利2022-06-29  260


本发明属于氯碱工业盐水电解生产技术(含naoh、koh生产)领域,具体涉及一种离子膜烧碱电解过程中,将阳极室中副反应产生的氯酸盐消除,转化为可重复使用的氯化钠及氯气的生产工艺技术。



背景技术:

离子膜法电解食盐水生产烧碱是现有氯碱工业最主要的生产工艺,电解过程中阳极室中都会有副产物氯酸盐的生成,氯酸盐在盐水中的持续累积不仅会影响nacl的溶解度,而且产品naoh中氯酸盐的含量也会增高,质量下降。

在直流电的作用下,其基本化学反应:

2nacl 2h2o→2naoh cl2↑ h2↑;

阳极室电化学反应:2cl--2e→cl2;

阴极室电化学反应:2h 2e→h2;

阳极室主要化学副反应:阴极室反迁移过来的oh-,在阳极室发生了以下副反应;

cl2(水溶液) h2o→hclo h cl-

naoh hclo→naclo h2o

2hclo naclo→naclo3 2hcl

从以上中间化学品来看,在电解槽阳极室生成的物质中naclo3是最终、稳定的化学品,所以氯酸盐被还原成可循环利用的nacl和cl2也比较困难。

现有氯碱工业技术中,氯酸盐的分解(消除)有以下两种方法:

⒈现氯碱工业分解氯酸盐的主流方法

根据电解槽阳极室所产存在于淡盐水中氯酸盐的量,专门设置一套氯酸盐分解装置,往氯酸盐分解槽中持续排入部分出电解槽的~87℃淡盐水,按比例加入适量盐酸,外加热或往氯酸盐反应槽中直接通入蒸汽加热至90℃~95℃,反应时间2.5h左右溢流而出至收集槽中,去脱氯回收再利用。出氯酸盐反应槽反应完成液中控制工艺指标naclo33~5g/l、hcl≤20g/l,反应生成的氯气加适量空气稀释后(防止生成的clo2分解爆炸)作废气排至下游工序处理。氯酸盐分解量与电解阳极室生成量平衡为准。

上述氯酸盐分解方法存在以下不足:

①分解氯酸盐装置工艺配置繁杂,蒸汽直接通入反应溶液中,污染了淡盐水;

②分解时间长需2.5h以上,分解率低50%~65%,电槽离子膜运行到后期电流效率低时,盐水中氯酸盐只能超标运行,盐水、电解系统生产运行恶化;

③分解后盐酸过量,脱氯后增加一定量的烧碱中和过酸量,与停止氯酸盐分解装置相比脱氯消耗烧碱量高的多;

④低温开始分解时或盐酸量不足时产生的氯气中含clo2,不能生产高纯度氯气送往下游工序,只能加空气稀释后(防止生成clo2分解爆炸)做为废气处理,还要增加废氯气处理设施和运行费用;

⑤此氯酸盐分解是部分分解,不完全的化学反应。

⒉lsz还原剂消除氯酸盐法

以上述氯酸盐分解装置为基础,再增加卸货、贮存、计量泵等设施,由供应商提供配制好的强还原剂代替部分盐酸分解氯酸盐,供应商对还原剂成分保密但保证对盐水电解无害。还原剂与一定量的盐酸配比后加入出槽淡盐水中在氯酸盐分解槽中还原氯酸盐,还原过程为放热反应,正常情况下不再需要加热,完成液去脱氯,氯气不需稀释可回收至氯气总管利用。

lsz还原剂消除氯酸盐法存在以下不足:

①氯酸盐分解装置又增加了贮存设备、计量泵药剂加入设备等,操作更为复杂,药品混合不匀时往往分解效果并不明显;

②仍需要加入一定数量的盐酸提高氯酸盐的氧化性,盐酸的使用量可降低一半;

③采购供货商药品费用高,大量使用外购药剂增加生产成本;

④强还原剂药剂成分不明,有不明物质带入生产系统中去,生成的物质还需排出电解系统,电解生产存在一定的风险;

⑤分解完成液中仍然残余氯酸盐及过量盐酸,也是不完全的化学反应。

现有氯碱工业技术中,氯酸盐分解、淡盐水脱氯、电解入槽淡盐水用酸方式如下:

①电解入槽淡盐水加酸方式

在电解槽运行过程中特别是离子膜运行到后期,为了中和从阴极室反迁移(含渗透naoh)过来的oh-离子,每台电解槽均需要加入一定量的盐酸来中和oh-离子,降低ph值减少阳极室新生态的活性氯与其发生副反应消耗氯气,电解副反应增多会增加淡盐水脱氯、盐水精制等方面增加消耗及设备腐蚀。

