前言
1.內(nèi)容
離子膜法制燒堿就是采用離子交換膜法電解食鹽水而制成燒堿（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(chǎn)物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2相混合而可能導(dǎo)致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產(chǎn)物NaOH反應(yīng)而生成NaClO影響燒堿純度的作用。
主要原料：飽和食鹽水，但由于粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等雜質(zhì)，遠(yuǎn)不能達(dá)到電解要求，因此必須經(jīng)過提純精制。
離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程：精制的飽和食鹽水進(jìn)入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電后H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進(jìn)入陰極室，此時陰極室導(dǎo)入的陰極液中含有NaOH；Cl－則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水則從陽極室導(dǎo)出，經(jīng)添加食鹽增加濃度后可循環(huán)利用。
陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發(fā)生反應(yīng)為2H++2e－=H2↑；而Na+則可透過離子膜到達(dá)陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性，同時又不引入新雜質(zhì)，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。
2. 國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r及瓶頸
長期以來，一說到離子膜燒堿的發(fā)展，技術(shù)困境總是被擺在最前面。不可否認(rèn)，久而久之，好象影響離子膜燒堿健康發(fā)展的就只有一個技術(shù)問題。離子膜生產(chǎn)技術(shù)掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中，這是中國氯堿行業(yè)的一塊心病，威脅到我們產(chǎn)業(yè)的安全。但是，從離子膜燒堿的發(fā)展來看，國內(nèi)企業(yè)所面臨的遠(yuǎn)不只是技術(shù)問題。
隱憂一：使用超前，研發(fā)滯后 在當(dāng)前環(huán)保要求嚴(yán)格、油價上漲、能源緊缺的形勢下，發(fā)展離子膜法燒堿已經(jīng)成為氯堿企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境、增強(qiáng)市場競爭力的主要措施，絕大多數(shù)企業(yè)將離子膜法裝置作為擴(kuò)建和新建氯堿裝置的首選，因此，國內(nèi)離子膜法燒堿的發(fā)展十分迅速。
目前，國內(nèi)離子膜法燒堿生產(chǎn)廠家全國共86家，產(chǎn)能排前4名的企業(yè)離子膜法燒堿產(chǎn)能均超過了20萬噸/年，2009年底前還有3家企業(yè)的離子膜法燒堿產(chǎn)
我國離子膜法燒堿發(fā)展十分迅速，徹底淘汰了水銀法燒堿和部分石墨陽極隔膜法燒堿，大大提升和優(yōu)化了我國氯堿工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了相關(guān)工業(yè)的迅速發(fā)展。目前，世界上能生產(chǎn)離子交換膜法氯堿電解槽的7個生產(chǎn)廠其中包括北京化工機(jī)械廠生產(chǎn)的電解槽在國內(nèi)均有使用廠家，代表當(dāng)前離子膜法最先進(jìn)水平的高電流密度、低電流消耗、大單元面積、自然循環(huán)工藝的電解槽在我國已有企業(yè)采用。
但專家指出，與世界發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平尚有一定差距，國內(nèi)離子膜燒堿行業(yè)在某種程度上存在著“使用超前，研發(fā)滯后”的問題。 目前國內(nèi)離子膜法燒堿擴(kuò)能速度過快，規(guī)劃存在盲目性。得益于下游產(chǎn)品的市場行情好，和因企業(yè)缺鹽、缺電限產(chǎn)造成的供不足需，國內(nèi)燒堿市場出現(xiàn)了近幾年少有的火爆行情，其中離子膜法燒堿企業(yè)的規(guī)模也呈現(xiàn)飛速增長的趨勢。但是隨著大批新建、擴(kuò)建裝置的投產(chǎn)，燒堿下游產(chǎn)品及離子膜法副產(chǎn)品利用技術(shù)的發(fā)展速度跟不上，這種行情將不復(fù)存在。一些企業(yè)，特別是新建裝置的企業(yè)，對上、下游市場及競爭環(huán)境缺乏長遠(yuǎn)、全面的分析，新增如此多的裝置將使原本已過剩的燒堿市場更加不堪重負(fù)。另外，從全球的氯堿發(fā)展形勢看，全球范圍內(nèi)燒堿過剩和產(chǎn)品同質(zhì)化趨勢使市場競爭變得更加激烈，這是各燒堿出口國面臨的共同問題。而這也從另外一個方面制約了燒堿行業(yè)，特別是離子膜法燒堿的進(jìn)一步發(fā)展。
特別值得一提的是，擴(kuò)能速度如此之快，而所用離子交換膜卻全部要依靠進(jìn)口。離子交換膜是離子膜法燒堿的核心要素之一，目前，我國已建成投產(chǎn)的離子膜法燒堿裝置所用離子交換膜仍全部依靠進(jìn)口，且價格昂貴。進(jìn)口離子膜按800美元/平方米計，平均2.5年為一更換周期，大約每年需要購膜費(fèi)用折合人民幣約2.756億元，不但增加了離子膜法燒堿的生產(chǎn)成本，而且受制于人。
隱憂二：能耗高，膜使用壽命短 過去世界各國生產(chǎn)高純堿都采用水銀法。而上個世紀(jì)80年代發(fā)明了離子膜電解法，因其兼有環(huán)保和節(jié)能等特性，從90年代開始在世界氯堿行業(yè)范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣，在目前幾種電解工藝中占據(jù)的位置。在我國離子膜法燒堿所占比例也在逐年提高，到目前為止已經(jīng)超過隔膜法，成為我國燒堿生產(chǎn)的主要工藝之一。
在離子膜燒堿大規(guī)模新增、擴(kuò)建的浪潮中，更令人擔(dān)憂的除了技術(shù)之外還有很多：雖然我國離子膜法燒堿生產(chǎn)裝置在增多,裝置技術(shù)水平在提高，少數(shù)企業(yè)的運(yùn)行指標(biāo)很先進(jìn)，但總體運(yùn)行水平并不高,如電耗、原鹽消耗等，離子交換膜的使用壽命與國外先進(jìn)水平相比還有較大差距。
裝置連續(xù)運(yùn)行時間短，離子交換膜使用壽命不夠長。我國采用離子膜法電解技術(shù)裝置(無論是國外引進(jìn)技術(shù)，還是國產(chǎn)化技術(shù))已近20年，除少數(shù)幾家技術(shù)水平、管理水平較高的企業(yè)之外，能夠連續(xù)運(yùn)行3個月以上的裝置很少，各裝置全年計劃外停車次數(shù)少則幾次，多則十幾次，甚至達(dá)數(shù)十次。而國外發(fā)達(dá)國家先進(jìn)水平的企業(yè)大多計劃外停車全年只有二三次。同樣的電槽，同樣的膜，同樣的電解工藝，我國的膜壽命一般只有2～4年，平均2.5 年，而國外的膜壽命可達(dá)3～6年，甚至更長。我國計劃外故障停車次數(shù)每年如能保持在二三次，則離子交換膜壽命有望超過4年。
能耗高于國外先進(jìn)水平。我國離子膜法燒堿的平均電耗2286kW•h/t，與國外先進(jìn)水平相差17%～43%。2011年，我國離子膜法制高純燒堿的蒸汽消耗平均為0.67噸(折標(biāo)煤95.7千克)。有些廠家未經(jīng)蒸發(fā)而直接按30%液堿出售，而日本的蒸汽消耗只有0.343噸(折標(biāo)準(zhǔn)煤49千克)，綜合能耗國內(nèi)平均水平比國外高31%左右。
鹽耗也遠(yuǎn)高于國外先進(jìn)水平。國外離子膜法燒堿的鹽耗一般在1.5噸以下，國內(nèi)鹽耗一般在1.55～1.60噸，甚至有些廠高達(dá)1.67～1.76噸，相差50千克左右。
隱憂三：未來市場不容樂觀 據(jù)全國氯堿工業(yè)信息中心統(tǒng)計，2010年，是國內(nèi)新建、擴(kuò)建裝置投產(chǎn)的高峰期，預(yù)計在原有基礎(chǔ)上還會新增產(chǎn)能261萬噸；到2011年，擴(kuò)產(chǎn)高潮稍有降溫，但預(yù)計還會有合計產(chǎn)能達(dá)99萬噸的裝置投產(chǎn)，若規(guī)劃中的幾個重量級項目現(xiàn)在或稍后開始建設(shè)，2011年投產(chǎn)裝置規(guī)模甚至還將超過2010年。而在新建和擴(kuò)建裝置中，離子膜法裝置占絕對優(yōu)勢。
3.發(fā)展趨勢
分析顯示，目前，包括離子膜法裝置在內(nèi)的國內(nèi)新建和擴(kuò)建氯堿裝置主要有以下特點(diǎn)：
一是原有大型企業(yè)加緊擴(kuò)產(chǎn)。2010年，齊魯石化氯堿廠投產(chǎn)了20萬噸／年離子膜燒堿裝置，其燒堿年產(chǎn)能力達(dá)到46萬噸，位居全國首位。2011年，天津大沽化工有限責(zé)任公司14萬噸／年離子膜燒堿裝置投產(chǎn)后，燒堿年產(chǎn)能力也將達(dá)到46萬噸。到2012年，上海天原的36萬噸／年新裝置投產(chǎn)后，其燒堿年產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到76萬噸，將重居國內(nèi)首位。據(jù)預(yù)測，到2012年，天津大沽化工有限責(zé)任公司燒堿年產(chǎn)能力也有可能超過50萬噸。目前，國內(nèi)排名第5的巨化股份有限公司電化廠還將有擴(kuò)建裝置投產(chǎn)。
二是新建裝置中大項目多。如內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司原規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為50萬噸，寧夏西部聚氯乙烯有限公司規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為30萬噸，陜西金泰氯堿化工有限公司規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為30萬噸，三友集團(tuán)氯堿有限責(zé)任公司規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為30萬噸。
三是原廠搬遷后裝置規(guī)模大多擴(kuò)大。隨著國內(nèi)城市建設(shè)速度加快，部分氯堿企業(yè)距離市區(qū)、居民生活區(qū)越來越近，已威脅到周圍居民的人身安全，需要遷址重建。這一問題在江蘇省顯得尤為嚴(yán)重。江蘇省有9～10家氯堿企業(yè)需要搬遷或正在搬遷，搬遷后的裝置年產(chǎn)規(guī)模大多定為20萬～50萬噸。其他省份的一些氯堿廠目前也面臨搬遷問題，而且也計劃在搬遷時擴(kuò)大規(guī)模。
