CN204311142U - 一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，其结构包括设置在淡盐水总线分支线上的脱氯管线、以及设置在淡盐水总线上的淡盐水回用单元，所述脱氯管线依次连接脱氯、脱硝、盐水精制单元，所述淡盐水回用单元包括：一游离氯转化子单元，用于将溶解在淡盐水中的游离氯全部转化NaClO；一浓缩脱水子单元，用于对淡盐水进行浓缩脱水处理，将NaCl含量提高至回用淡盐水标准；一预热升温子单元，用以回收高温饱和湿氯气的热量；以及一精盐水罐，通过调节回用淡盐水与精盐水的配比使其符合入槽盐水标准，直接送往电解槽进行电解反应。本实用新型结构简单，成本低廉，电解余热利用率高、可大量使用廉价卤水代替固体盐制烧碱，掺卤比例超过90%。

Description

一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置

技术领域

本实用新型涉及离子膜法烧碱生产技术领域，特别涉及一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置。该装置在现有离子膜法烧碱生产装置基础上进行改进，将电解槽阳极区移出的部分淡盐水经游离氯转化子单元、浓缩脱水子单元、预热升温子单元后，重新回电解槽代替部分精制盐水电解制烧碱。

背景技术

目前国内烧碱生产以离子膜法为主。在离子膜法烧碱生产工艺中，原盐（或掺用部分卤水）经化盐溶解成饱和粗盐水，经一次盐水精制和二次盐水精制除去原盐（或掺用部分卤水）中带入的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-等杂质离子及悬浮物，制得质量合格的精盐水，进入离子膜电解槽，一部分NaCl和水在直流电的作用下，在电解槽阴极区生成NaOH和H₂，在电解槽阳极区产生Cl₂，精盐水电解后形成的淡盐水（行业对NaCl含量在190-210 g/L的盐水的俗称）被移出电解槽阳极区，加入适量盐酸，与淡盐水混合后进入循环淡盐水槽。淡盐水经脱氯、脱硝后，回到化盐工序，电解消耗的部分精盐水加入卤水或一次水补充，重新溶解固体盐再次精制，进入电解槽电解制烧碱，如此循环进行。对于此方法，淡盐水循环量大、脱氯过程中所加化学试剂会污染淡盐水、辅助物料消耗高、盐水精制装置能力大、卤水掺用比例低（小于30%），生产成本高。

少数企业为了提高掺卤量采用蒸发浓缩的方法浓缩脱氯后的淡盐水。如中国专利文献CN 102344219A公开了“一种全卤制碱的方法”，通过对淡盐水除游离氯、除亚硫酸根和硫酸根以及蒸发浓缩、螯合树脂塔吸附杂质离子得到二次盐水，达到淡盐水回收的目的。但是由于淡盐水在脱氯过程中被所加辅料污染仍不能直接进电解槽电解制烧碱，还需要加入到盐水精制大循环，另外脱氯、脱硝、二次精制费用一点都没有降低，也没有对电解余热加以利用。虽然可实现全卤制碱但整个工艺过程能耗仍较高，不利于烧碱综合成本的有效控制。

实用新型内容

本实用新型的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，部分解决了现有离子膜法烧碱生产工艺中NaCl分解率低、含游离氯淡盐水再使用工艺复杂处理费用高、一次精制及二次精制工序长循环量大造成的生产成本较高的问题。

本实用新型的理论依据是通过研究精盐水在电解槽阳极区内电化学反应的整个过程、以及出槽淡盐水组成及各组分含量而形成的。

出槽淡盐水组成及各组分含量如下：

其它杂质离子与精盐水的组成及各组分含量基本相同。

质量合格的精盐水注入到电解槽阳极区内，在直流电的作用下2Cl^--2e→Cl₂↑，Na(H₂O)₄ ⁺透过离子膜迁移至阴极区，阳极液中NaCl含量逐渐降低，当阳极区NaCl含量＜190 g/L时，直流电消耗升高、离子膜被溶胀，必须排出阳极区补加新鲜盐水。通过对淡盐水成分的分析，可知淡盐水中除NaCl含量较低外其它杂质离子的含量都能适应电解槽的电解反应，在保持适量的淡盐水外排的情况下，进入电解槽的杂质离子会随淡盐水去脱氯时全部带出。据此，我们研究出一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置。该装置在现有离子膜法烧碱生产装置基础上进行改进，将电解槽阳极区移出的部分淡盐水经游离氯转化子单元、浓缩脱水子单元、预热升温子单元后，重新回电解槽代替部分精制盐水电解制烧碱。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，包括设置在淡盐水总线分支线上的脱氯管线、以及设置在淡盐水总线上的淡盐水回用单元，所述脱氯管线依次连接脱氯、脱硝、盐水精制单元，所述脱氯、脱硝、盐水精制单元为公知的脱氯、脱硝、盐水精制设备，所述淡盐水回用单元包括：