加入方式:来自31%hcl高纯盐酸总管的31%hcl高纯盐酸,经控制阀与流量计且分别单独与每台电解槽入槽盐水充分混合后,随入槽盐水进入电解槽中。

②淡盐水脱氯的加酸方式

出槽淡盐水中溶解一定量的活性氯(cl2、clo-、naclo)及clo3-,氯气在ph=1.5~2.5之间在脱氯塔真空状态下从淡盐水中析出,而出槽淡盐水一般ph=3.5~5,所以淡盐水中须加酸调节ph值达到1.5~2.5之间,所以出槽淡盐水加酸脱氯是必要的。

加入方式:来自31%hcl高纯盐酸总管的31%hcl高纯盐酸,经自动控制阀与流量计后,集中加入电解槽出口阳极液总管中混合均匀,根据入脱氯塔淡盐水ph值控制加酸调节阀,控制在ph值=1.5~2.5之间,经脱氯塔淡盐水入口总管进脱氯塔脱除淡盐水中的游离氯。

③淡盐水中分解氯酸盐的加酸方式

在去脱氯塔淡盐水总管上,根据淡盐水中氯酸盐的高低分流出适量淡盐水,与来自31%hcl高纯盐酸总管的31%hcl高纯盐酸,按比例加入31%hcl高纯盐酸,在氯酸盐分解槽底部直接通入蒸汽加热升温、搅动,分解反应~2.5h后排至收集槽中进脱氯塔脱氯,加酸量以反应完成液中氯酸盐3g/l~5g/l,hcl≤20g/l为指标进行调节。

总之,现氯碱工业氯酸盐主流分解方法远不能达到氯酸盐分解最佳工艺控制指标。



技术实现要素:

本发明的技术任务是解决现有技术的不足,提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解装置、方法及所涉及的加酸工艺,以提高氯酸盐反应速度和分解率,简化工艺降低消耗,使副产氯酸盐不再影响电解运行。

本发明分解氯酸盐的方法的理论基础如下:

电解淡盐水中氯酸盐分解的化学方程式:

(1)naclo3 6hcl→nacl 3cl2 3h2o

(2)naclo3 2hcl→nacl clo2 1/2cl2 h2o

以上两个化学方程式哪个优先发生取决于操作条件,但不可能仅有一个化学反应发生,在电解系统分解氯酸盐时,式(1)的化学反应是最理想的,也是我们追求的,如何限制式(2)的发生或者尽可能少的clo2产生,也是我们此次技术改进方案的内容之一。

氯酸盐的分解速度,从电化学理论上来看:氯酸是强酸,强度接近于盐酸和硝酸,氯酸也是强氧化剂,但是氯酸盐溶液只有在酸性介质中才有氧化性,。

以下是在酸性介质中氯酸盐分解过程中各化学反应的标准电极电位

clo2 e→clo2-ψ01=1.18v(a)

clo3- 3h 2e→hclo2 h2oψ02=1.21v(b)

clo2 h e→hclo2ψ03=1.275v(c)

clo3- 6h 5e→1/2cl2 3h2oψ04=1.47v(d)

2hclo 2h 2e→cl2(g)ψ05=1.63v(e)

hclo2 2h 2e→hclo h2oψ06=1.84v(f)

因为在中性介质中clo3-与金属离子结合以盐的形式存在,氧化能力很弱,clo3- 3h2o 6e→cl- 6oh-标准电极电位只有ψ07=0.62v,h 离子浓度增加可以有效地提高氯酸盐的电极电位值,h 离子浓度越高氯酸盐的氧化能力越强。氯酸盐分解要消耗相当量的h 离子,消耗后剩余的h 离子,仍要保持足够高的h 离子浓度。上面六式均反映出残余盐酸浓度越高正向反应越完全。在氯酸盐分解反应器中自始至终从表观上来看就只有(d)式发生,可彻底地达到100%的分解率。当然,其中间过程也可能有其它化学反应,在保证足够的反应温度和反应结束时h 离子浓度的前提下,淡盐水中氯酸盐就会快速完全地分解,气相中也不会有clo2的存在,反应更安全。

但是,现运行氯酸盐反应装置是不能保证上述条件的,不仅化学反应不彻底,还有其它物质(clo2)的产生。所以,现生产装置的配置及工艺指标的控制都不是最合理的。

所以,提高并保持淡盐水中适当的过酸量,可有效地提高并保持氯酸盐的电极电位值,保持其氧化强度,就提高了淡盐水中氯酸盐的分解速度。此外,温度越高淡盐水中离子的活跃程度也高,也会增加其氧化性,提高分解速度。