四是原料豐富的地區(qū)新建裝置。這一現(xiàn)象在山東省尤為突出。山東省鹽業(yè)資源豐富，電力充足，建氯堿裝置有明顯的原料優(yōu)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前，山東省29家企業(yè)的氯堿年產(chǎn)能力合計達(dá)319．5萬噸，2010年至2011年有30萬噸／年擴(kuò)建裝置投產(chǎn)。除此之外，在2011年至2012年，預(yù)計山東省還將有5家企業(yè)（合計年產(chǎn)規(guī)模37萬噸）加入到氯堿行業(yè)。我國西部地區(qū)有豐富的煤炭、石灰石、天然氣等資源，一批大規(guī)模氯堿項目正在建設(shè)或籌建，其中包括內(nèi)蒙古億利化學(xué)、寧夏西部聚氯乙烯、山西陽煤集團(tuán)、陜西金泰、內(nèi)蒙古晨宏力、內(nèi)蒙古吉蘭太等。
五是下游產(chǎn)品市場廣闊的地區(qū)建氯堿廠。這點(diǎn)值得其他氯堿企業(yè)關(guān)注。如電解鋁是燒堿的主要下游產(chǎn)品之一，鋁資源豐富的河南、廣西均有新的氯堿裝置正在建設(shè)中。由于燒堿市場的區(qū)域特征明顯，這些裝置的投產(chǎn)將對周邊地區(qū)的原氯堿企業(yè)帶來沖擊。
根據(jù)目前我國燒堿消費(fèi)水平和氯堿裝置的現(xiàn)狀，金屬陽極隔膜法電解槽和離子膜法電解槽將會在今后較長時間共存(少則10年，多則20多年)。因為我國大部分DSA槽目前仍占有主導(dǎo)地位，而且擴(kuò)張式金屬陽極隔膜法電解槽具有相當(dāng)?shù)南冗M(jìn)水平和競爭力，企圖短期內(nèi)全部用離子膜槽轉(zhuǎn)換或淘汰DSA槽是不現(xiàn)實的，也是極大的浪費(fèi)。在目前國內(nèi)市場消費(fèi)情況下，除合成纖維、醫(yī)藥、試劑、水處理和石油化工等部門外，多數(shù)用戶如造紙、肥皂、冶金、玻璃、化學(xué)品等行業(yè)在考慮生產(chǎn)成本的同時，只要隔膜法燒堿能滿足使用要求，沒有必要使用離子膜法燒堿。目前離子膜法燒堿產(chǎn)能完全能滿足國內(nèi)對高純堿的需求，隨著電解技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，未來幾年即將問世并可商品化的更加先進(jìn)的氧(空氣)陰極離子膜法燒堿，噸堿電耗只有1600千瓦時，對我國目前采用的活性陰極離子膜法燒堿的企業(yè)將是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 專家建議，國家要高度重視，下大力量自主研發(fā)或花費(fèi)大量外匯直接引進(jìn)國外先進(jìn)制膜生產(chǎn)技術(shù)和裝置，組織強(qiáng)大的科技力量，加大資金投入，對樹脂合成、制膜工藝、膜表面處理、電槽考核和工業(yè)性試驗等進(jìn)行一條龍攻關(guān)，盡快實現(xiàn)我國氯堿生產(chǎn)用離子交換膜的國產(chǎn)化、規(guī)?；a(chǎn)。據(jù)了解，離子交換膜的研發(fā)早已列入國家重點(diǎn)科研項目。作為國家“863”計劃的重大科技攻關(guān)項目——500噸/年全氟離子交換樹脂和離子膜項目已在山東東岳國際氟硅材料工業(yè)園動工建設(shè)，這將對我國氯堿行業(yè)產(chǎn)生重大影響，使我國成為繼美國、日本之后的第3個能夠生產(chǎn)全氟離子交換膜的國家。
國家應(yīng)實施總量控制，在我國未掌握制膜技術(shù)之前，根據(jù)國內(nèi)實際情況，適時適度發(fā)展離子膜法燒堿。對于用來淘汰落后的石墨陽極和固定盒式金屬陽極隔膜法電解裝置的離子膜法燒堿項目應(yīng)予以大力支持，對于國家重點(diǎn)新建大型離子膜法燒堿項目，必須采用先進(jìn)的離子膜法電解技術(shù)，以增強(qiáng)國際市場競爭力，提升我國氯堿工業(yè)的技術(shù)水平。同時，專家建議，我國今后新建、擴(kuò)建離子膜法燒堿裝置應(yīng)由以國外引進(jìn)為主逐步轉(zhuǎn)向以國產(chǎn)化為主。
第一章 化鹽工段
1.1工藝原理
將固體原鹽(或搭配部分鹽鹵水)與蒸發(fā)工段送來的回收鹽水、洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例摻和、加熱溶解成含氯化鈉的飽和水溶液，同時按原鹽中雜質(zhì)含量連續(xù)加入適量的精制劑(氫氧化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等)，使鹽水中鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)離子分別生成難溶的沉淀物，然后加入助沉劑(聚丙烯酸鈉等)。經(jīng)過澄清、砂濾得到一次鹽水，一次鹽水經(jīng)中和、過濾、樹脂吸咐等步驟制得質(zhì)量合格的精鹽水，按需要源源不斷地輸送給電解工段。一般1t堿需要1.5t鹽（理論比例為1：1.462）。
基本化學(xué)方程式：CaCl2+NaCO3=CaCO3+2NaCl CaSO4+Na2C03=CaC03+2Na2SO4
MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl
Na2SO4+BaCl2=BaSO4+2NaCl
1.2主要工藝指標(biāo)
入槽鹽水含NaCl≥315g／L
鹽水過堿量NaOH 0.07～0.15 g/L
Na2CO 3 0.25～0.35 g／L
鹽水中鈣、鎂總量 ≤5mg／L
鹽水中硫酸根含量 ≤5g／L
澄清桶入口鹽水溫度
l與4季度48士3℃
2與3季度50±3℃
入槽鹽水銨含量 無機(jī)銨≤1mg／L 總 銨≤4mg/L
鹽水透明度≥900mm(十字觀察法)
排放鹽泥中含 NaCI≤8g／L
入槽鹽水pH控制值
8～10(微堿性鹽水入槽)
約7(中性鹽水入槽)
約4(酸性鹽水入槽)
煙道氣制純堿中含NaOH ≤3g／L
1.3工藝流程
圖1—1為鹽水精制工藝流程。固體食鹽從鹽倉內(nèi)用鏟車l將鹽送入鹽斗2，經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)3卸入化鹽桶4。鹽鹵水、蒸發(fā)工段回收鹽水和洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例搭配用泵6送到化鹽桶4內(nèi)進(jìn)行化鹽操作，經(jīng)過桶底配水管均勻流出，沿化鹽桶內(nèi)鹽層逆流而上將食鹽溶解制成飽和的粗鹽水，從化鹽桶上部溢流而出。出化鹽桶的粗鹽水與精制劑碳酸鈉、氯化鋇及蒸發(fā)回收鹽水中的氫氧化鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使溶解在粗鹽水中的鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)離子生成不溶解于水的氫氧化鎂、碳酸鈣、硫酸鋇等沉淀物而懸浮在粗鹽水中。
與精制劑反應(yīng)后的粗鹽水靠位差進(jìn)入澄清桶8，為了加速澄清,在進(jìn)入澄清桶前添加助沉劑,使懸浮物沉淀顆粒凝集增大加速澄清。澄清后的清鹽水從澄清桶上部溢流入砂濾器l1，鹽水通過砂濾層之后，鹽水中所夾帶的少量細(xì)小懸浮物顆粒被截留。出砂濾器鹽水含鈣、鎂雜質(zhì)量可降到5mg／L以下，即一次鹽水。然后進(jìn)入中和罐12,加鹽酸中和過剩堿量,再進(jìn)入精鹽水貯槽13,用泵19送往鹽水高位槽供電解工段使用。澄清桶底部排出的鹽泥定期排放回收。
1.4主要設(shè)備及作用和工作原理
1.4.1化鹽桶
化鹽桶的作用是把固體原鹽、部分鹽鹵水、蒸發(fā)回收鹽水和洗鹽泥回收淡鹽水，按比例摻和，并加熱溶解成氯化鈉飽和溶液。
化鹽桶一般是鋼板焊接而成的立式圓桶，其結(jié)構(gòu)見圖1—2?；}水由桶底部通過分布管進(jìn)入化鹽桶內(nèi)。分布管出口均采用菌帽形結(jié)構(gòu)防止鹽粒、異物等進(jìn)入化鹽水管道造成堵塞現(xiàn)象。在化鹽桶中部設(shè)置加熱蒸汽分配管，蒸汽從分配管小孔噴出，小孔開設(shè)方向向下,可避免鹽水飛濺或分配管堵塞。在化鹽桶中間與還設(shè)置有折流圈，折流圈與桶體成45度角．折流圈的底部開設(shè)用于停車時放凈殘存鹽水的小孔。折流圈的作用是避免化鹽桶局部截面流速過大或化鹽水沿壁走短路造成上部原鹽產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象。折流圈寬度通常約為150～250mm。
化鹽桶上都有鹽水溢流槽及鐵柵，與鹽層逆相接觸上升的飽和粗鹽水，從上部溢流槽溢流出，原鹽中常夾帶的繩、草、竹片等漂浮性異物經(jīng)上部鐵柵阻擋除去。
1.4.2澄清桶
澄清桶的作用是將加入精制劑后反應(yīng)完全的鹽水，在助沉劑的幫助下，使雜質(zhì)沉淀顆粒凝集變大，下沉分離。澄清后的清鹽水從桶頂部溢流出，送砂濾器作進(jìn)一步精制過濾，桶底部排出的鹽泥送三層洗泥桶，用水洗滌回收其中所含的氯化鈉。
鹽水中鈣、鎂等不溶物懸浮顆粒在加入助沉劑后起凝聚作用，顆粒增大，被截留到桶底定時排出。澄清后的清鹽水從桶底部緩緩向上，經(jīng)桶頂部環(huán)形溢流槽匯集后連續(xù)不斷流出。
1.4.3砂濾器
砂濾器的作用是把澄清桶送來的澄清鹽水經(jīng)砂濾層過濾，進(jìn)一步除去清鹽水中微量懸浮性不溶雜質(zhì)，提高進(jìn)電解槽的鹽水質(zhì)量，確保電解工段對高質(zhì)量入槽鹽水的要求。
第二章 電解工段
2.1金屬陽極電解工段
2.1.1工藝原理
把化鹽工段用泵輸送來的符合質(zhì)量要求的精鹽水,經(jīng)高位槽穩(wěn)壓及預(yù)熱器預(yù)熱后送入電解槽,同時輸入由變電工段送來的直流電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)操作規(guī)程和工藝條件,確保電解槽正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)。電解過程中產(chǎn)生的氯氣與氫氣分別導(dǎo)入各自的總管,匯集送氯、氫處理工序，進(jìn)一步處理加工。生成約含氫氧化鈉11％的電解液流入總管匯集電解液貯槽,經(jīng)堿泵送蒸發(fā)工段進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。
反應(yīng)方程式如下
2.1.2主要工藝指標(biāo)
單槽氯中含氫量 ≤1．0％ 氯氣總管中含氫量 ≤O．4％
單槽氯中含氧量≤3．0％
氯氣總管中含氧量 ≤3％
電解液總管濃度 130±5g／L
單槽電解液濃度 90～140g／L
氧氣總管氫純度≥98％
電解槽槽溫 80～105℃
氯氣總管壓力 0～－50Pa
氫氣總管壓力 0～50Pa
對地電壓偏差(總電壓) ≤10％
電解槽陽極電流效率 ≥90％
2.1.3工藝流程
圖2－1－1為金屬陽極電解流程圖。電化鹽工段送來含氯化鈉315g／L以上、質(zhì)量合格的精制鹽水送至鹽水高位槽1,高位槽內(nèi)鹽水液面維持恒定，以保持一定的靜壓力。經(jīng)一段鹽水預(yù)熱器2內(nèi)與來自電解槽出口的濕熱氫氣(氫氣總管溫度約85℃)進(jìn)行熱交換，溫度可提高8～10℃，然后再進(jìn)入二段鹽水預(yù)熱器,用蒸汽進(jìn)一步補(bǔ)充加熱鹽水，加熱到鹽水溫度在60～80℃間，再經(jīng)鹽水總管、支管連續(xù)均衡地分別送入各臺電解槽5進(jìn)行電解。電解生成的氯氣從電解槽蓋頂部支管導(dǎo)入氯氣總管，送到氯氣處理工段.氫氣從電解槽陰極箱上部支管經(jīng)斷電器斷電后匯集入氫氣總管，經(jīng)一段鹽水預(yù)熱器預(yù)熱鹽水降溫后送氫氣處理工段。生成的含氫氧化鈉11％的電解液經(jīng)堿液斷電器斷電后從電解槽下側(cè)流出導(dǎo)入電解液總管，匯集于電解液貯槽6中，再經(jīng)泵7輸送到蒸發(fā)工段進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。