一游离氯转化子单元，用于将溶解在淡盐水中的游离氯全部转化NaClO，其包括一混合反应器，混合反应器入口分别与NaOH管线和所述淡盐水总线相连，混合反应器出口与浓缩脱水子单元相连；

一浓缩脱水子单元，用于对淡盐水进行浓缩脱水处理，将NaCl含量提高至回用淡盐水标准，其包括一蒸发器，蒸发器入口与所述混合反应器出口相连，蒸发器出口通过串联有回用淡盐水线的管道与预热升温子单元相连；

一预热升温子单元，将回用淡盐水与电解槽阳极区产生的高温饱和湿氯气进行热交换，用以回收高温饱和湿氯气的热量，其包括回用盐水预热器，所述回用淡盐水预热器设有高温工质入口、高温工质出口、低温工质入口和低温工质出口，低温工质入口与蒸发器出口相连，低温工质出口连接回用淡盐水罐，高温工质入口与来自电解槽的高温饱和湿氯气管线相连，高温工质出口连接氯氢处理工段；

以及一精盐水罐，精盐水罐与二次精制单元相连，所述回用淡盐水罐、精盐水罐出口处分别设有阀门和流量计，用于调节回用淡盐水与精盐水的配比至入槽盐水标准，回用淡盐水与精盐水混合物送往电解槽进行电解反应。

根据资金情况和蒸汽品位，所述蒸发器可选择单效、双效或三效蒸发器，在双效或三效蒸发器中，将前一效产生的二次汽作为后一效的加热蒸汽，进一步浓缩淡盐水。

所述蒸发器为双效蒸发器，其结构包括第一蒸发室、第一加热室、一级循环泵、第二蒸发室、第二加热室、二级循环泵、大气冷凝器和双级真空泵，第一蒸发室入口与混合反应器相连，第一加热室管程与生蒸汽管线相连，第一加热室壳程入口通过串联有一级循环泵的一级物料循环管线与第一蒸发室物料循环出口相连，第一加热室壳程出口与第一蒸发室物料循环入口相连，所述一级物料循环管线分支管道与第二蒸发室入口相连，第二加热室管程与第一蒸发室二次汽出口相连，第二加热室壳程入口通过串联有二级循环泵的二级物料循环管线与第二蒸发室物料循环出口相连，第二加热室壳程出口与第二蒸发室物料循环入口相连，二级物料循环管线分支管道与回用淡盐水预热器相连，第二蒸发室二次汽出口依次连接大气冷凝器、双级真空泵。

本实用新型的一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，与现有技术相比，所产生的有益效果是：

1、出槽淡盐水在游离氯转化子单元，加入NaOH将溶解在其中的游离氯全部转化NaClO，为淡盐水浓缩脱水直接回用创造了条件，避免了淡盐水脱氯时加入盐酸降低pH值、真空脱除氯气、加入NaOH升高pH值、再加入Na₂SO₃还原ClO^-为Cl^-的复杂的工艺过程，有效避免了淡盐水被所加物质污染的可能性。

2、淡盐水大部分去淡盐水回用单元，少部分经脱氯管线依次连接脱氯、脱硝、盐水精制单元，降低了淡盐水去脱氯、脱硝、一次精制、二次精制等工序中所用各种化学品材料及能量的消耗。由于原料精盐水的使用量降低，螯合树脂塔运行负荷将降低，杂质离子被吸附的更彻底，出塔精盐水质量更高、杂质离子含量更低，用淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱，那么同样的盐水精制装置可生产更多的烧碱。

3、淡盐水经脱氯管线去脱氯、脱硝、盐水精制单元的比例降低，可大量增加价格低廉的卤水的使用量，掺卤比例可超过90%，提高了企业经济效益，比采用卤水制真空盐再化盐工艺更节能。