氯酸盐的分解率,既然(2)式生成clo2不是可以完全避免的,特别是在氯酸盐分解时溶液中酸量不足、温度较低时,clo2生成量相对较大,氯酸盐分解成cl2的量就低,clo2在气相和淡盐水中的含量都高。在淡盐水中的clo2并不稳定,在高过酸量的淡盐水环境中就会有(c)、(f)、(e)式发生溶液中的clo2很快又会还原为cl2和hclo,在反应温度和时间(3min~5min)都可保证的情况下,返回阳极液循环槽中的淡盐水中氯酸盐将完全分解。

气相中clo2的清除,在氯酸盐反应生成的cl2、clo2气体,不能直接分离释放,必须存在于高过酸量淡盐水气液混合的环境中,混合物中的气体clo2与将会相继发生(a)、(c)式溶入到液相中转化为hclo2,在液相中继续发生(f)、(e)式,气体clo2很快又会还原为cl2和hclo。气液混合物温度越高、盐酸浓度越高气体clo2还原越完全,在较短的时间内气体clo2在气液混合物中就会完全消失,再气液分离,纯净的cl2才能直接并入cl2总管,含有一定过剩量盐酸的淡盐水入电解槽淡盐水总管。

所以,既要迅速地提高氯酸盐的分解速度又要保证氯酸盐的分解率及cl2纯度,化学反应(1)是我们最终追求的效果。除了适当地提高反应温度外,现电解加酸系统及氯酸盐分解工艺是不可能解决的。在现运行的氯酸盐分解装置,因为太高的过酸量会大量消耗烧碱,只能控制较低的过酸量,增加反应时间才不至于消耗较多烧碱,最终氯酸盐分解完成液控制naclo33.5~5g/l、hcl≤20g/l。当出槽淡盐水中氯酸盐正常运行naclo3~10g/l时,氯酸盐分解装置的一次分解率只有50%~65%。只有创新性地改变现电解系统中的用酸工艺和氯酸盐分解方式,才能实现提高氯酸盐分解速度、分解率和消除气相中clo2的目的。

为解决以上问题,申请人针对出槽淡盐水中氯酸盐分解速度和分解率开展了如下实验:

取一定量的电解出槽淡盐水,分析淡盐水中naclo3含量,分析结果淡盐水中naclo319.4g/l。取其中的淡盐水100ml,加入30ml浓度为31%的高纯盐酸,加热升温至沸腾保持1min,然后自然冷却至80℃用时15s,一次水冷却至常温;分析经加热分解后的溶液中naclo3含量,分析结果为naclo3含量1.3g/l,重复试验进行了17次,结果基本相同。

为进一步探究盐酸加入量和分解温度对氯酸盐分解速度和分解率的影响,设计如下对比试验:

取一定量的电解出槽淡盐水,分析淡盐水中naclo3含量,分析结果淡盐水中naclo319.4g/l。取其中的淡盐水100ml,加入10ml浓度为31%的高纯盐酸,加热升温至沸腾保持1min,然后自然冷却至80℃用时2.5h,一次水冷却至常温;分析经加热分解后的溶液中naclo3含量,分析结果为naclo3含量9.2g/l,重复试验进行了17次,结果基本相同。

从上述实验得出的结论:

①当淡盐水与31%hcl盐酸按100:30(体积比)配比,在溶液沸腾至自然冷却90℃,反应时间仅1.25min,naclo3的分解率就可达到93.3%,适当地延长反应时间,氯酸盐就可能完全分解达到100%;

②分解速度快,比现运行氯酸盐分解装置淡盐水与31%hcl盐酸10:1的配比需2.5h快120倍;

③由于淡盐水中过酸量高,可最大限度地降低氯酸盐分解反应(2)式的发生,可彻底消除clo2的存在。

通过以上分析可知,氯酸盐的氧化强度跟淡盐水中盐酸浓度成正比,按淡盐水中氯酸盐浓度成比例加入的盐酸随着分解量的增加浓度逐渐降低,氯酸盐的氧化强度也随之下降,直至氯酸盐不再分解,且分解过程中还会有(2)式发生clo2生成。所以,出氯酸盐反应槽反应完成液中工艺指标只能控制naclo33~5g/l、hcl≤20g/l。另外,反应温度也达不到沸腾状态,在沸腾状态下分解氯酸盐,蒸发出的含低浓度活性氯废水量大处理困难,且蒸汽消耗高不经济,反应温度工艺指标只能设定在90℃~95℃。因此,现氯酸盐分解方法必须要有新的工艺来代替。