2.1.4主要設(shè)備及作用
金屬陽極電解槽是隔膜電解槽的兩大類型之一，其結(jié)構(gòu)如圖2－1－2。隔膜電解槽是隔膜法電解食鹽溶液制取氯氣、氫氣、燒堿的主要設(shè)備。是我國發(fā)展比較成熟的一種技術(shù)。隔膜電解槽示意圖如圖2－1－3。
電解槽主要由槽蓋、陰極箱、陽極組合件三大部分組成。
金屬陽極電解槽的槽蓋多數(shù)采用鋼板焊接制成，內(nèi)襯橡膠防腐蝕層。在槽蓋的頂部有氯氣出口孔，側(cè)面有鹽水注入口，槽蓋前側(cè)面裝有液面計便于掌握電解槽內(nèi)鹽水液位高低。槽蓋上還裝有氯氣壓力表和取樣孔。
陰極箱是由陰極鐵絲網(wǎng)袋`鋼板外殼和陰極導(dǎo)電鋼板組合成一個完整的陰極導(dǎo)電系統(tǒng)。在陰極箱的外殼下端有電解液導(dǎo)出管，上方有氫氣出口管。
金屬陽極電解槽陽極組合件是由鈦-鋼-銅三板疊合組成，上層2mm鈦板作為防腐 蝕層，中層20mm鋼板作支撐層,下層16mm銅板作為陽極導(dǎo)電板．涂有釕層的鈦陽極片通過銅螺絲、銅螺母聯(lián)接固定在下層陽極銅導(dǎo)電板上,電流由此導(dǎo)入。
槽蓋與陰極箱、阻極箱與陽極組合件之間可用“陶泥瀝清軟封料”外圍麻繩進(jìn)行密封以免鹽水泄漏,也可采用橡膠墊片加絕緣螺栓聯(lián)接密封。
2.2離子膜工段
2.2.1工藝原理
以食鹽水為原料的離子膜法電解工藝，因離子交換膜性能要求，進(jìn)離子膜電解槽的鹽水質(zhì)量必須嚴(yán)格控制，不然將影響離子交換膜性能的發(fā)揮和使用壽命以及產(chǎn)品的質(zhì)量。因此本工段的任務(wù)是：
(1)將送來的一次精制鹽水再經(jīng)過一次精密過濾，使鹽水中的懸浮物達(dá)到≤1PPm，送二次精制；
(2)將上述過濾后的合格鹽水，經(jīng)二次精制處理即采用樹脂吸咐（使用過的樹脂經(jīng)處理后再生），使鹽水中的ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量達(dá)到≤20ppb，送離子膜電解槽；
(3)合格的二次精制鹽水在電解槽內(nèi)經(jīng)通電電解，得到合格的氫氧化鈉，然后經(jīng)冷卻、計量后送成品槽；
(4)電解副產(chǎn)品氯氣和氫氣，分別送氯處理和氫處理后．生產(chǎn)相應(yīng)的氯、氫產(chǎn)品；
(5)食鹽水經(jīng)電解后流出的淡鹽水，經(jīng)脫氯裝置除去鹽水中的游離氯，使游離氯含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，然后將脫氯后合格的淡鹽水送回化鹽工段再化鹽使用。
2.2.2主要工藝控制指標(biāo)
1、經(jīng)鹽水過濾器一次精制鹽水質(zhì)量指標(biāo)
NaCI 310～31 5g／L
NaOH ≤0．6g／L
Na2CO3 ≤0．5g／L
Ca+Mg ≤10ppm(以CaO計算)
Sr ≤2．5mL／L
Ba ≤0．1ppm
Fe ≤0．1ppm
Si02 ≤15ppm
ClO3- ≤10g／L
SO42+ ≤4g／L
Hg ≤10ppm
S(含懸浮固體重) ≤10ppm
其它的重金屬 ≤0.2ppm
個別金屬①Al ≤0.1ppm
②Mn ≤0.05ppm
③Cr ≤0.05ppm
2、進(jìn)螫合樹脂塔過濾鹽水質(zhì)量指標(biāo)
(1)NaCI 310~315g／L
(2)pH 9士0．5
(3)溫 度 60-士5℃以上
(4)Ca+Mg 5ppm(按照CaO)以下
(5)Sr 2.5mg／L(按照Sr)以下(6)Ba 0.1ppm以下
(7)Fe 0.Ippm以下
(8)SiO2 15ppm以下
(9)ClO- 不存在
(10)CIO3- 10g／L以下
(11)SO42- 4g／L以下
(12)S 1ppm以下(但不含有Ca、Mg、Sr等固態(tài)物)
(13)Hg 10ppm以下
(14)其它重金屬 總共 0.2ppm以下
個別金屬 ①A1 0.Ippm以下
②Mn 0.05ppm以下
③Cr 0.05ppm以下
3、進(jìn)離子膜電解槽二次精制鹽水質(zhì)量指標(biāo)
NaCI 31 0-31 5g／L
Ca+Mg ≤20ppb(以Ca計算)
Sr ≤0.Ippm
Ba ≤0.1ppm
Fe ≤0.1ppm
SiO 2 ≤15ppm
CIO3- ≤10g／L
SO42+ ≤4g／L
其它重金屬總量 ≤0.2ppm
個別金屬： ①AI ≤0.1ppm
②Mn ≤0.05ppm ③Cr≤0.05ppm
4、出離子膜電解槽各物料質(zhì)量指標(biāo)
(1)氫氧化鈉 33士0.15％
NaCI／NaOH ≤80ppm
Fe2O3 ≤8ppm
(2)氯氣
CI2 ≥97％
含02 ≤2．5％
含氫 ≤0.1％
(3)氫氣H2 ≥99％
(4)淡鹽水
NaCI 210士10g／L
pH 2～4
CIO- ﹤2g／L
5、出脫氯塔淡鹽水質(zhì)量指標(biāo)
NaCI 210土10g／L pH 7～8
6、各操作壓力
炭素過濾器操作壓差 <0.2MPa
清洗加壓操作壓力 0.45MPa
螯合樹脂塔壓差 <0.12MPa
電槽陰極大于陽極壓力 100mmH2O
C12壓力 0士10mmH2O
H2壓力 100~10mm H2O
脫氯鼓風(fēng)機(jī)壓力 900-1100mm H2O
7、各操作溫度
一次精制鹽水溫度 >45℃
過濾鹽水溫度 60士5℃
電槽槽溫 85士3℃
脫氯塔回收氯冷卻溫度 ＜40℃
吸收液苛性鈉溫度 ＜40℃
（三）工藝流程
圖2－2－1為離子膜法制堿工藝流程圖。原鹽經(jīng)溶解、反應(yīng)、沉清．砂濾后，制成一次精制鹽水，該一次精制鹽水進(jìn)入本工段后，加入適量的亞硫酸鈉以除去微量的游離氯，同時加入適量的α-纖維素助濾劑，然后用泵送入鹽水過濾器進(jìn)行過濾，經(jīng)過濾后的鹽水，其懸浮物含量達(dá)到規(guī)定指標(biāo)≤lppm，再經(jīng)加熱使溫度達(dá)到60士5℃，并用pH自控調(diào)節(jié)使pH控制在9士0．5。將上述符合質(zhì)量指標(biāo)的鹽水,用泵送入螯合樹脂塔進(jìn)行螯合處理．使鹽水中Ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量達(dá)到20ppb以下，此鹽水稱二次精制鹽水。二次精制鹽水再經(jīng)加熱,用泵送離子膜電解槽陽極側(cè)．加熱溫度視電解槽槽溫而調(diào)節(jié)，一般冬季比夏季高一些．以保證槽溫穩(wěn)定在85士31°C。在電解槽的陰極側(cè)，加入與堿濃度相當(dāng)?shù)募兯浚员ＷC產(chǎn)品濃度穩(wěn)定在規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)(30～35％)。在直流電作用下經(jīng)電解，在陰極側(cè)流出規(guī)定濃度的氫氧化鈉，經(jīng)冷卻、計量后送入成品貯槽或再經(jīng)蒸發(fā)濃縮到規(guī)定濃度；在陰極側(cè)上方，放出副產(chǎn)品氫氣送氫處理工序。在電解槽的陽極側(cè)．經(jīng)電解后的淡鹽水流入貯槽。經(jīng)加酸用pH自動調(diào)節(jié)計使pH調(diào)節(jié)在2左右，以使大部分的氯酸鹽和次氯酸鹽分解，分解出的氯氣并入總管，淡鹽水再用泵送入脫氯塔。經(jīng)脫氯后合格的淡鹽水則用泵送回化鹽工段再使用．脫氯如是采用真空脫除．則脫出的氯氣并入氯總管；如是用空氣吹除的，則脫出之氯氣需用20％的氫氧化鈉進(jìn)行循環(huán)吸收，制成10％的次氯酸鈉．在陽極側(cè)上部放出的氯氣，則送入氯氣處理工段。
（四）主要設(shè)備及作用和工作原理
1、鹽水過濾器
鹽水過濾器的作用是使一次精制鹽水經(jīng)過濾除去所含微量懸浮物，指標(biāo)為≤1ppm。離子膜法制堿工藝中，要求鹽水中的懸浮物含量控制在1ppm以下。以防止鹽水中所含微細(xì)懸浮物引起膜的堵塞而導(dǎo)致槽電壓上升。然使用傳統(tǒng)的砂過濾器，鹽水中的懸浮物含量一般在5~10ppm．因此，必須再經(jīng)過一次精密過濾。實習(xí)工廠采用碳素管式過濾器。
碳素管過濾器的外殼由鋼襯橡膠防腐層．內(nèi)部由多組炭系管均勻固定在花板上．其結(jié)構(gòu)見圖2－2－2所示。碳素管式過濾面積由生產(chǎn)能力大小而定一般年產(chǎn)l萬噸規(guī)模的過濾面積約在7～8m2，使用壽命在8～10年。
碳素管式過濾器由純凝經(jīng)燒結(jié)后制成，外徑120mm，內(nèi)徑70mm ，長度500mm，為圓筒狀元件。
碳素管式過濾器的特點(diǎn)是經(jīng)一定時間使用后，可經(jīng)再生恢復(fù)重新使用。
碳素管的過濾原理見圖2－2一3。一次精制鹽水從圓筒的外部流入圓筒的內(nèi)部進(jìn)行過濾．懸浮物在碳素管外被截流。為了保持的過濾精度．首先在碳素管外先預(yù)涂上一層助濾劑，預(yù)涂層的厚度約為2~3mm，同時采用助濾劑添加方式，使定量的助濾劑與一次精制鹽水混合后送過濾器過濾，過濾時初始阻力0.02MPa，隨著鹽水中懸浮物的積累，其阻力逐漸上升，當(dāng)升到0.15～0.20MP時，應(yīng)停止使用予以清洗再生．但如當(dāng)鹽水中懸浮物含量低時，即使壓力未上升到0.15-0.20MPa，而使用時間達(dá)到48小時；則也需停止使用予以清洗再生，以保持長久穩(wěn)定地運(yùn)行。碳素管的清洗再生，是將清洗液從管內(nèi)向管外反洗，并通入0.45MPa的壓縮空氣，當(dāng)迅速打開專用排液閥時，鹽水因受到壓縮空氣的壓力迅速由管的內(nèi)側(cè)流向管的外側(cè)，同時將炭素管外的預(yù)涂層和被截留的懸浮物濾餅，同時從過濾管上脫落除去，然后經(jīng)過各步清洗，則可完全恢復(fù)原有性能而重復(fù)使用。
2、螯合樹脂塔
螯合樹脂塔通常是二臺或三臺串聯(lián)使用，其作用是將一次精致鹽水中Ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量降低到20ppb以下，以符合離子膜工藝的需要。
螯合樹脂塔的外殼由鋼板制成，內(nèi)襯特殊的低鈣鎂橡膠防腐層。塔內(nèi)填裝一定量的帶有螯合基團(tuán)的特種離子交換樹脂，樹脂的特點(diǎn)是對金屬離子有極強(qiáng)的選擇性。第二個特點(diǎn)是再生效率高，即在使用一定周期后，可通過酸、堿、純水的清洗．將螯合的金屬離子解脫恢復(fù)原有的交換容量，以重新再進(jìn)行螯合處理。
在使用贅合樹脂處理鹽水中，必須注意下列二點(diǎn)：
(1)物料中不能帶有氧化劑，
(2)物料中有能帶有油狀物。因油將使螯合樹脂顆粒表面生成一層油膜．從而降低其離子交換的功能。
螯合樹脂塔的結(jié)構(gòu)如圖2－2－4所示。
3、離子膜電解槽
離子膜電解槽是離子膜制堿生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是將進(jìn)入的合格的二次精致鹽水經(jīng)通電電解，生產(chǎn)出低鹽、高純、高濃度的氫氧化鈉產(chǎn)品．同時得到聯(lián)產(chǎn)氯和氫氣。其生產(chǎn)原理如圖2－2—5所示。
離子交換膜電解食鹽法，是用陽離子交換膜將電解槽隔成陽極室和陰極室，這層膜只允許鈉離子穿透，而對氫氧根離子起阻止作用，另還能阻止氯化鈉的擴(kuò)散，從而達(dá)到生產(chǎn)低鹽、高純、高濃度氫氧化鈉產(chǎn)品的目的。
第三章 氫氣和氯氣處理工段