4、本实用新型电解余热利用率较高，由于淡盐水经脱氯管线去脱氯、脱硝、盐水精制单元的比例降低，有效避免了真空脱氯过程造成淡盐水中热量的大量损失，只脱氯单元，即可回收20℃温差的热量；蒸发所得完成液（即回用淡盐水）温度只有40℃以下，又可回收绝大多数高温（85-90℃）饱和湿氯气的热量。

附图说明

附图1是本实用新型一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置工艺流程示意图；

附图2是本实用新型一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置结构示意图。

图中，1、混合反应器，2、第一蒸发室，3、第一加热室，4、一级循环泵，5、第二蒸发室，6、第二加热室，7、二级循环泵，8、大气冷凝器，9、双级真空泵，10、回用淡盐水预热器，11、回用淡盐水罐，12、精盐水罐，附图1虚线框内为淡盐水回用单元。

具体实施方式

下面结合附图1、2和具体实施例对本实用新型的一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置作以下详细说明。

实施例1

如附图1、2所示，一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，包括设置在淡盐水总线分支线上的脱氯管线、以及设置在淡盐水总线上的淡盐水回用单元，所述脱氯管线依次连接脱氯、脱硝、盐水精制单元，所述脱氯、脱硝、盐水精制单元为公知的脱氯、脱硝、盐水精制设备，所述淡盐水回用单元包括：

一游离氯转化子单元，用于将溶解在淡盐水中的游离氯全部转化NaClO，其包括一混合反应器1，混合反应器1入口分别与NaOH管线和所述淡盐水总线相连，混合反应器1出口与浓缩脱水子单元相连；

一浓缩脱水子单元，用于对淡盐水进行浓缩脱水处理，将NaCl含量提高至回用淡盐水标准，其包括一蒸发器，根据资金情况和蒸汽品位可选择单效、双效或三效蒸发器，蒸发器入口与所述混合反应器1出口相连，蒸发器出口通过串联有回用淡盐水线的管道与预热升温子单元相连；

一预热升温子单元，将回用淡盐水与电解槽阳极区产生的高温饱和湿氯气进行热交换，用以回收高温饱和湿氯气的热量，其包括回用盐水预热器，所述回用淡盐水预热器10设有高温工质入口、高温工质出口、低温工质入口和低温工质出口，低温工质入口与蒸发器出口相连，低温工质出口连接回用淡盐水罐11，高温工质入口与来自电解槽的高温饱和湿氯气管线相连，高温工质出口连接氯氢处理工段；

以及一精盐水罐12，精盐水罐12与二次精制单元相连，所述回用淡盐水罐11、精盐水罐12出口处分别设有阀门和流量计，用于调节回用淡盐水与精盐水的配比至入槽盐水标准，回用淡盐水与精盐水混合物送往电解槽进行电解反应。

所述蒸发器用于对淡盐水进行浓缩脱水处理，将NaCl含量提高至回用淡盐水标准，根据资金情况和蒸汽品位可选择单效、双效或三效蒸发器，以双效蒸发器为例，其结构包括第一蒸发室2、第一加热室3、一级循环泵4、第二蒸发室5、第二加热室6、二级循环泵7、大气冷凝器8和双级真空泵9，第一蒸发室2入口与混合反应器1相连，第一加热室3管程与生蒸汽管线相连，第一加热室3壳程入口通过串联有一级循环泵4的一级物料循环管线与第一蒸发室2物料循环出口相连，第一加热室3壳程出口与第一蒸发室2物料循环入口相连，所述一级物料循环管线分支管道与第二蒸发室5入口相连，第二加热室6管程与第一蒸发室2二次汽出口相连，第二加热室6壳程入口通过串联有二级循环泵7的二级物料循环管线与第二蒸发室5物料循环出口相连，第二加热室6壳程出口与第二蒸发室5物料循环入口相连，二级物料循环管线分支管道与回用淡盐水预热器10相连，第二蒸发室5二次汽出口依次连接大气冷凝器8、双级真空泵9。