综上,我们本发明专利要解决的问题就是,用高过酸量和足够高的反应温度(沸腾状态)来持续地保持氯酸盐强大的氧化能力,从而实现淡盐水中氯酸盐迅速、安全、完全地分解,而且间接地解决热能利用率低、盐酸烧碱消耗高、湿氯气中含clo2的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:

1、本发明提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解装置,包括:

电解槽,用于进行氯碱生产,与电解槽相连的入槽精盐水管线、出槽淡盐水管线,出槽淡盐水管线经阳极液循环槽连接淡盐水总管;

高纯盐酸总管,所述高纯盐酸总管分两支管,电解加酸支管去电解槽入槽精盐水管线,第二支管去氯酸盐分解槽处;

氯酸盐分解槽,提供氯碱生产中副产氯酸盐分解的场所,氯酸盐分解槽经淡盐水支管与所述淡盐水总管相连,氯酸盐分解完成液经气液分离器后分两路,一路去氯气总管,一路回阳极液循环槽。

方案优选地,所述氯酸盐分解槽入口管线处设有换热器,换热器的冷介质进口连接阳极液循环槽和高纯盐酸总管,与其对应的冷介质出口连接氯酸盐分解槽入口,换热器的热介质进口连接氯酸盐分解槽出口,与其对应的热介质出口连接气液分离器。

方案优选地,所述氯酸盐分解槽处设有蒸汽夹层,蒸汽夹层内通入蒸汽,为氯酸盐分解提供合适的温度。

方案优选地,所述出槽淡盐水管线还经阳极液循环槽入淡盐水总管去脱氯塔。

方案优选地,所述淡盐水支管与氯酸盐分解槽之间、氯酸盐分解加酸支管与氯酸盐分解槽之间设有流量计、调节阀,淡盐水总管上设有ph计,根据ph值高低调控调节阀的开度,实现入氯酸盐分解槽的淡盐水与盐酸的比例调控及淡盐水总管ph调控。

2、本发明另提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解方法,基于上述的分解装置,该方法根据氯碱生产中所含副产氯酸盐的含量,从阳极液循环槽中分流出相应的淡盐水至氯酸盐分解处,在氯酸盐分解处按高过酸量集中加入高纯盐酸,实现氯酸盐分解;

氯酸盐分解完成后,高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽中,代替高纯盐酸来降低循环阳极液的ph值,循环阳极液的ph值降至规定值之后,再经淡盐水总管输送至电解、脱氯及氯酸盐分解各单元,电解槽用酸不足部分微调加高纯盐酸进行补充,淡盐水脱氯不再加酸。

方案优选地,氯酸盐分解完成后,分解完成液除所述高过剩盐酸的淡盐水外,还有湿氯气,分解完成液经气液分离器后分两路:高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽,湿氯气回氯气总管。

方案优选地,氯酸盐分解完成后,分解完成液需冷却至80℃以下。

方案优选地,依据氯酸盐在淡盐水中的含量,淡盐水流量与高纯盐酸的加入量以100:25~35之间的比例进行调整。

方案优选地,控制氯酸盐分解温度至90℃以上,优选氯酸盐在沸腾态分解。

方案优选地,所述阳极液循环槽出口淡盐水总管淡盐水ph值控制在1.5~2.5之间。

方案优选地,循环阳极液的ph值的规定值在1.5~2.5之间。

方案优选地,循环阳极液的ph值降至规定值之后,经淡盐水总管上的阳极液循环泵输送至电解、脱氯及氯酸盐分解。

3、本发明还提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐所涉及的加酸工艺,将电解生产工艺中加酸方式,由高纯盐酸总管分电解单元、脱氯单元、氯酸盐分解单元分别同时加入盐酸,单独解决电解槽阳极室迁移来oh-、脱氯淡盐水ph值高、氯酸盐分解用盐酸,

改为合并原氯酸盐分解、脱氯及部分电解用酸,将高纯盐酸自氯酸盐分解处集中加入,与氯酸盐分解处所加入的分流出来的含有副产氯酸盐的淡盐水混合实现氯酸盐分解,氯酸盐分解完成后,高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽中,代替高纯盐酸降低循环阳极液的ph值,待循环阳极液的ph值降至规定值之后,经淡盐水总管将淡盐水输送至电解、脱氯及氯酸盐分解各单元,电解槽用酸量不足部分微调加高纯盐酸进行补充;