從電解槽出來的濕氯氣和濕氫氣，溫度約為80～90ْC，并為水蒸氣所飽和。濕氯氣具有強(qiáng)烈的腐蝕性，只有鈦、玻璃、橡膠、玻璃鋼（FRP）等少數(shù)材料可以耐濕氯氣的腐蝕。另外為便于運(yùn)輸和使用，也需要對濕氯氣進(jìn)行加工處理。氫氣的純度雖然很高，可達(dá)99％以上，但含有少量的堿霧和大量的水蒸氣，也需要進(jìn)行處理。
本工段的另一重要任務(wù)是通過氯氣和氫氣的進(jìn)出口回流量的調(diào)節(jié)來達(dá)到電解槽陽極室和陰極室的壓力平衡，保證電解槽的安全運(yùn)行。
3.1氫氣處理
3.1.1工藝原理
來自電解槽的氫氣進(jìn)入氫氣－鹽水熱交換器，氫氣溫度可降至50ْC左右，而鹽水溫度約能提高10ْC.這樣使氫氣中所帶出的一部分余熱得到 回收。冷卻后的氫氣再進(jìn)入氫氣洗滌塔內(nèi)。用工業(yè) 上水對其進(jìn)行洗滌和冷卻，氫氣中大部分雜質(zhì)（鹽霧和堿霧）及水蒸氣被冷卻水帶走并排入下水道。氫氣則從塔頂出來，經(jīng)水氣分離器分離后，由風(fēng)機(jī)送到氫氣柜或使用氫氣的部門。
3.1.2工藝流程
圖3－1－1是氫氣處理流程圖，來自電解槽陰極的氫氣首先進(jìn)入氫氣洗滌塔，此塔為一空塔，內(nèi)裝數(shù)層噴淋裝置，冷卻水經(jīng)噴水裝置，自塔頂噴淋下來，與自塔底進(jìn)入的氫氣相遇，進(jìn)行冷卻和洗滌，氫氣所帶的大部分水蒸氣和堿霧，便被洗滌下來，隨同用過的冷卻水一起排出。從洗滌塔出來的氫氣分為兩部分，一部分經(jīng)過H2風(fēng)機(jī)輸送到冷卻塔進(jìn)一步冷卻，然后由緩沖罐分配：到片堿工段作加熱介質(zhì)，到與Cl2反應(yīng)以及到氫壓站。另一部分由氫氣壓縮機(jī)輸送到水霧捕集器，然后輸送給用戶使用。壓縮過程中使用N2作保護(hù)氣體。
3.1.3主要設(shè)備及作用和工作原理
1、水洗塔
將氫氣中夾帶的堿霧除去，同時降低氣體溫度，從而除去其中所含的大部分飽和水蒸氣，使氫氣得到初步凈化。
2、捕集器
可減少冷卻后氫氣中殘存的霧滴狀冷凝水及堿霧，減少其對氫氣壓縮機(jī)的腐蝕。
3.2氯氣處理
3.2.1工藝原理
氯氣處理工段是氯堿生產(chǎn)廠中聯(lián)接電解槽與用氯部門的工序，起著承上啟下的作用，也是穩(wěn)定電解槽正常運(yùn)行、確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。由食鹽水溶液電解，其陽極產(chǎn)物是溫度較高、并伴有飽和水蒸汽及夾帶一定鹽霧雜質(zhì)的濕氯氣，每噸氣相的濕含量可達(dá)0.3381噸以上。這種濕氯氣對鋼鐵及大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，只有少量的稀土及貴金屬或非金屬材料在一定條件下才能抵御濕氯氣的腐蝕，從而使氯產(chǎn)品的生產(chǎn)和氣氯的輸送發(fā)生困難。而干燥脫水的氯氣在通常條件下對鋼鐵等常用材料的腐蝕是比較小的。詳見表3-1。
表3-1氯氣對鋼鐵腐蝕速率表
氣相中含水分，% 年腐蝕速率，mm/a 氣相中含水分，% 年腐蝕速率，mm/a
0.00567
0.01670
0.0206
0.0283 0.0107
0.0457
0.051
0.061 0.0870
0.1440
0.330 0.114
0.15
0.38
由表3-l可知，對濕氯氣的脫水干燥是生產(chǎn)、輸送、使用氯氣過程所必須的。氯氣處理的目的就在于除去濕氯氣中的水分，使之成為含濕量甚微的干燥氯氣，以適應(yīng)氯氣輸送和氯產(chǎn)品生產(chǎn)的需要,由此可見,氯氣處理的任務(wù)就是將電解槽陽極析出的飽含水蒸汽的高溫濕氯氣進(jìn)行冷卻除沫、干燥脫水、除霧凈化,再壓縮輸送到各用氯部門,經(jīng)過處理后,氯氣中的含水量降至0．01％以下,基本不含酸霧,成為合格的氯氣.除此之外還應(yīng)調(diào)節(jié)濕氯氣出電槽總管時的負(fù)壓以及在緊急故障情況下將事故氯氣進(jìn)行處理,不使其外泄。
（二）主要工藝指標(biāo)
1.壓力
電槽出口總管壓力—0.2~一0.3kPa 氯氣透平機(jī)一段進(jìn)口壓力 0.085MPa
氯氣透平機(jī)一段出口壓力 0.035～0.042MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)二段進(jìn)口壓力 0 .033 ～0.040MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)二段出口壓力0.1～0.12MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)三段進(jìn)口壓力 0.08～0.10 MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)三段出口壓力 0.18 ～0.23MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)四段進(jìn)口壓力 0.16 ～0.21MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)四段出口壓力 0.28 ～0.38MPa（表壓）
密封室充氣壓力 2.5～3.5kPa（表壓）
密封室抽氣壓力 －1～－2kPa（表壓）
油過濾器出口壓力 0.35M Pa（表壓）
前軸承進(jìn)口0.08～0.12MPa（表壓）
后軸承進(jìn)口油圧0.08～0.12MPa（表壓）
增速箱進(jìn)口油壓 0.15～0.l8MPa（表壓）
油封壓力 70～150mm 油（表壓）
貯氣罐壓力 0.6MPa（表壓）以下
干燥密封氣輸出壓力 0.05～0.1MPa（表壓）
再生密封氣壓力 0.05MPa （表壓）
泡沫千燥塔阻力降5.5～6.5kPa（表壓）
工業(yè)水壓力 0.12MPa以上
2.溫度
Ⅰ段鈦冷卻器出口氣相溫度40℃以下
Ⅱ段鈦冷卻器出口氣相溫度11～14℃
出泡沫塔干燥后氯氣溫度<20℃
冷凍氯化鈣溶液溫度6~12℃
氯氣透平機(jī)進(jìn)機(jī)溫度<20℃
氯氣透平機(jī)一段出口溫度<90℃
氯氣透平機(jī)二段進(jìn)口溫度<38℃
氯氣透平機(jī)二段出口溫度<90℃
氯氣透平機(jī)三段進(jìn)口溫度<38℃
氯氣透平機(jī)三段出口溫度<90℃
氯氣透平機(jī)四段進(jìn)口溫度<38℃
氯氣透平機(jī)四段出口溫度<90℃
止推軸承溫度45~50℃
前軸承溫度45~50℃
后軸承溫度45~50℃
增速器軸承溫度40~45℃
前軸承回油溫度35~45℃
后軸承回油溫度5~45℃
增速箱回油溫度45~50℃
潤滑油溫度20℃以上，<20℃無合閘訊號
電爐出口溫度 150 —200 ℃
凈化器出口密封氣溫度 40 ℃
（三）工藝流程
圖3－2－1是氯氣處理流程圖。來自電解 槽陽極的高溫濕氯氣經(jīng)濕氯氣緩沖器的分配，進(jìn)入工業(yè)水列管冷卻器，由工業(yè)水進(jìn)行冷卻，使氣相溫度降至相 40℃ 以下，再進(jìn)入鹽水冷卻器，用 6 ~10℃的氯化鈣溶液進(jìn)行冷卻，使氣相溫度降至11~14℃。但氣相溫度不可降得過低，若低于10℃的話（如9.6℃），濕氯氣易形成Cl2 8H2O 的氯水結(jié)晶物，從而使設(shè)備、管道結(jié)冰堵塞。經(jīng)冷卻后的氣相進(jìn)入水沫過濾器除去氣相中夾帶的游離水，再進(jìn)入泡沫干燥塔。氣相自下而上分別依次穿過五塊塔板，與自上而下的硫酸在塔板上錯流接觸，進(jìn)行吸收傳質(zhì)，氣相中的水分被硫酸吸收掉，氣相出泡沫干燥塔頂部時，已成為含濕量低于100PPm 的合格氯氣。98％的濃硫酸經(jīng)鹽水冷卻至 10 ℃ 后被送入濃酸高位槽，分二路進(jìn)泡沫干燥塔。一路經(jīng)節(jié)流調(diào)節(jié)進(jìn)入泡沫塔第一塊塔板（由上往下數(shù)），與氯氣接觸吸收微量水分，由外溢流進(jìn)入泡沫塔第二塊塔板，再與氯氣接觸吸收微量水分，外溢流經(jīng)液封去循環(huán)槽，由循環(huán)泵抽吸經(jīng)硫酸冷卻器冷卻后再去濃硫酸高位槽，循環(huán)使用，另一路經(jīng)節(jié)流調(diào)節(jié)進(jìn)入泡沫干燥塔第三塊塔板，與氯氣接觸吸收水分后經(jīng)內(nèi)溢流進(jìn)入第四塊塔板。來自稀酸冷卻器的功10℃ 、濃度為 72 ％的稀硫酸進(jìn)入泡沫塔第四塊塔板，與來自第三塊塔板內(nèi)道流的濃酸混成濃度為 80 ％的吸收液，大量吸收濕飯氣中水分，外溢流進(jìn)入第五塊塔板，繼續(xù)大量吸收濕氯 氣中的水分，使?jié)舛冗_(dá)到 72 ％的稀硫酸經(jīng)液封與塔底酸一同進(jìn)入稀映循環(huán)槽，在確保正常循環(huán)量的前提下，多余的一部分稀酸溢入廢酸槽。正常量的稀酸由稀酸循環(huán)泵抽吸經(jīng)硫酸冷卻器冷卻后再注入泡沫塔第四塊塔板循環(huán)使用。出泡沫塔的干燥氯氣進(jìn)入酸霧過濾器自凈去除酸霧，進(jìn)入氯氣離心式壓縮機(jī)，經(jīng)四段事轎冷卻達(dá)到常溫，保持 0.38MPa。（表壓）以下的排出壓力，經(jīng)分配臺送至各用氯部門。
（四）主要設(shè)備及作用和工作原理
1、安全水封
其結(jié)構(gòu)示意見圖3－2－2 。濕氯氣安裝于電解聲氣總管的旁路上，一頭與電解氯氣總管相連，另一端與事故氯氣處理塔相通，中間有隔板相隔，掖封高度 60mm 。其作用是當(dāng)氣體處理的負(fù)壓系統(tǒng)因突發(fā)故障發(fā)生正壓時，帶壓的事故氯氣便將水封沖掉，往事故氯氣處理塔泄壓，用堿液進(jìn)行吸收處理，以保護(hù)氯氣負(fù)壓系統(tǒng)的管道、設(shè)備，直至電解槽的安全。水封高度的確定應(yīng)充分考慮系統(tǒng)所能承受的正壓沖擊。
2、鈦列管冷卻器
結(jié)構(gòu)由上封頭（上端蓋）、列管殼體及下封頭（下端蓋）三個部分組成，詳見圖3－2－3 。列管殼體由鈦制列管束、折流擋板、定距桿，上下分布管板等構(gòu)成．鈦對濕氯氣的抗腐蝕性能極好，鈦列管傳熱效果也很好。一般將其制成浮頭式結(jié)構(gòu)，浮頭處有填料函密封。在管程走氣相濕氯氣時,簡體外殼及折流擋板可用碳鋼，上下封頭可以用鈦、鋼襯膠或聚氯乙烯。在殼程走濕氯氣時，筒體外殼、折流擋板,上下管板、列管束均需用鈦材,而上下封頭可采用聚氯乙烯、碳鋼。這可視實際工藝之需而定。
鈦列管冷卻器在工段冷卻時采用工業(yè)水作為冷卻劑，Ⅱ段冷卻時采用冷凍淡水或冷凍氯化鈣溶液作為冷卻劑。在實際生產(chǎn)過程中，氣相濕氯氣走殼程，傳熱系數(shù)可以提高較多；而氣相濕氯氣走管程，傳熱系數(shù)較低。但造價投資則前者高于后者。鈦列管冷卻器的作用在于將電解來的濕氯氣要冷卻器本體的管程或殼程中與冷卻劑溶液工業(yè)水或氯化鈣溶液經(jīng)鈦列管管壁進(jìn)行間接的傳熱，移走氣相中所帶的熱量，達(dá)到降低溫度的目的，使氣相中含水量大幅度減少。
3、水沫過濾器
水沫過濾器是上封頭、過濾層簡體組成的圓筒體。過濾層簡體由上壓蓋、絲網(wǎng)過濾層(系絲網(wǎng)填料盤卷而成)、底板等構(gòu)成。詳見圖3－2－4所示。整個設(shè)備用硬質(zhì)聚氯乙烯制成；絲網(wǎng)可采用聚乙烯、金屬絲(鈦絲)等，其寬度為150mm。 水沫過濾器的作用在于通過絲網(wǎng)層捕集、過濾去除氣相中夾帶的游離水分，這樣 圖7—5水辣過濾器可以降低用于干燥脫水的吸收劑硫酸的單耗，并有效地防止游離水隨氣相帶入干燥塔。一般除沫效率可達(dá)98％以上。
4、泡沫干燥塔
