一种氯碱生产工艺的制作方法

本发明涉及氯碱工业，特别涉及一种氯碱生产工艺。

背景技术：

氯碱工艺是工业上用电解饱和nacl溶液的方法来制取naoh、cl2和h2的方法，现有生产工艺多采用离子膜法进行生产。离子膜法主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许h⁺、na⁺通过，而cl^-、oh^-和两极产物h2和cl2无法通过。

现有离子膜法生产工艺简述如下，由二次盐水精制工序来的二次精制的饱和食盐水进入电解槽的阳极室中，同时为降低产品氯气中的含氧量，在阳极液中加入适量的酸，阳极液电解后产生淡盐水和氯气，氯气在除湿后送往氯气处理工序，淡盐水在脱氯塔或其他脱氯塔脱氯，再加入碱液中和淡盐水继而回用或处理排放；阴极液选用纯水或烧碱溶液，电解后产生的氢和浓烧碱溶液，氢气除湿后送往氢气处理工序。

其不足之处在于阳极液为降低产品氯气中的含氧量中加入酸，阳极室所出的淡盐水ph进一步降低，后续处理需要用到的碱液量增加和淡盐水处理量增加，使得工艺消耗增加。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种氯碱生产工艺，减少了用于中和酸的碱的消耗量，进而减少工艺的内耗。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种氯碱生产工艺，其包括如下生产步骤，

s1：将精制的饱和nacl溶液添加部分来自s4的淡盐水，混合得到阳极液；

s2：将阳极液送入电解槽的阳极室内，阴极室内送入naoh的循环碱液作为阴极液，通电至电流达到5.3ka后，逐步向阳极室的阳极液内加入酸，调节并保持阳极液ph为2-3；

s3：通电后电解槽内阳极液和阴极液升温，待温度大于85℃后，保持阳极液和阴极液温度为85-90℃，且通过调节阳极室和阴极室内气压，使阴极室与阳极室气压差为3.8-4.1kpa；

s4：阳极室上方采出氯气通过湿氯气管送往氯气处理装置，阳极室下方连续采出淡盐水，部分淡盐水与精制的饱和nacl溶液混合获取nacl浓度稳定的阳极液，用于对阳极室内连续补充阳极液，另一部分送往脱氯装置脱除氯气；阴极室上方采出氢气通过湿氢气管送往氢气处理装置，阴极室下方连续采出循环碱液并全部回流，直至循环碱液中naoh浓度达到32.0wt％，抽取部分循环碱液作为产品碱液送往蒸发装置，同时向阴极室加入纯水保持阴极室的阴极液浓度和量。

通过采用上述技术方案，电解过程中食盐分解率小于100％，可在保持氯气产量稳定的情况下，向精制的饱和nacl溶液添加部分来自s4的淡盐水混合得到阳极液并使用，由于淡盐水经阳极液加酸调节ph和其内溶解的氯气受cl^-浓度降低而与水反应得到hcl，故淡盐水实际ph低于3且低于阳极液整体ph，添加部分淡盐水可对精制的饱和nacl溶液进行预调节，减少单位质量阳极液需要加酸的量，减少酸的消耗量和需要中和的淡盐水量，并减少了用于中和酸的碱的消耗量，进而减少工艺的内耗；另一方面氯气与水反应产生的hclo，具有氧化性，对精制的饱和nacl溶液中的有机物(有机物具体含量根据精制的饱和nacl溶液的来源而变化)进行氧化，减少离子膜出现溶胀现象的可能，以及减少有机物附在离子膜上而降低膜的使用性能的可能。