当循环淡盐水中酸过量高时,除降低氯酸盐分解处加酸量外,还可降低电槽加酸量来提高出槽淡盐水的ph值,保证电解循环系统的淡盐水ph值在规定值。

本发明的一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解装置、方法及所涉及的加酸工艺,与现有技术相比所产生的有益效果是:

①此发明专利大幅度提升了氯酸盐分解速度、分解率和cl2纯度,氯酸盐的分解率一次性地就可达100%,分解率提高了35%~50%,参与分解氯酸盐的淡盐水大幅降低,分解速度快3min~5min就可完成,比现运行的装置快120倍,湿cl2纯度高、不稳定气体clo2不再存在,消除了氯酸盐分解过程中的爆炸隐患,是电解淡盐水中氯酸盐最安全的分解方法。

②此发明专利可以做到电解系统用酸量与电解槽阴极液反迁移过来的oh-离子及渗透过来的naoh动态相平衡,最大限度地减少31%hcl高纯盐酸、烧碱、加热蒸汽和其它物质的消耗,析出的纯净湿氯气不再被污染,直接回收至氯气总管;

③由于整个电解工艺系统中氯酸盐一次性分解的及时又彻底,在精盐水饱和含盐量、成品烧碱品质、延长固碱设备的使用寿命等方面均得到提升;

④此工艺技术简化了繁杂的氯酸盐分解设施和工艺配置,电解生产操作及工艺指标更加优化。

附图说明

为了更清楚地描述本发明一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解装置、方法及所涉及的加酸工艺的工作原理,下面将附上简图作进一步说明。

附图1是本发明现有技术氯酸盐分解工艺的流程图;

附图2是本发明现有本发明氯酸盐分解工艺的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例一

结合附图1、2,本发明提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐所涉及的加酸工艺,将电解生产工艺中加酸方式,由高纯盐酸总管分电解单元、脱氯单元、氯酸盐分解单元分别同时加入盐酸,单独解决电解槽阳极室迁移来oh-、脱氯淡盐水ph值高、氯酸盐分解用盐酸,

改为合并原氯酸盐分解、脱氯及部分电解用酸,将高纯盐酸自氯酸盐分解处集中加入,与氯酸盐分解处所加入的分流出来的含有副产氯酸盐的淡盐水混合实现氯酸盐分解,氯酸盐分解完成后,高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽中,代替高纯盐酸降低循环阳极液的ph值,待循环阳极液的ph值降至规定值之后,经淡盐水总管将淡盐水输送至电解、脱氯及氯酸盐分解各单元,电解槽用酸量不足部分微调加高纯盐酸进行补充;

当循环淡盐水中酸过量高时,除降低氯酸盐分解处加酸量外,还可降低电槽加酸量来提高出槽淡盐水的ph值,保证电解循环系统的淡盐水ph值在规定值。

氯酸盐分解部分的解决办法:

①根据淡盐水中氯酸盐的含量及电解槽运行状况,分流出适量的淡盐水。去掉电解槽出槽淡盐水的位置加酸,改为集中于氯酸盐分解时往淡盐水中直接加酸,去分解氯酸盐的淡盐水及盐酸流量按100:25~35配比加酸,31%hcl高纯盐酸的过酸量的微调由淡盐水总管的ph值决定。

②根据氯酸盐的含量计算所消耗高纯盐酸,如果所需高纯盐酸较高应按加酸量配比的上限加酸,当所加酸量过高超过淡盐水总管ph值控制指标时,也可减少电解槽加酸量提高出槽盐水ph值来控制。

③加热混合均匀的加酸后淡盐水,由于温度较低氯酸盐开始分解主要由化学反应(2)式进行,clo2生成量较大,在淡盐水中的clo2并不稳定,继续加热使加酸后的淡盐水达到沸腾状态,在高过酸量的淡盐水环境中就会有(c)、(f)、(e)式发生溶液中的clo2很快又会还原,存在于气液混合高过酸淡盐水中。混合物中的气体clo2与将会相继发生(a)、(c)式溶入到液相中转化为hclo2并被继续还原为cl2和hclo,最终气相中只存在cl2、h2o,至此,淡盐水中氯酸盐彻底分解完成。

④气液分离,高温分解完成液经冷却至80℃以下,汽化的水蒸气重新回到淡盐水中,气液混合物进入到气液分离器中,纯净的湿cl2由气液分离器上部进入氯气总管,反应完成液消耗了一定量盐酸的淡盐水由气液分离器出口流入阳极液循环槽,供淡盐水脱氯及电解槽循环淡盐水降低ph值使用。