泡沫干燥塔是應(yīng)用得十分廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備，屬于板式塔的一種。泡沫干燥塔是由一個圓柱形殼體和按一定間距、水平設(shè)置的若干塔板組成。泡沫塔的簡體上有塔板、內(nèi)外濫流管、受液盤等，詳見圖3－2－5所示。全塔共設(shè)置數(shù)塊塔板，塔板上按生產(chǎn)負(fù)荷及一定開孔率開設(shè)相當(dāng)比例的篩孔。篩孔可以是上下相同直徑的直通孔，也可以是上孔徑小、下孔徑大的異徑噴嘴孔。目前強(qiáng)化型泡沫塔正在推廣，它采用外溢流、大液流循環(huán)方式，確保輸送氣體負(fù)荷適應(yīng)生產(chǎn)的需要。
5、氯氣透平壓縮機(jī)
氯氣透平壓縮機(jī)，是全廠相當(dāng)關(guān)鍵的氯氣壓縮、輸送設(shè)備，其安全運(yùn)行與否將直接影響到全廠的生產(chǎn)、氯氣離心式壓縮機(jī)是個系統(tǒng)工程，它由主機(jī)系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、密封氣系統(tǒng)、儀表電氣自控聯(lián)鎖系統(tǒng)、事故氯氣處理系統(tǒng)等組成，簡稱其為機(jī)組。其構(gòu)成詳見圖3－2－6所示。國產(chǎn)氯氣離心式壓縮機(jī)型號為 LLY -1 -4 -60 -3700 ，為單機(jī)殼、單吸人、雙支承、四段壓縮的結(jié)構(gòu)。整個主機(jī)由轉(zhuǎn)子與固定元件組成，轉(zhuǎn)動部分由葉輪、主軸、聯(lián)軸器、推力盤組成；固定元件由機(jī)殼、擴(kuò)壓器、氣密裝置、排氣蝸殼、軸承等組成。機(jī)組工作轉(zhuǎn)速10407r / min ，是由 985r / min 的電機(jī)通過 xR 行星式增速箱獲得，潤滑系統(tǒng)采用強(qiáng)制供油潤滑，軸承采用了動壓軸承，端面密封則采用抽、充氣相結(jié)合的梳齒型迷宮密封。氯氣離心式壓縮機(jī)目前是國內(nèi)外較為先進(jìn)的設(shè)備，其作用是抽吸電解槽陽極產(chǎn)物氯氣，在經(jīng)預(yù)處理后達(dá)到相當(dāng)高的氯氣質(zhì)量（含水分小于100ppm ，不含酸霧）, 進(jìn)行連續(xù)四段壓縮，使其達(dá)到 0.38MPa（表）的排出壓力，輸送至各個氯產(chǎn)品生產(chǎn)工序。
6、中間冷卻器
中間冷卻器又稱級間冷卻器或段問冷卻器，是類似于列管冷卻器的圓筒體列管束的多程熱交換器。它分上、下封頭和筒體三部分，如圖3－2－7所示。上封頭為橢圓形，并有隔板，以使水實現(xiàn)多程段循環(huán)，還有進(jìn)、出水口。下封頭同樣是橢圓形的，也有隔板，并設(shè)左右排凈口。而筒體內(nèi)有列管束，上下管板及折流擋板。
中間冷卻器的作用在于將各級排出的高溫氯氣進(jìn)行間接冷卻，將氣相熱量移走，使氣相盡可能實施等溫壓縮。
第四章 固堿工段
4.1工藝原理
將電解工段生產(chǎn)的32％氫氧化鈉的電解液,經(jīng)預(yù)熱后，送入三效蒸發(fā)器。以蒸汽加熱除去電解液中部分水分,經(jīng)過一效蒸發(fā)后，含氫氧化鈉48％，經(jīng)過二效蒸發(fā)后含氫氧化鈉56％，最后經(jīng)過三效蒸發(fā)后將電解液深縮到含氫氧化鈉98％或99％以上，其次再由片堿機(jī)生產(chǎn)固堿，同時將在深縮過程中的結(jié)晶鹽分離?；涑苫厥整}水返回化鹽工段。重新循環(huán)使用。
4.2主要工藝指標(biāo)
蒸汽壓力 一效0.687~0.785MPa
二效0.294~0.343MPa
三效0.049-~0.098MPa
真空度 三效 74.66kPa
冷堿溫度 <50℃
蒸堿濃度
冬季(1、4季度)410～425 g／L
夏季(2、3季度)415～435g／L
蒸發(fā)回收鹽水含NaOH≤2.2g／L
含NaCl250～280 g／L
離心機(jī)油泵壓力0.981～l.47MPa
成品堿含NaOH30.00～31.10％
含NaCl≤4.7％
含Na2C03≤0.80％
含F(xiàn)e203 0.011％
4.3工藝流程（附工藝流程圖）
從電解工段過來的含32％的氫氧化鈉由H2燃燒預(yù)熱后送入一效蒸發(fā)器濃縮為含48％的氫氧化鈉，然后送入二效蒸發(fā)器濃縮為含56％的氫氧化鈉，再送入三效蒸發(fā)器濃縮為含99％或98％的氫氧化鈉。通過三效后，再經(jīng)過片堿機(jī)，最后到成品堿。
4.4主要設(shè)備及作用和工作原理
1、 EV-1：一效降膜蒸發(fā)器，使用常壓水蒸汽，加熱溫度為90℃左右，內(nèi)不凝性氣體通過表面冷凝器放空，NaOH溶液經(jīng)一效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?8%；
2. EV-2：二效降膜蒸發(fā)器，使用高壓水蒸氣，加熱溫度為150℃，蒸發(fā)出來的水蒸氣作為一效蒸發(fā)的供熱介質(zhì)，NaOH溶液經(jīng)二效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?6%；
3. EV-3：三效降膜濃縮器，三效中的堿的溫度為340℃，因此溫度較高，故使用熔鹽作為供熱介質(zhì)，蒸出來的蒸汽作為一效蒸發(fā)的供熱介質(zhì)，NaOH溶液經(jīng)三效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?8%以上；
4. T-1：熔鹽槽 H-1：熔鹽加熱爐 B-2:H2加熱爐
因為H2燃燒溫度很高,作為熔鹽的加熱介質(zhì)在熔鹽加熱爐中加熱,使熔鹽達(dá)到一定的溫度,然后熔鹽與三效中的堿換熱后,冷卻的熔鹽再由泵壓至上部,再由H2燃燒供熱,循環(huán)使用;
5. T-6：蒸汽冷凝槽，二效蒸發(fā)后的蒸汽在此處冷凝；
6. T-9：50%堿貯槽，根據(jù)不同濃度原料堿的需要，此處可得到50%液堿，可降低成本；
7. F-1: 片堿機(jī),在片堿機(jī)中冷卻形成NaOH固體,稱重,罐裝,輸送至倉庫。
1.內(nèi)容
離子膜法制燒堿就是采用離子交換膜法電解食鹽水而制成燒堿（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(chǎn)物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產(chǎn)物Cl2和陰極產(chǎn)物H2相混合而可能導(dǎo)致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產(chǎn)物NaOH反應(yīng)而生成NaClO影響燒堿純度的作用。
主要原料：飽和食鹽水，但由于粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等雜質(zhì)，遠(yuǎn)不能達(dá)到電解要求，因此必須經(jīng)過提純精制。
離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程：精制的飽和食鹽水進(jìn)入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電后H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進(jìn)入陰極室，此時陰極室導(dǎo)入的陰極液中含有NaOH；Cl－則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水則從陽極室導(dǎo)出，經(jīng)添加食鹽增加濃度后可循環(huán)利用。
陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發(fā)生反應(yīng)為2H++2e－=H2↑；而Na+則可透過離子膜到達(dá)陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性，同時又不引入新雜質(zhì)，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。
2. 國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r及瓶頸
長期以來，一說到離子膜燒堿的發(fā)展，技術(shù)困境總是被擺在最前面。不可否認(rèn)，久而久之，好象影響離子膜燒堿健康發(fā)展的就只有一個技術(shù)問題。離子膜生產(chǎn)技術(shù)掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中，這是中國氯堿行業(yè)的一塊心病，威脅到我們產(chǎn)業(yè)的安全。但是，從離子膜燒堿的發(fā)展來看，國內(nèi)企業(yè)所面臨的遠(yuǎn)不只是技術(shù)問題。
隱憂一：使用超前，研發(fā)滯后 在當(dāng)前環(huán)保要求嚴(yán)格、油價上漲、能源緊缺的形勢下，發(fā)展離子膜法燒堿已經(jīng)成為氯堿企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境、增強(qiáng)市場競爭力的主要措施，絕大多數(shù)企業(yè)將離子膜法裝置作為擴(kuò)建和新建氯堿裝置的首選，因此，國內(nèi)離子膜法燒堿的發(fā)展十分迅速。
目前，國內(nèi)離子膜法燒堿生產(chǎn)廠家全國共86家，產(chǎn)能排前4名的企業(yè)離子膜法燒堿產(chǎn)能均超過了20萬噸/年，2009年底前還有3家企業(yè)的離子膜法燒堿產(chǎn)
我國離子膜法燒堿發(fā)展十分迅速，徹底淘汰了水銀法燒堿和部分石墨陽極隔膜法燒堿，大大提升和優(yōu)化了我國氯堿工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了相關(guān)工業(yè)的迅速發(fā)展。目前，世界上能生產(chǎn)離子交換膜法氯堿電解槽的7個生產(chǎn)廠其中包括北京化工機(jī)械廠生產(chǎn)的電解槽在國內(nèi)均有使用廠家，代表當(dāng)前離子膜法最先進(jìn)水平的高電流密度、低電流消耗、大單元面積、自然循環(huán)工藝的電解槽在我國已有企業(yè)采用。
但專家指出，與世界發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平尚有一定差距，國內(nèi)離子膜燒堿行業(yè)在某種程度上存在著“使用超前，研發(fā)滯后”的問題。 目前國內(nèi)離子膜法燒堿擴(kuò)能速度過快，規(guī)劃存在盲目性。得益于下游產(chǎn)品的市場行情好，和因企業(yè)缺鹽、缺電限產(chǎn)造成的供不足需，國內(nèi)燒堿市場出現(xiàn)了近幾年少有的火爆行情，其中離子膜法燒堿企業(yè)的規(guī)模也呈現(xiàn)飛速增長的趨勢。但是隨著大批新建、擴(kuò)建裝置的投產(chǎn)，燒堿下游產(chǎn)品及離子膜法副產(chǎn)品利用技術(shù)的發(fā)展速度跟不上，這種行情將不復(fù)存在。一些企業(yè)，特別是新建裝置的企業(yè)，對上、下游市場及競爭環(huán)境缺乏長遠(yuǎn)、全面的分析，新增如此多的裝置將使原本已過剩的燒堿市場更加不堪重負(fù)。另外，從全球的氯堿發(fā)展形勢看，全球范圍內(nèi)燒堿過剩和產(chǎn)品同質(zhì)化趨勢使市場競爭變得更加激烈，這是各燒堿出口國面臨的共同問題。而這也從另外一個方面制約了燒堿行業(yè)，特別是離子膜法燒堿的進(jìn)一步發(fā)展。