作为优选的，所述阳极室的阳极液中加入的酸为盐酸。

通过采用上述技术方案，避免引入其他杂质离子，同时提高阳极液中cl^-浓度，促进氯气产生，以及阻碍氯气与阳极液的水反应，提高氯气产量。

作为优选的，所述精制的饱和nacl溶液与淡盐水质量配比为4.15-3.85∶1。

通过采用上述技术方案，精制的饱和nacl溶液与淡盐水质量配比为4.15-3.85∶1时，阳极液浓度稳定，同时保证液氯产量、烧碱产量。

作为优选的，所述湿氯气送往氯气处理装置前先与预进入阳极室内的阳极液换热，加热预进入阳极室内的阳极液，至预进入阳极室内的阳极液温度为67-73℃。

通过采用上述技术方案，湿氯气对阳极液进行预热，对湿氯气中的内能进行回收利用，加热阳极液，使得阳极液加入阳极室内后更快达到电解需要温度，保持阳极室内温度稳定以及避免影响电解产生氯气的速率；另一方面防止离子膜受阳极室和阴极室之间短时间剧烈压差变化而造成机械损伤，延长离子膜使用寿命。

作为优选的，所述阳极室气压为72.8-75.3kpa。

通过采用上述技术方案，负压状态有利于氯气从阳极液中脱出，推进反应进程，提高氯气、烧碱产量，并且阳极室维持负压可避免氯气泄漏；同时阳极室气压为72.8-75.3kpa，避免阳极液沸腾而导致湿氯气中含水量增加。

作为优选的，所述纯水先与回流至阴极室的循环碱液混合后得到阴极液后，再加入阴极室内。

通过采用上述技术方案，使进入阴极室的阴极液浓度稳定，避免阴极液浓度波动导致阴极室内气压波动，防止离子膜受阳极室和阴极室之间短时间剧烈压差变化而造成机械损伤。

作为优选的，所述阴极室配有阴极液冷却器，所述纯水初始温度为常温，纯水与预回流至阴极室的循环碱液先混合得到阴极液，再经过阴极液冷却器进入阴极室内。

通过采用上述技术方案，纯水先与预回流至阴极室的循环碱液混合，对循环碱液初步冷却降温，在经过阴极液冷却器第二次冷却降温后，进入阴极室内与原有的阴极混合，防止阴极室内阴极液在电解过程中过热，同时降低阴极液冷却器冷却负荷。

作为优选的，所述产品碱液采出后循环碱液循环比为0.4-0.6。

通过采用上述技术方案，循环碱液循环比为0.4-0.6时，碱液浓度达标且产量最高。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

电解过程中食盐分解率小于100％，可在保持氯气产量稳定的情况下，向精制的饱和nacl溶液添加部分来自s4的淡盐水混合得到阳极液并使用，由于淡盐水经阳极液加酸调节ph和其内溶解的氯气受cl-浓度降低而与水反应得到hcl，故淡盐水实际ph低于3且低于阳极液整体ph，添加部分淡盐水可对精制的饱和nacl溶液进行预调节，减少单位质量阳极液需要加酸的量，减少酸的消耗量和需要中和的淡盐水量，并减少了用于中和酸的碱的消耗量，进而减少工艺的内耗；另一方面氯气与水反应产生的hclo，具有氧化性，对精制的饱和nacl溶液中的有机物(有机物具体含量根据精制的饱和nacl溶液的来源而变化)进行氧化，减少离子膜出现溶胀现象的可能，以及减少有机物附在离子膜上而降低膜的使用性能的可能。

附图说明

图1为实施例一中精制的饱和nacl溶液与淡盐水质量配比与液氯产量、烧碱产量的数据图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一，