实施例二

结合附图2,本发明提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解装置,包括:

电解槽,用于进行氯碱生产,与电解槽相连的入槽精盐水管线、出槽淡盐水管线,出槽淡盐水管线经阳极液循环槽连接淡盐水总管;

高纯盐酸总管,所述高纯盐酸总管分两支管,电解加酸支管去电解槽入槽精盐水管线,第二支管去氯酸盐分解槽处;

氯酸盐分解槽,提供氯碱生产中副产氯酸盐分解的场所,氯酸盐分解槽经淡盐水支管与所述淡盐水总管相连,氯酸盐分解完成液经气液分离器后分两路,一路去氯气总管,一路回阳极液循环槽。

为实现能量充分利用,上述氯酸盐分解槽入口管线处设有换热器,换热器的冷介质进口连接阳极液循环槽和高纯盐酸总管,与其对应的冷介质出口连接氯酸盐分解槽入口,换热器的热介质进口连接氯酸盐分解槽出口,与其对应的热介质出口连接气液分离器。

通常情况下,氯酸盐分解在90℃以上,为达到氯酸盐分解温度,上述氯酸盐分解槽处设有蒸汽夹层,蒸汽夹层内通入蒸汽,为氯酸盐分解提供合适的温度。

上述出槽淡盐水管线还经阳极液循环槽入淡盐水总管去脱氯塔。

上述淡盐水支管与氯酸盐分解槽之间、氯酸盐分解加酸支管与氯酸盐分解槽之间设有流量计、调节阀,淡盐水总管上设有ph计,根据ph值高低调控调节阀的开度,实现入氯酸盐分解槽的淡盐水与盐酸的比例调控及淡盐水总管ph调控。

实施例三

结合附图2,本发明提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解方法,基于实施例二的分解装置,该方法根据氯碱生产中所含副产氯酸盐的含量,从阳极液循环槽中分流出相应的淡盐水至氯酸盐分解处,在氯酸盐分解处按高过酸量集中加入高纯盐酸,实现氯酸盐分解;

氯酸盐分解完成后,高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽中,代替高纯盐酸来降低循环阳极液的ph值,循环阳极液的ph值降至规定值之后,再经淡盐水总管输送至电解、脱氯及氯酸盐分解各单元,电解槽用酸不足部分微调加高纯盐酸进行补充,淡盐水脱氯不再加酸。

上述氯酸盐分解完成后,分解完成液除所述高过剩盐酸的淡盐水外,还有湿氯气,分解完成液经气液分离器后分两路:高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽,湿氯气回氯气总管。

上述氯酸盐分解完成后,分解完成液需冷却至80℃以下。

依据氯酸盐在淡盐水中的含量,淡盐水流量与高纯盐酸的加入量以100:25~35之间的比例进行调整,可以是100:25、100:30、100:35。

1.上述控制氯酸盐分解温度至90℃以上,优选氯酸盐在沸腾态分解,反应1-1.5min,氯酸盐的分解率即可高达93%以上,反应1.5~10min,氯酸盐的分解率即可高达99%以上。

上述阳极液循环槽出口淡盐水总管淡盐水ph值控制在1.5~2.5之间。

上述循环阳极液的ph值的规定值在1.5~2.5之间。

上述循环阳极液的ph值降至规定值之后,经淡盐水总管上的阳极液循环泵输送至电解、脱氯及氯酸盐分解。

氯酸盐分解装置在运行时,具体分三种情况:

1、第一种情况分解氯酸盐的量与电槽副产量相平衡。

a.由界区外送来的31%hcl高纯盐酸入界区内31%高纯盐酸总管,在电解系统内分两支,其中一支去电槽加酸另一支去氯酸盐分解;

b.去脱氯塔淡盐水分出一部分分解氯酸盐,当淡盐水中氯酸钠10g/l时,电解副产氯酸盐50kg/h,将分流出5m3/h淡盐水,按100:30加入31%高纯盐酸1.5m3/h;

c.进入氯酸盐分解槽充分混合,混合均匀的氯酸盐分解液经生蒸气加热升温分解,反应液逐渐达到沸腾状态,此时氯酸盐快速分解、分解中间产物clo2、clo2-、clo3-、hclo还原为cl2、cl-、h2o,存在于气液混合淡盐水中,经冷却至80℃以下,大量气态的水蒸汽重新变为液态回到淡盐水中,调节出口流量,控制反应时间(3min~5min),分析分解完成液naclo3含量为0为合格,不合格则控制外排流速,延长反应时间,直至不含氯酸盐;