特別值得一提的是，擴(kuò)能速度如此之快，而所用離子交換膜卻全部要依靠進(jìn)口。離子交換膜是離子膜法燒堿的核心要素之一，目前，我國已建成投產(chǎn)的離子膜法燒堿裝置所用離子交換膜仍全部依靠進(jìn)口，且價格昂貴。進(jìn)口離子膜按800美元/平方米計，平均2.5年為一更換周期，大約每年需要購膜費(fèi)用折合人民幣約2.756億元，不但增加了離子膜法燒堿的生產(chǎn)成本，而且受制于人。
隱憂二：能耗高，膜使用壽命短 過去世界各國生產(chǎn)高純堿都采用水銀法。而上個世紀(jì)80年代發(fā)明了離子膜電解法，因其兼有環(huán)保和節(jié)能等特性，從90年代開始在世界氯堿行業(yè)范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣，在目前幾種電解工藝中占據(jù)的位置。在我國離子膜法燒堿所占比例也在逐年提高，到目前為止已經(jīng)超過隔膜法，成為我國燒堿生產(chǎn)的主要工藝之一。
在離子膜燒堿大規(guī)模新增、擴(kuò)建的浪潮中，更令人擔(dān)憂的除了技術(shù)之外還有很多：雖然我國離子膜法燒堿生產(chǎn)裝置在增多,裝置技術(shù)水平在提高，少數(shù)企業(yè)的運(yùn)行指標(biāo)很先進(jìn)，但總體運(yùn)行水平并不高,如電耗、原鹽消耗等，離子交換膜的使用壽命與國外先進(jìn)水平相比還有較大差距。
裝置連續(xù)運(yùn)行時間短，離子交換膜使用壽命不夠長。我國采用離子膜法電解技術(shù)裝置(無論是國外引進(jìn)技術(shù)，還是國產(chǎn)化技術(shù))已近20年，除少數(shù)幾家技術(shù)水平、管理水平較高的企業(yè)之外，能夠連續(xù)運(yùn)行3個月以上的裝置很少，各裝置全年計劃外停車次數(shù)少則幾次，多則十幾次，甚至達(dá)數(shù)十次。而國外發(fā)達(dá)國家先進(jìn)水平的企業(yè)大多計劃外停車全年只有二三次。同樣的電槽，同樣的膜，同樣的電解工藝，我國的膜壽命一般只有2～4年，平均2.5 年，而國外的膜壽命可達(dá)3～6年，甚至更長。我國計劃外故障停車次數(shù)每年如能保持在二三次，則離子交換膜壽命有望超過4年。
能耗高于國外先進(jìn)水平。我國離子膜法燒堿的平均電耗2286kW•h/t，與國外先進(jìn)水平相差17%～43%。2011年，我國離子膜法制高純燒堿的蒸汽消耗平均為0.67噸(折標(biāo)煤95.7千克)。有些廠家未經(jīng)蒸發(fā)而直接按30%液堿出售，而日本的蒸汽消耗只有0.343噸(折標(biāo)準(zhǔn)煤49千克)，綜合能耗國內(nèi)平均水平比國外高31%左右。
鹽耗也遠(yuǎn)高于國外先進(jìn)水平。國外離子膜法燒堿的鹽耗一般在1.5噸以下，國內(nèi)鹽耗一般在1.55～1.60噸，甚至有些廠高達(dá)1.67～1.76噸，相差50千克左右。
隱憂三：未來市場不容樂觀 據(jù)全國氯堿工業(yè)信息中心統(tǒng)計，2010年，是國內(nèi)新建、擴(kuò)建裝置投產(chǎn)的高峰期，預(yù)計在原有基礎(chǔ)上還會新增產(chǎn)能261萬噸；到2011年，擴(kuò)產(chǎn)高潮稍有降溫，但預(yù)計還會有合計產(chǎn)能達(dá)99萬噸的裝置投產(chǎn)，若規(guī)劃中的幾個重量級項目現(xiàn)在或稍后開始建設(shè)，2011年投產(chǎn)裝置規(guī)模甚至還將超過2010年。而在新建和擴(kuò)建裝置中，離子膜法裝置占絕對優(yōu)勢。
3.發(fā)展趨勢
分析顯示，目前，包括離子膜法裝置在內(nèi)的國內(nèi)新建和擴(kuò)建氯堿裝置主要有以下特點(diǎn)：
一是原有大型企業(yè)加緊擴(kuò)產(chǎn)。2010年，齊魯石化氯堿廠投產(chǎn)了20萬噸／年離子膜燒堿裝置，其燒堿年產(chǎn)能力達(dá)到46萬噸，位居全國首位。2011年，天津大沽化工有限責(zé)任公司14萬噸／年離子膜燒堿裝置投產(chǎn)后，燒堿年產(chǎn)能力也將達(dá)到46萬噸。到2012年，上海天原的36萬噸／年新裝置投產(chǎn)后，其燒堿年產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到76萬噸，將重居國內(nèi)首位。據(jù)預(yù)測，到2012年，天津大沽化工有限責(zé)任公司燒堿年產(chǎn)能力也有可能超過50萬噸。目前，國內(nèi)排名第5的巨化股份有限公司電化廠還將有擴(kuò)建裝置投產(chǎn)。
二是新建裝置中大項目多。如內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司原規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為50萬噸，寧夏西部聚氯乙烯有限公司規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為30萬噸，陜西金泰氯堿化工有限公司規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為30萬噸，三友集團(tuán)氯堿有限責(zé)任公司規(guī)劃項目年產(chǎn)規(guī)模為30萬噸。
三是原廠搬遷后裝置規(guī)模大多擴(kuò)大。隨著國內(nèi)城市建設(shè)速度加快，部分氯堿企業(yè)距離市區(qū)、居民生活區(qū)越來越近，已威脅到周圍居民的人身安全，需要遷址重建。這一問題在江蘇省顯得尤為嚴(yán)重。江蘇省有9～10家氯堿企業(yè)需要搬遷或正在搬遷，搬遷后的裝置年產(chǎn)規(guī)模大多定為20萬～50萬噸。其他省份的一些氯堿廠目前也面臨搬遷問題，而且也計劃在搬遷時擴(kuò)大規(guī)模。
四是原料豐富的地區(qū)新建裝置。這一現(xiàn)象在山東省尤為突出。山東省鹽業(yè)資源豐富，電力充足，建氯堿裝置有明顯的原料優(yōu)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前，山東省29家企業(yè)的氯堿年產(chǎn)能力合計達(dá)319．5萬噸，2010年至2011年有30萬噸／年擴(kuò)建裝置投產(chǎn)。除此之外，在2011年至2012年，預(yù)計山東省還將有5家企業(yè)（合計年產(chǎn)規(guī)模37萬噸）加入到氯堿行業(yè)。我國西部地區(qū)有豐富的煤炭、石灰石、天然氣等資源，一批大規(guī)模氯堿項目正在建設(shè)或籌建，其中包括內(nèi)蒙古億利化學(xué)、寧夏西部聚氯乙烯、山西陽煤集團(tuán)、陜西金泰、內(nèi)蒙古晨宏力、內(nèi)蒙古吉蘭太等。
五是下游產(chǎn)品市場廣闊的地區(qū)建氯堿廠。這點(diǎn)值得其他氯堿企業(yè)關(guān)注。如電解鋁是燒堿的主要下游產(chǎn)品之一，鋁資源豐富的河南、廣西均有新的氯堿裝置正在建設(shè)中。由于燒堿市場的區(qū)域特征明顯，這些裝置的投產(chǎn)將對周邊地區(qū)的原氯堿企業(yè)帶來沖擊。
根據(jù)目前我國燒堿消費(fèi)水平和氯堿裝置的現(xiàn)狀，金屬陽極隔膜法電解槽和離子膜法電解槽將會在今后較長時間共存(少則10年，多則20多年)。因為我國大部分DSA槽目前仍占有主導(dǎo)地位，而且擴(kuò)張式金屬陽極隔膜法電解槽具有相當(dāng)?shù)南冗M(jìn)水平和競爭力，企圖短期內(nèi)全部用離子膜槽轉(zhuǎn)換或淘汰DSA槽是不現(xiàn)實的，也是極大的浪費(fèi)。在目前國內(nèi)市場消費(fèi)情況下，除合成纖維、醫(yī)藥、試劑、水處理和石油化工等部門外，多數(shù)用戶如造紙、肥皂、冶金、玻璃、化學(xué)品等行業(yè)在考慮生產(chǎn)成本的同時，只要隔膜法燒堿能滿足使用要求，沒有必要使用離子膜法燒堿。目前離子膜法燒堿產(chǎn)能完全能滿足國內(nèi)對高純堿的需求，隨著電解技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，未來幾年即將問世并可商品化的更加先進(jìn)的氧(空氣)陰極離子膜法燒堿，噸堿電耗只有1600千瓦時，對我國目前采用的活性陰極離子膜法燒堿的企業(yè)將是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 專家建議，國家要高度重視，下大力量自主研發(fā)或花費(fèi)大量外匯直接引進(jìn)國外先進(jìn)制膜生產(chǎn)技術(shù)和裝置，組織強(qiáng)大的科技力量，加大資金投入，對樹脂合成、制膜工藝、膜表面處理、電槽考核和工業(yè)性試驗等進(jìn)行一條龍攻關(guān)，盡快實現(xiàn)我國氯堿生產(chǎn)用離子交換膜的國產(chǎn)化、規(guī)?；a(chǎn)。據(jù)了解，離子交換膜的研發(fā)早已列入國家重點(diǎn)科研項目。作為國家“863”計劃的重大科技攻關(guān)項目——500噸/年全氟離子交換樹脂和離子膜項目已在山東東岳國際氟硅材料工業(yè)園動工建設(shè)，這將對我國氯堿行業(yè)產(chǎn)生重大影響，使我國成為繼美國、日本之后的第3個能夠生產(chǎn)全氟離子交換膜的國家。
國家應(yīng)實施總量控制，在我國未掌握制膜技術(shù)之前，根據(jù)國內(nèi)實際情況，適時適度發(fā)展離子膜法燒堿。對于用來淘汰落后的石墨陽極和固定盒式金屬陽極隔膜法電解裝置的離子膜法燒堿項目應(yīng)予以大力支持，對于國家重點(diǎn)新建大型離子膜法燒堿項目，必須采用先進(jìn)的離子膜法電解技術(shù)，以增強(qiáng)國際市場競爭力，提升我國氯堿工業(yè)的技術(shù)水平。同時，專家建議，我國今后新建、擴(kuò)建離子膜法燒堿裝置應(yīng)由以國外引進(jìn)為主逐步轉(zhuǎn)向以國產(chǎn)化為主。
第一章 化鹽工段
1.1工藝原理
將固體原鹽(或搭配部分鹽鹵水)與蒸發(fā)工段送來的回收鹽水、洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例摻和、加熱溶解成含氯化鈉的飽和水溶液，同時按原鹽中雜質(zhì)含量連續(xù)加入適量的精制劑(氫氧化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等)，使鹽水中鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)離子分別生成難溶的沉淀物，然后加入助沉劑(聚丙烯酸鈉等)。經(jīng)過澄清、砂濾得到一次鹽水，一次鹽水經(jīng)中和、過濾、樹脂吸咐等步驟制得質(zhì)量合格的精鹽水，按需要源源不斷地輸送給電解工段。一般1t堿需要1.5t鹽（理論比例為1：1.462）。
基本化學(xué)方程式：CaCl2+NaCO3=CaCO3+2NaCl CaSO4+Na2C03=CaC03+2Na2SO4
MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl
Na2SO4+BaCl2=BaSO4+2NaCl
1.2主要工藝指標(biāo)
入槽鹽水含NaCl≥315g／L
鹽水過堿量NaOH 0.07～0.15 g/L
Na2CO 3 0.25～0.35 g／L
鹽水中鈣、鎂總量 ≤5mg／L
鹽水中硫酸根含量 ≤5g／L
澄清桶入口鹽水溫度
l與4季度48士3℃
2與3季度50±3℃
入槽鹽水銨含量 無機(jī)銨≤1mg／L 總 銨≤4mg/L
鹽水透明度≥900mm(十字觀察法)
排放鹽泥中含 NaCI≤8g／L
入槽鹽水pH控制值
8～10(微堿性鹽水入槽)
約7(中性鹽水入槽)
約4(酸性鹽水入槽)