本实用新型所述双效蒸发器，其工作过程描述如下：

经游离氯转化子单元的淡盐水经第一蒸发室2入口进入第一蒸发室2、经一级循环泵4打入第一加热室3的管程，生蒸汽进入第一加热室3的壳程，对第一加热室3管程中的物料进行预热，物料预热后离开第一加热室3，进入第一蒸发室2，在真空泵的作用下，第一蒸发室2变为负压状态，物料沸点降低，在低温下沸腾，在第一蒸发室2中分离为二次汽，分离后的物料NaCl含量提高，但还需要通过一级循环泵4继续循环蒸发，当达到设定的NaCl含量后，物料通过一级物料循环管线分支管道进入第二蒸发室5，二次汽作为二效热源进入第二加热室6内、进一步浓缩脱水，此时的料液继续通过二级循环泵7循环再蒸发，并逐步达到回用淡盐水规定的NaCl含量，回用淡盐水经二级物料循环管线分支管道与回用淡盐水预热器10相连，二次蒸发室内分离出来的二次汽在大气冷凝器8内与冷却水混合，冷凝为液态水，不凝气被双级真空系统抽出。

本实用新型所述一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，其工艺流程具体包括如下：

根据生产需要，将出槽淡盐水按比例分成两部分，一部分经脱氯管线去脱氯、脱硝、盐水精制单元，另一部分去淡盐水回用单元，其中去脱氯、脱硝、盐水精制单元的比例根据入槽盐水中杂质离子的含量决定，在入槽盐水合格的前提下尽量减少去脱氯、脱硝、盐水精制单元的比例，一般情况下，行业可参照的去脱氯、脱硝、盐水精制单元：去淡盐水回用单元比例为（按质量分数）为1:3到1:4。

所述去脱氯、脱硝、盐水精制单元按照公知的脱氯、脱硝、盐水精制工艺进行，具体步骤包括如下：

1）移出电解槽阳极区的淡盐水，其NaCl含量为 190-210 g/L，含有少量游离氯，pH值3-5。先加盐酸将淡盐水的pH值调到1.0-2.0，将大部分游离氯转化为Cl₂，然后送入真空脱氯塔进行真空脱氯；在外加真空（绝压250 mm Hg柱）的抽力下淡盐水中溶解的Cl₂从淡盐水中析出，回收至氯气总管中去；淡盐水中残存的游离氯用化学法除去，即先加入NaOH把pH值调节至9-11，使残存的游离氯全部转化为ClO^-，在碱性状态下利用Na₂SO₃将ClO^-还原为Cl^-。

2）不含游离氯没有氧化性的、碱性合格的淡盐水经脱硝工序去除淡盐水中的SO₄ ^2-，脱硝后的淡盐水与卤水、一次水（卤水不足时补充）混合后成为化盐水去化盐，外购的原盐加入到化盐池中，被化盐水溶解为近于饱和的粗盐水，加入NaOH除去Mg²⁺离子，Mg(OH)₂沉淀与絮凝剂FeCl₃进行絮凝，利用澄清原理除去，加入Na₂CO₃除去Ca²⁺离子，经过滤后成为一次精制盐水，一次盐水经螯合树脂进一步吸附二价、三价杂质金属离子后成原料精盐水，进入电解槽电解生产制烧碱，在阴极区产生H₂和NaOH，在阳极区产生Cl₂，当阳极区NaCl含量下降至190-210 g/L时，必须移出阳极区，重新回脱氯、脱硝、盐水精制单元，循环利用。

所述淡盐水回用单元，其工艺步骤包括如下：

1）游离氯转化

移出电解槽阳极区的淡盐水，其pH为3-5，有少量的游离氯溶解其中，为此加入NaOH调节pH值至pH≥10，使溶解在其中的游离氯全部转化成NaClO，即：

Cl₂+2NaOH→NaClO+NaCl+H₂O

HClO+NaOH→NaClO+H₂O

经NaOH处理转化为NaClO后，淡盐水中不再有可挥发性的酸性气体存在，且入槽盐水中少量NaClO的存在并不影响电解反应，这样，淡盐水的浓缩脱水再利用才真正可以实现。