d.气液分离,高温分解液与出氯酸盐分解槽的加酸淡盐水换热后,冷却至80℃以下,进行气液分离,纯净的湿cl2进入氯气总管,含有一定过剩量盐酸的淡盐水排至出槽淡盐水总管后入阳极液循环槽,供淡盐水脱氯及循环淡盐水降低ph值使用,湿氯气中不含clo2为合格;

e.分解完成液含有过量盐酸,入循环淡盐水槽中混合其它淡盐水脱氯时,检测其ph值,如果偏离ph=1.5~2.5微调加酸量,如果达不到此标准调整入槽盐水加酸量,提高或降低出槽淡盐水ph值;

f.电解槽加酸量可调幅度较大,也可以不加31%hcl高纯盐酸,可确保氯酸盐分解时加酸比例在规定的范围内。

2、第二种情况快速降低氯酸盐在电解系统中的累积量。由于电槽运行出现异常情况或较长时间没有进行氯酸盐分解,电解系统中累积的氯酸盐量比较高,需要快速降低氯酸盐。

a.由界区外送来的31%hcl高纯盐酸入界区内31%高纯盐酸总管,在电解系统内分两支,其中一支去电槽加酸,另一支去氯酸盐分解;

b.去脱氯塔淡盐水分出一部分分解氯酸盐,当淡盐水中氯酸钠30g/l需降至5g/l时,电解副产氯酸盐50kg/h,将分流出7.5m3/h淡盐水,按100:30加入31%高纯盐酸2.25m3/h,除分解电解副产氯酸盐50kg/h外,又降低电解系统中累积氯酸钠25kg/h,还可分解更多,电解系统中循环的淡盐水量并不大,非常迅速就可达到工艺指标;

c.混合均匀的氯酸盐分解液经加热生蒸气升温分解,反应液逐渐达到沸腾状态,此时氯酸盐快速分解、分解中间产物clo2、clo2-、clo3-、hclo短时间内快速还原为cl2、cl-、h2o,存在于气液混合淡盐水中,经冷却至80℃以下,大量气态的水蒸汽重新变为液态回到淡盐水中,调节出口流量,控制反应时间(3min~5min),分析分解完成液naclo3含量为0为合格,不合格则控制外排流速,延长反应时间,直至不含氯酸盐;

d.气液分离,高温分解液与出氯酸盐分解槽的加酸淡盐水换热后,经冷却至80℃以下,进行气液分离,纯净的湿cl2进入氯气总管,含有一定过剩量盐酸的淡盐水排至出槽淡盐水总管后入阳极液循环槽,供淡盐水脱氯及循环淡盐水降低ph值使用,湿氯气中不含clo2为合格;

e.分解完成液含有过量盐酸,入循环淡盐水槽中混合其它淡盐水脱氯时,检测其ph值,如果偏离ph=1.5~2.5微调加酸量,如果达不到此标准调整入槽盐水加酸量,提高或降低出槽淡盐水ph值;

f.电解槽加酸量可调幅度较大,也可以不加高纯盐酸,可确保氯酸盐分解时加酸比例在规定的范围内;

g.当电解系统淡盐水中naclo3≤5g/l达到要求后,恢复至具体实施例一的工艺运行指标。

3、电解系统中淡盐水氯酸盐含量低,不需要开启电解副产氯酸盐分解装置时,可按比例大于100:25~35分流淡盐水加入31%hcl高纯盐酸,加酸后的淡盐水最高含hcl≤10%。调整加酸量,保持进脱氯塔淡盐水ph值=1.5~2.5,整个电解系统正常运行,待电解副产氯酸盐达到一定的累积量后再按具体实施例一运行氯酸盐分解系统。

尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

除说明书所述的技术特征外,均为本专业技术人员的已知技术。


技术特征:

1.一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解装置,其特征在于,包括:

电解槽,用于进行氯碱生产,与电解槽相连的入槽精盐水管线、出槽淡盐水管线,出槽淡盐水管线经阳极液循环槽连接淡盐水总管;

高纯盐酸总管,所述高纯盐酸总管分两支管,电解加酸支管去电解槽入槽精盐水管线,氯酸盐分解加酸支管去氯酸盐分解槽处;

氯酸盐分解槽,提供氯碱生产中副产氯酸盐分解的场所,氯酸盐分解槽经淡盐水支管与所述淡盐水总管相连,氯酸盐分解完成液经气液分离器后分两路,一路去氯气总管,一路回阳极液循环槽。