煙道氣制純堿中含NaOH ≤3g／L
1.3工藝流程
圖1—1為鹽水精制工藝流程。固體食鹽從鹽倉內(nèi)用鏟車l將鹽送入鹽斗2，經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)3卸入化鹽桶4。鹽鹵水、蒸發(fā)工段回收鹽水和洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例搭配用泵6送到化鹽桶4內(nèi)進(jìn)行化鹽操作，經(jīng)過桶底配水管均勻流出，沿化鹽桶內(nèi)鹽層逆流而上將食鹽溶解制成飽和的粗鹽水，從化鹽桶上部溢流而出。出化鹽桶的粗鹽水與精制劑碳酸鈉、氯化鋇及蒸發(fā)回收鹽水中的氫氧化鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使溶解在粗鹽水中的鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)離子生成不溶解于水的氫氧化鎂、碳酸鈣、硫酸鋇等沉淀物而懸浮在粗鹽水中。
與精制劑反應(yīng)后的粗鹽水靠位差進(jìn)入澄清桶8，為了加速澄清,在進(jìn)入澄清桶前添加助沉劑,使懸浮物沉淀顆粒凝集增大加速澄清。澄清后的清鹽水從澄清桶上部溢流入砂濾器l1，鹽水通過砂濾層之后，鹽水中所夾帶的少量細(xì)小懸浮物顆粒被截留。出砂濾器鹽水含鈣、鎂雜質(zhì)量可降到5mg／L以下，即一次鹽水。然后進(jìn)入中和罐12,加鹽酸中和過剩堿量,再進(jìn)入精鹽水貯槽13,用泵19送往鹽水高位槽供電解工段使用。澄清桶底部排出的鹽泥定期排放回收。
1.4主要設(shè)備及作用和工作原理
1.4.1化鹽桶
化鹽桶的作用是把固體原鹽、部分鹽鹵水、蒸發(fā)回收鹽水和洗鹽泥回收淡鹽水，按比例摻和，并加熱溶解成氯化鈉飽和溶液。
化鹽桶一般是鋼板焊接而成的立式圓桶，其結(jié)構(gòu)見圖1—2?；}水由桶底部通過分布管進(jìn)入化鹽桶內(nèi)。分布管出口均采用菌帽形結(jié)構(gòu)防止鹽粒、異物等進(jìn)入化鹽水管道造成堵塞現(xiàn)象。在化鹽桶中部設(shè)置加熱蒸汽分配管，蒸汽從分配管小孔噴出，小孔開設(shè)方向向下,可避免鹽水飛濺或分配管堵塞。在化鹽桶中間與還設(shè)置有折流圈，折流圈與桶體成45度角．折流圈的底部開設(shè)用于停車時放凈殘存鹽水的小孔。折流圈的作用是避免化鹽桶局部截面流速過大或化鹽水沿壁走短路造成上部原鹽產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象。折流圈寬度通常約為150～250mm。
化鹽桶上都有鹽水溢流槽及鐵柵，與鹽層逆相接觸上升的飽和粗鹽水，從上部溢流槽溢流出，原鹽中常夾帶的繩、草、竹片等漂浮性異物經(jīng)上部鐵柵阻擋除去。
1.4.2澄清桶
澄清桶的作用是將加入精制劑后反應(yīng)完全的鹽水，在助沉劑的幫助下，使雜質(zhì)沉淀顆粒凝集變大，下沉分離。澄清后的清鹽水從桶頂部溢流出，送砂濾器作進(jìn)一步精制過濾，桶底部排出的鹽泥送三層洗泥桶，用水洗滌回收其中所含的氯化鈉。
鹽水中鈣、鎂等不溶物懸浮顆粒在加入助沉劑后起凝聚作用，顆粒增大，被截留到桶底定時排出。澄清后的清鹽水從桶底部緩緩向上，經(jīng)桶頂部環(huán)形溢流槽匯集后連續(xù)不斷流出。
1.4.3砂濾器
砂濾器的作用是把澄清桶送來的澄清鹽水經(jīng)砂濾層過濾，進(jìn)一步除去清鹽水中微量懸浮性不溶雜質(zhì)，提高進(jìn)電解槽的鹽水質(zhì)量，確保電解工段對高質(zhì)量入槽鹽水的要求。
第二章 電解工段
2.1金屬陽極電解工段
2.1.1工藝原理
把化鹽工段用泵輸送來的符合質(zhì)量要求的精鹽水,經(jīng)高位槽穩(wěn)壓及預(yù)熱器預(yù)熱后送入電解槽,同時輸入由變電工段送來的直流電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)操作規(guī)程和工藝條件,確保電解槽正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)。電解過程中產(chǎn)生的氯氣與氫氣分別導(dǎo)入各自的總管,匯集送氯、氫處理工序，進(jìn)一步處理加工。生成約含氫氧化鈉11％的電解液流入總管匯集電解液貯槽,經(jīng)堿泵送蒸發(fā)工段進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。
反應(yīng)方程式如下
2.1.2主要工藝指標(biāo)
單槽氯中含氫量 ≤1．0％ 氯氣總管中含氫量 ≤O．4％
單槽氯中含氧量≤3．0％
氯氣總管中含氧量 ≤3％
電解液總管濃度 130±5g／L
單槽電解液濃度 90～140g／L
氧氣總管氫純度≥98％
電解槽槽溫 80～105℃
氯氣總管壓力 0～－50Pa
氫氣總管壓力 0～50Pa
對地電壓偏差(總電壓) ≤10％
電解槽陽極電流效率 ≥90％
2.1.3工藝流程
圖2－1－1為金屬陽極電解流程圖。電化鹽工段送來含氯化鈉315g／L以上、質(zhì)量合格的精制鹽水送至鹽水高位槽1,高位槽內(nèi)鹽水液面維持恒定，以保持一定的靜壓力。經(jīng)一段鹽水預(yù)熱器2內(nèi)與來自電解槽出口的濕熱氫氣(氫氣總管溫度約85℃)進(jìn)行熱交換，溫度可提高8～10℃，然后再進(jìn)入二段鹽水預(yù)熱器,用蒸汽進(jìn)一步補(bǔ)充加熱鹽水，加熱到鹽水溫度在60～80℃間，再經(jīng)鹽水總管、支管連續(xù)均衡地分別送入各臺電解槽5進(jìn)行電解。電解生成的氯氣從電解槽蓋頂部支管導(dǎo)入氯氣總管，送到氯氣處理工段.氫氣從電解槽陰極箱上部支管經(jīng)斷電器斷電后匯集入氫氣總管，經(jīng)一段鹽水預(yù)熱器預(yù)熱鹽水降溫后送氫氣處理工段。生成的含氫氧化鈉11％的電解液經(jīng)堿液斷電器斷電后從電解槽下側(cè)流出導(dǎo)入電解液總管，匯集于電解液貯槽6中，再經(jīng)泵7輸送到蒸發(fā)工段進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。
2.1.4主要設(shè)備及作用
金屬陽極電解槽是隔膜電解槽的兩大類型之一，其結(jié)構(gòu)如圖2－1－2。隔膜電解槽是隔膜法電解食鹽溶液制取氯氣、氫氣、燒堿的主要設(shè)備。是我國發(fā)展比較成熟的一種技術(shù)。隔膜電解槽示意圖如圖2－1－3。
電解槽主要由槽蓋、陰極箱、陽極組合件三大部分組成。
金屬陽極電解槽的槽蓋多數(shù)采用鋼板焊接制成，內(nèi)襯橡膠防腐蝕層。在槽蓋的頂部有氯氣出口孔，側(cè)面有鹽水注入口，槽蓋前側(cè)面裝有液面計便于掌握電解槽內(nèi)鹽水液位高低。槽蓋上還裝有氯氣壓力表和取樣孔。
陰極箱是由陰極鐵絲網(wǎng)袋`鋼板外殼和陰極導(dǎo)電鋼板組合成一個完整的陰極導(dǎo)電系統(tǒng)。在陰極箱的外殼下端有電解液導(dǎo)出管，上方有氫氣出口管。
金屬陽極電解槽陽極組合件是由鈦-鋼-銅三板疊合組成，上層2mm鈦板作為防腐 蝕層，中層20mm鋼板作支撐層,下層16mm銅板作為陽極導(dǎo)電板．涂有釕層的鈦陽極片通過銅螺絲、銅螺母聯(lián)接固定在下層陽極銅導(dǎo)電板上,電流由此導(dǎo)入。
槽蓋與陰極箱、阻極箱與陽極組合件之間可用“陶泥瀝清軟封料”外圍麻繩進(jìn)行密封以免鹽水泄漏,也可采用橡膠墊片加絕緣螺栓聯(lián)接密封。
2.2離子膜工段
2.2.1工藝原理
以食鹽水為原料的離子膜法電解工藝，因離子交換膜性能要求，進(jìn)離子膜電解槽的鹽水質(zhì)量必須嚴(yán)格控制，不然將影響離子交換膜性能的發(fā)揮和使用壽命以及產(chǎn)品的質(zhì)量。因此本工段的任務(wù)是：
(1)將送來的一次精制鹽水再經(jīng)過一次精密過濾，使鹽水中的懸浮物達(dá)到≤1PPm，送二次精制；
(2)將上述過濾后的合格鹽水，經(jīng)二次精制處理即采用樹脂吸咐（使用過的樹脂經(jīng)處理后再生），使鹽水中的ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量達(dá)到≤20ppb，送離子膜電解槽；
(3)合格的二次精制鹽水在電解槽內(nèi)經(jīng)通電電解，得到合格的氫氧化鈉，然后經(jīng)冷卻、計量后送成品槽；
(4)電解副產(chǎn)品氯氣和氫氣，分別送氯處理和氫處理后．生產(chǎn)相應(yīng)的氯、氫產(chǎn)品；
(5)食鹽水經(jīng)電解后流出的淡鹽水，經(jīng)脫氯裝置除去鹽水中的游離氯，使游離氯含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，然后將脫氯后合格的淡鹽水送回化鹽工段再化鹽使用。
2.2.2主要工藝控制指標(biāo)
1、經(jīng)鹽水過濾器一次精制鹽水質(zhì)量指標(biāo)
NaCI 310～31 5g／L
NaOH ≤0．6g／L
Na2CO3 ≤0．5g／L
Ca+Mg ≤10ppm(以CaO計算)
Sr ≤2．5mL／L
Ba ≤0．1ppm
Fe ≤0．1ppm
Si02 ≤15ppm
ClO3- ≤10g／L
SO42+ ≤4g／L
Hg ≤10ppm
S(含懸浮固體重) ≤10ppm
其它的重金屬 ≤0.2ppm
個別金屬①Al ≤0.1ppm
②Mn ≤0.05ppm
③Cr ≤0.05ppm
2、進(jìn)螫合樹脂塔過濾鹽水質(zhì)量指標(biāo)
(1)NaCI 310~315g／L
(2)pH 9士0．5
(3)溫 度 60-士5℃以上
(4)Ca+Mg 5ppm(按照CaO)以下
(5)Sr 2.5mg／L(按照Sr)以下(6)Ba 0.1ppm以下
(7)Fe 0.Ippm以下
(8)SiO2 15ppm以下
(9)ClO- 不存在
(10)CIO3- 10g／L以下
(11)SO42- 4g／L以下
(12)S 1ppm以下(但不含有Ca、Mg、Sr等固態(tài)物)
(13)Hg 10ppm以下
(14)其它重金屬 總共 0.2ppm以下
個別金屬 ①A1 0.Ippm以下
②Mn 0.05ppm以下
③Cr 0.05ppm以下
3、進(jìn)離子膜電解槽二次精制鹽水質(zhì)量指標(biāo)
NaCI 31 0-31 5g／L
Ca+Mg ≤20ppb(以Ca計算)
Sr ≤0.Ippm
Ba ≤0.1ppm
Fe ≤0.1ppm
SiO 2 ≤15ppm
CIO3- ≤10g／L
SO42+ ≤4g／L
其它重金屬總量 ≤0.2ppm
個別金屬： ①AI ≤0.1ppm
②Mn ≤0.05ppm ③Cr≤0.05ppm
4、出離子膜電解槽各物料質(zhì)量指標(biāo)
(1)氫氧化鈉 33士0.15％
NaCI／NaOH ≤80ppm
Fe2O3 ≤8ppm
(2)氯氣
CI2 ≥97％
含02 ≤2．5％
含氫 ≤0.1％
(3)氫氣H2 ≥99％
(4)淡鹽水
NaCI 210士10g／L
pH 2～4
CIO- ﹤2g／L
5、出脫氯塔淡鹽水質(zhì)量指標(biāo)
NaCI 210土10g／L pH 7～8
6、各操作壓力
炭素過濾器操作壓差 <0.2MPa
清洗加壓操作壓力 0.45MPa
螯合樹脂塔壓差 <0.12MPa
電槽陰極大于陽極壓力 100mmH2O
C12壓力 0士10mmH2O
H2壓力 100~10mm H2O
脫氯鼓風(fēng)機(jī)壓力 900-1100mm H2O
7、各操作溫度
一次精制鹽水溫度 >45℃
過濾鹽水溫度 60士5℃
電槽槽溫 85士3℃
脫氯塔回收氯冷卻溫度 ＜40℃
吸收液苛性鈉溫度 ＜40℃
（三）工藝流程