2）经游离氯转化的淡盐水进入蒸发器浓缩脱水

将步骤1）处理后的淡盐水导入蒸发器进行浓缩脱水，提高NaCl含量至回用淡盐水标准，得到回用淡盐水。

3）回用淡盐水预热升温

将步骤2）所得回用淡盐水与阴极区产生的高温饱和湿氯气进行热交换，用以回收高温饱和湿氯气热量，其中所述高温饱和湿氯气温度为85-90℃。

4）回用淡盐水与精盐水混合

将步骤3）预热升温后的回用淡盐水与来自二次精制的原料精盐水按一定比例混合成进电解槽规定盐水标准，直接进入电解槽电解生产烧碱。

上述步骤2）中所述回用淡盐水标准是指将NaCl含量提高到240-320g/L，实际生产中为了降低能耗，将NaCl含量提高到235-285 g/L，回用淡盐水与原料精盐水混合后，所含杂质离子含量与公知的二次盐水质量标准一致。所述蒸发器及接触淡盐水的工艺配管为钛材，以满足工艺工况条件的要求。根据资金情况和蒸汽品位可选择单效、双效或三效蒸发器，各效产生的蒸汽进入下一效作为热源，末效采取双级抽真空，控制末效蒸发温度（即为回用淡盐水温度）为40℃，末效真空度为≤6kpa(绝)，二次汽中的微量不凝气定期抽出。

上述步骤4）中所述入槽盐水标准是指其中所含NaCl含量为240-320 g/L，实际生产中为了降低能耗，将NaCl含量提高到285-295 g/L，其余杂质离子含量与公知的二次盐水质量标准一致。

实际生产中，为了最大程度避免对淡盐水造成污染，本实用新型所述NaOH均为刚出电解槽阴极区的离子膜烧碱，采用其它的任何加工形式的烧碱都有可能被污染，这样加入到淡盐水中淡盐水也随之被污染。

Claims (3)

1.一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，其特征在于，包括设置在淡盐水总线分支线上的脱氯管线、以及设置在淡盐水总线上的淡盐水回用单元，所述脱氯管线依次连接脱氯、脱硝、盐水精制单元，所述脱氯、脱硝、盐水精制单元为公知的脱氯、脱硝、盐水精制设备，所述淡盐水回用单元包括：

一游离氯转化子单元，用于将溶解在淡盐水中的游离氯全部转化NaClO，其包括一混合反应器，混合反应器入口分别与NaOH管线和所述淡盐水总线相连，混合反应器出口与浓缩脱水子单元相连；

一浓缩脱水子单元，用于对淡盐水进行浓缩脱水处理，将NaCl含量提高至回用淡盐水标准，其包括一蒸发器，蒸发器入口与所述混合反应器出口相连，蒸发器出口通过串联有回用淡盐水线的管道与预热升温子单元相连；

一预热升温子单元，将回用淡盐水与电解槽阳极区产生的高温饱和湿氯气进行热交换，用以回收高温饱和湿氯气的热量，其包括回用盐水预热器，所述回用淡盐水预热器设有高温工质入口、高温工质出口、低温工质入口和低温工质出口，低温工质入口与蒸发器出口相连，低温工质出口连接回用淡盐水罐，高温工质入口与来自电解槽的高温饱和湿氯气管线相连，高温工质出口连接氯氢处理工段；

以及一精盐水罐，精盐水罐与二次精制单元相连，所述回用淡盐水罐、精盐水罐出口处分别设有阀门和流量计，用于调节回用淡盐水与精盐水的配比至入槽盐水标准，回用淡盐水与精盐水混合物送往电解槽进行电解反应。

2.根据权利要求1所述的一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，其特征在于，根据资金情况和蒸汽品位，所述蒸发器为单效蒸发器、双效蒸发器或三效蒸发器。

3.根据权利要求1或2所述的一种淡盐水代替部分精盐水电解制烧碱的装置，其特征在于，所述蒸发器为双效蒸发器，其结构包括第一蒸发室、第一加热室、一级循环泵、第二蒸发室、第二加热室、二级循环泵、大气冷凝器和双级真空泵，第一蒸发室入口与混合反应器相连，第一加热室管程与生蒸汽管线相连，第一加热室壳程入口通过串联有一级循环泵的一级物料循环管线与第一蒸发室物料循环出口相连，第一加热室壳程出口与第一蒸发室物料循环入口相连，所述一级物料循环管线分支管道与第二蒸发室入口相连，第二加热室管程与第一蒸发室二次汽出口相连，第二加热室壳程入口通过串联有二级循环泵的二级物料循环管线与第二蒸发室物料循环出口相连，第二加热室壳程出口与第二蒸发室物料循环入口相连，二级物料循环管线分支管道与回用淡盐水预热器相连，第二蒸发室二次汽出口依次连接大气冷凝器、双级真空泵。