2.根据权利要求1所述的一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解装置,其特征在于,所述氯酸盐分解槽入口管线处设有换热器,换热器的冷介质进口连接阳极液循环槽和高纯盐酸总管,与其对应的冷介质出口连接氯酸盐分解槽入口,换热器的热介质进口连接氯酸盐分解槽出口,与其对应的热介质出口连接气液分离器。

3.根据权利要求1或2所述的一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解装置,其特征在于,所述氯酸盐分解槽处设有蒸汽夹层,蒸汽通入蒸汽夹层内为氯酸盐分解提供合适的温度。

4.根据权利要求1或2所述的一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解装置,其特征在于,所述出槽淡盐水管线还经阳极液循环槽入淡盐水总管去脱氯塔。

5.根据权利要求4所述的一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解装置,其特征在于,所述淡盐水支管与氯酸盐分解槽之间、氯酸盐分解加酸支管与氯酸盐分解槽之间设有流量计、调节阀,淡盐水总管上设有ph计,根据ph值高低调控调节阀的开度,实现入氯酸盐分解槽的淡盐水与盐酸的比例调控及淡盐水总管ph调控。

6.一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解方法,其特征在于,基于权利要求1所述的分解装置,该方法根据氯碱生产中所含副产氯酸盐的含量,从阳极液循环槽中分流出相应的淡盐水至氯酸盐分解处,在氯酸盐分解处按高过酸量集中加入高纯盐酸,实现氯酸盐分解;

氯酸盐分解完成后,高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽中,代替高纯盐酸来降低循环阳极液的ph值,循环阳极液的ph值降至规定值之后,再经淡盐水总管输送至电解、脱氯及氯酸盐分解各单元,电解槽用酸不足部分微调加高纯盐酸进行补充,淡盐水脱氯不再加酸。

7.根据权利要求6所述的一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解方法,其特征在于,氯酸盐分解完成后,分解完成液除所述高过剩盐酸的淡盐水外,还有湿氯气,分解完成液经气液分离器后分两路:高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽,湿氯气回氯气总管。

8.根据权利要求6或7所述的一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解方法,其特征在于,依据氯酸盐在淡盐水中的含量,淡盐水流量与高纯盐酸的加入量以100:25~35之间的比例进行调整。

9.根据权利要求6或7所述的一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐的分解方法,其特征在于,控制氯酸盐分解温度,使其在沸腾态分解。

10.一种氯碱生产中电解槽阳极室副产氯酸盐所涉及的加酸工艺,其特征在于,将电解生产工艺中加酸方式,由高纯盐酸总管分电解单元、脱氯单元、氯酸盐分解单元分别同时加入盐酸,单独解决电解槽阳极室迁移来oh-、脱氯淡盐水ph值高、氯酸盐分解用盐酸,

改为合并原氯酸盐分解、脱氯及部分电解用酸,将高纯盐酸自氯酸盐分解处集中加入,与氯酸盐分解处所加入的分流出来的含有副产氯酸盐的淡盐水混合实现氯酸盐分解,氯酸盐分解完成后,高过剩盐酸的淡盐水回阳极液循环槽中,代替高纯盐酸降低循环阳极液的ph值,待循环阳极液的ph值降至规定值之后,经淡盐水总管将淡盐水输送至电解、脱氯及氯酸盐分解各单元,电解槽用酸量不足部分微调加高纯盐酸进行补充;

当循环淡盐水中酸过量高时,除降低氯酸盐分解处加酸量外,还可降低电槽加酸量来提高出槽淡盐水的ph值,保证电解循环系统的淡盐水ph值在规定值。

技术总结
本发明专利提供一种氯碱生产中电解槽阳极室副反应生成的氯酸盐的分解装置、方法及所涉及的加酸工艺,该方法创造性地改进电解系统用酸工艺,利用高过酸量提高氯酸盐氧化电极电位和提高反应温度,将氯酸盐的分解速度和分解效率大幅度提升,一次性地将淡盐水中氯酸盐完全分解为Cl2、Cl‑、H2O,气相中不再存在不稳定气体ClO2,纯净的湿Cl2直接并入总管。利用氯酸盐分解后淡盐水中的过酸量,代替淡盐水脱氯加酸,节约了电解生产的自用盐酸和烧碱。在电解实际操作中,分解的氯酸盐可随时与电槽副产氯酸盐相平衡,可快速降低电解系统富集的氯酸盐,解决了电解系统中氯酸盐富集、影响烧碱质量和对固碱设备强腐蚀等问题,大力地促进了氯碱电解生产的技术进步。

技术研发人员:吕子红
受保护的技术使用者:吕子红
技术研发日:2020.03.17
技术公布日:2020.06.09

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