一种氯碱生产工艺，其包括如下生产步骤，

s1：将精制的饱和nacl溶液添加来自s4的淡盐水，混合得到阳极液；

s2：将阳极液以200kg/h的流量送入电解槽的阳极室内，阴极室内送入naoh的循环碱液作为阴极液，阴极液流量为360kg/h，通电至电流达到5.3ka后，逐步向阳极室的阳极液内加入32wt％的盐酸，调节并保持阳极液ph为2-3；

s3：通电后电解槽内阳极液和阴极液升温，待温度大于85℃后，保持阳极液和阴极液温度为85-90℃，且通过调节阳极室和阴极室内气压，使阴极室内气压为101.3kpa，阴极室气压大于阳极室气压且差值为3.8-4.1kpa；

s4：阳极室上方采出氯气通过湿氯气管送往氯气处理装置，干燥并液压后得到液氯；阳极室下方连续采出淡盐水，部分淡盐水与精制的饱和nacl溶液混合获取nacl浓度稳定的阳极液，用于对阳极室内连续补充阳极液；另一部分淡盐水送往脱氯装置脱除氯气后，再用碱液中和回用或排放；阴极室上方采出氢气通过湿氢气管送往氢气处理装置，阴极室下方连续采出循环碱液并全部回流，直至循环碱液中naoh浓度达到32.0wt％，抽取部分循环碱液作为产品碱液送往蒸发装置蒸发获得烧碱，同时向阴极室加入纯水保持阴极室的阴极液浓度和量，继而连续的产出产品碱液以生产烧碱，循环碱液循环比为0.4-0.6。

根据上述氯碱生产工艺，得到参数如下表所示。

同时设立对比例一，对比例一在实施例一的基础上改动，以精制的饱和nacl溶液作为阳极液，且淡盐水全部送往脱氯装置脱除氯气后用碱液中和回用或排放，得到参数如下表所示。

由上可知，向精制的饱和nacl溶液添加部分淡盐水混合得到阳极液，减少酸的消耗量和需要中和的淡盐水量，减少了用于中和酸的碱的消耗量，进而减少工艺的内耗。

同时根据实施例一的生产工艺，调节不同的精制的饱和nacl溶液与淡盐水质量配比，进行生产，获得盐酸用量、送往脱氯装置的淡盐水、液氯产量，数据如图1所示。

由如图1可知，随淡盐水用量增加，液氯产量、烧碱产量在精制的饱和nacl溶液与淡盐水质量配比小于4后开始明显降低，同时考虑阳极液浓度稳定，故精制的饱和nacl溶液与淡盐水质量配比为4.15-3.85∶1，以保证液氯产量、烧碱产量。

实施例二，

一种氯碱生产工艺，其基于实施例一的基础上进行改进，阳极液进入阳极室前先与送往氯气处理装置的湿氯气换热，加热阳极液至67-73℃。

根据上述氯碱生产工艺，得到参数如下表所示。

由上可知，湿氯气对阳极液进行预热，对湿氯气中的内能进行回收利用，加热阳极液，使得阳极液加入阳极室内后更快达到电解需要温度，保持阳极室内温度稳定以及避免影响电解产生氯气的速率；另一方面防止离子膜受阳极室和阴极室之间短时间剧烈压差变化而造成机械损伤，延长离子膜使用寿命。

实施例三，

一种氯碱生产工艺，其基于实施例一的基础上进行改进，阳极室气压为72.8-75.3kpa。

根据上述氯碱生产工艺，得到参数如下表所示。

由上可知，负压状态有利于氯气从阳极液中脱出，推进反应进程，提高氯气、烧碱产量，并且阳极室维持负压可避免氯气泄漏；同时阳极室气压为72.8-75.3kpa，避免阳极液沸腾而导致湿氯气中含水量增加。

实施例四，

一种氯碱生产工艺，其基于实施例一的基础上进行改进，阴极室配有阴极液冷却器，初始温度为常温的纯水先与回流至阴极室的循环碱液混合后得到阴极液后，再经过阴极液冷却器进入阴极室内。

根据上述氯碱生产工艺，得到参数如下表所示。

由上可知，纯水先与循环碱液混合，在进入阴极室内，可使进入阴极室的阴极液浓度稳定，避免阴极液浓度波动导致阴极室内气压波动，防止离子膜受阳极室和阴极室之间短时间剧烈压差变化而造成机械损伤。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。