圖2－2－1為離子膜法制堿工藝流程圖。原鹽經(jīng)溶解、反應(yīng)、沉清．砂濾后，制成一次精制鹽水，該一次精制鹽水進(jìn)入本工段后，加入適量的亞硫酸鈉以除去微量的游離氯，同時加入適量的α-纖維素助濾劑，然后用泵送入鹽水過濾器進(jìn)行過濾，經(jīng)過濾后的鹽水，其懸浮物含量達(dá)到規(guī)定指標(biāo)≤lppm，再經(jīng)加熱使溫度達(dá)到60士5℃，并用pH自控調(diào)節(jié)使pH控制在9士0．5。將上述符合質(zhì)量指標(biāo)的鹽水,用泵送入螯合樹脂塔進(jìn)行螯合處理．使鹽水中Ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量達(dá)到20ppb以下，此鹽水稱二次精制鹽水。二次精制鹽水再經(jīng)加熱,用泵送離子膜電解槽陽極側(cè)．加熱溫度視電解槽槽溫而調(diào)節(jié)，一般冬季比夏季高一些．以保證槽溫穩(wěn)定在85士31°C。在電解槽的陰極側(cè)，加入與堿濃度相當(dāng)?shù)募兯浚员ＷC產(chǎn)品濃度穩(wěn)定在規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)(30～35％)。在直流電作用下經(jīng)電解，在陰極側(cè)流出規(guī)定濃度的氫氧化鈉，經(jīng)冷卻、計量后送入成品貯槽或再經(jīng)蒸發(fā)濃縮到規(guī)定濃度；在陰極側(cè)上方，放出副產(chǎn)品氫氣送氫處理工序。在電解槽的陽極側(cè)．經(jīng)電解后的淡鹽水流入貯槽。經(jīng)加酸用pH自動調(diào)節(jié)計使pH調(diào)節(jié)在2左右，以使大部分的氯酸鹽和次氯酸鹽分解，分解出的氯氣并入總管，淡鹽水再用泵送入脫氯塔。經(jīng)脫氯后合格的淡鹽水則用泵送回化鹽工段再使用．脫氯如是采用真空脫除．則脫出的氯氣并入氯總管；如是用空氣吹除的，則脫出之氯氣需用20％的氫氧化鈉進(jìn)行循環(huán)吸收，制成10％的次氯酸鈉．在陽極側(cè)上部放出的氯氣，則送入氯氣處理工段。
（四）主要設(shè)備及作用和工作原理
1、鹽水過濾器
鹽水過濾器的作用是使一次精制鹽水經(jīng)過濾除去所含微量懸浮物，指標(biāo)為≤1ppm。離子膜法制堿工藝中，要求鹽水中的懸浮物含量控制在1ppm以下。以防止鹽水中所含微細(xì)懸浮物引起膜的堵塞而導(dǎo)致槽電壓上升。然使用傳統(tǒng)的砂過濾器，鹽水中的懸浮物含量一般在5~10ppm．因此，必須再經(jīng)過一次精密過濾。實習(xí)工廠采用碳素管式過濾器。
碳素管過濾器的外殼由鋼襯橡膠防腐層．內(nèi)部由多組炭系管均勻固定在花板上．其結(jié)構(gòu)見圖2－2－2所示。碳素管式過濾面積由生產(chǎn)能力大小而定一般年產(chǎn)l萬噸規(guī)模的過濾面積約在7～8m2，使用壽命在8～10年。
碳素管式過濾器由純凝經(jīng)燒結(jié)后制成，外徑120mm，內(nèi)徑70mm ，長度500mm，為圓筒狀元件。
碳素管式過濾器的特點(diǎn)是經(jīng)一定時間使用后，可經(jīng)再生恢復(fù)重新使用。
碳素管的過濾原理見圖2－2一3。一次精制鹽水從圓筒的外部流入圓筒的內(nèi)部進(jìn)行過濾．懸浮物在碳素管外被截流。為了保持的過濾精度．首先在碳素管外先預(yù)涂上一層助濾劑，預(yù)涂層的厚度約為2~3mm，同時采用助濾劑添加方式，使定量的助濾劑與一次精制鹽水混合后送過濾器過濾，過濾時初始阻力0.02MPa，隨著鹽水中懸浮物的積累，其阻力逐漸上升，當(dāng)升到0.15～0.20MP時，應(yīng)停止使用予以清洗再生．但如當(dāng)鹽水中懸浮物含量低時，即使壓力未上升到0.15-0.20MPa，而使用時間達(dá)到48小時；則也需停止使用予以清洗再生，以保持長久穩(wěn)定地運(yùn)行。碳素管的清洗再生，是將清洗液從管內(nèi)向管外反洗，并通入0.45MPa的壓縮空氣，當(dāng)迅速打開專用排液閥時，鹽水因受到壓縮空氣的壓力迅速由管的內(nèi)側(cè)流向管的外側(cè)，同時將炭素管外的預(yù)涂層和被截留的懸浮物濾餅，同時從過濾管上脫落除去，然后經(jīng)過各步清洗，則可完全恢復(fù)原有性能而重復(fù)使用。
2、螯合樹脂塔
螯合樹脂塔通常是二臺或三臺串聯(lián)使用，其作用是將一次精致鹽水中Ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量降低到20ppb以下，以符合離子膜工藝的需要。
螯合樹脂塔的外殼由鋼板制成，內(nèi)襯特殊的低鈣鎂橡膠防腐層。塔內(nèi)填裝一定量的帶有螯合基團(tuán)的特種離子交換樹脂，樹脂的特點(diǎn)是對金屬離子有極強(qiáng)的選擇性。第二個特點(diǎn)是再生效率高，即在使用一定周期后，可通過酸、堿、純水的清洗．將螯合的金屬離子解脫恢復(fù)原有的交換容量，以重新再進(jìn)行螯合處理。
在使用贅合樹脂處理鹽水中，必須注意下列二點(diǎn)：
(1)物料中不能帶有氧化劑，
(2)物料中有能帶有油狀物。因油將使螯合樹脂顆粒表面生成一層油膜．從而降低其離子交換的功能。
螯合樹脂塔的結(jié)構(gòu)如圖2－2－4所示。
3、離子膜電解槽
離子膜電解槽是離子膜制堿生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是將進(jìn)入的合格的二次精致鹽水經(jīng)通電電解，生產(chǎn)出低鹽、高純、高濃度的氫氧化鈉產(chǎn)品．同時得到聯(lián)產(chǎn)氯和氫氣。其生產(chǎn)原理如圖2－2—5所示。
離子交換膜電解食鹽法，是用陽離子交換膜將電解槽隔成陽極室和陰極室，這層膜只允許鈉離子穿透，而對氫氧根離子起阻止作用，另還能阻止氯化鈉的擴(kuò)散，從而達(dá)到生產(chǎn)低鹽、高純、高濃度氫氧化鈉產(chǎn)品的目的。
第三章 氫氣和氯氣處理工段
從電解槽出來的濕氯氣和濕氫氣，溫度約為80～90ْC，并為水蒸氣所飽和。濕氯氣具有強(qiáng)烈的腐蝕性，只有鈦、玻璃、橡膠、玻璃鋼（FRP）等少數(shù)材料可以耐濕氯氣的腐蝕。另外為便于運(yùn)輸和使用，也需要對濕氯氣進(jìn)行加工處理。氫氣的純度雖然很高，可達(dá)99％以上，但含有少量的堿霧和大量的水蒸氣，也需要進(jìn)行處理。
本工段的另一重要任務(wù)是通過氯氣和氫氣的進(jìn)出口回流量的調(diào)節(jié)來達(dá)到電解槽陽極室和陰極室的壓力平衡，保證電解槽的安全運(yùn)行。
3.1氫氣處理
3.1.1工藝原理
來自電解槽的氫氣進(jìn)入氫氣－鹽水熱交換器，氫氣溫度可降至50ْC左右，而鹽水溫度約能提高10ْC.這樣使氫氣中所帶出的一部分余熱得到 回收。冷卻后的氫氣再進(jìn)入氫氣洗滌塔內(nèi)。用工業(yè) 上水對其進(jìn)行洗滌和冷卻，氫氣中大部分雜質(zhì)（鹽霧和堿霧）及水蒸氣被冷卻水帶走并排入下水道。氫氣則從塔頂出來，經(jīng)水氣分離器分離后，由風(fēng)機(jī)送到氫氣柜或使用氫氣的部門。
3.1.2工藝流程
圖3－1－1是氫氣處理流程圖，來自電解槽陰極的氫氣首先進(jìn)入氫氣洗滌塔，此塔為一空塔，內(nèi)裝數(shù)層噴淋裝置，冷卻水經(jīng)噴水裝置，自塔頂噴淋下來，與自塔底進(jìn)入的氫氣相遇，進(jìn)行冷卻和洗滌，氫氣所帶的大部分水蒸氣和堿霧，便被洗滌下來，隨同用過的冷卻水一起排出。從洗滌塔出來的氫氣分為兩部分，一部分經(jīng)過H2風(fēng)機(jī)輸送到冷卻塔進(jìn)一步冷卻，然后由緩沖罐分配：到片堿工段作加熱介質(zhì)，到與Cl2反應(yīng)以及到氫壓站。另一部分由氫氣壓縮機(jī)輸送到水霧捕集器，然后輸送給用戶使用。壓縮過程中使用N2作保護(hù)氣體。
3.1.3主要設(shè)備及作用和工作原理
1、水洗塔
將氫氣中夾帶的堿霧除去，同時降低氣體溫度，從而除去其中所含的大部分飽和水蒸氣，使氫氣得到初步凈化。
2、捕集器
可減少冷卻后氫氣中殘存的霧滴狀冷凝水及堿霧，減少其對氫氣壓縮機(jī)的腐蝕。
3.2氯氣處理
3.2.1工藝原理
氯氣處理工段是氯堿生產(chǎn)廠中聯(lián)接電解槽與用氯部門的工序，起著承上啟下的作用，也是穩(wěn)定電解槽正常運(yùn)行、確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。由食鹽水溶液電解，其陽極產(chǎn)物是溫度較高、并伴有飽和水蒸汽及夾帶一定鹽霧雜質(zhì)的濕氯氣，每噸氣相的濕含量可達(dá)0.3381噸以上。這種濕氯氣對鋼鐵及大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，只有少量的稀土及貴金屬或非金屬材料在一定條件下才能抵御濕氯氣的腐蝕，從而使氯產(chǎn)品的生產(chǎn)和氣氯的輸送發(fā)生困難。而干燥脫水的氯氣在通常條件下對鋼鐵等常用材料的腐蝕是比較小的。詳見表3-1。
表3-1氯氣對鋼鐵腐蝕速率表
氣相中含水分，% 年腐蝕速率，mm/a 氣相中含水分，% 年腐蝕速率，mm/a
0.00567
0.01670
0.0206
0.0283 0.0107
0.0457
0.051
0.061 0.0870
0.1440
0.330 0.114
0.15
0.38
由表3-l可知，對濕氯氣的脫水干燥是生產(chǎn)、輸送、使用氯氣過程所必須的。氯氣處理的目的就在于除去濕氯氣中的水分，使之成為含濕量甚微的干燥氯氣，以適應(yīng)氯氣輸送和氯產(chǎn)品生產(chǎn)的需要,由此可見,氯氣處理的任務(wù)就是將電解槽陽極析出的飽含水蒸汽的高溫濕氯氣進(jìn)行冷卻除沫、干燥脫水、除霧凈化,再壓縮輸送到各用氯部門,經(jīng)過處理后,氯氣中的含水量降至0．01％以下,基本不含酸霧,成為合格的氯氣.除此之外還應(yīng)調(diào)節(jié)濕氯氣出電槽總管時的負(fù)壓以及在緊急故障情況下將事故氯氣進(jìn)行處理,不使其外泄。
（二）主要工藝指標(biāo)
1.壓力
電槽出口總管壓力—0.2~一0.3kPa 氯氣透平機(jī)一段進(jìn)口壓力 0.085MPa
氯氣透平機(jī)一段出口壓力 0.035～0.042MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)二段進(jìn)口壓力 0 .033 ～0.040MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)二段出口壓力0.1～0.12MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)三段進(jìn)口壓力 0.08～0.10 MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)三段出口壓力 0.18 ～0.23MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)四段進(jìn)口壓力 0.16 ～0.21MPa（表壓）
氯氣透平機(jī)四段出口壓力 0.28 ～0.38MPa（表壓）
密封室充氣壓力 2.5～3.5kPa（表壓）
密封室抽氣壓力 －1～－2kPa（表壓）
油過濾器出口壓力 0.35M Pa（表壓）
前軸承進(jìn)口0.08～0.12MPa（表壓）
后軸承進(jìn)口油圧0.08～0.12MPa（表壓）
增速箱進(jìn)口油壓 0.15～0.l8MPa（表壓）
油封壓力 70～150mm 油（表壓）
貯氣罐壓力 0.6MPa（表壓）以下
干燥密封氣輸出壓力 0.05～0.1MPa（表壓）
再生密封氣壓力 0.05MPa （表壓）
泡沫千燥塔阻力降5.5～6.5kPa（表壓）
工業(yè)水壓力 0.12MPa以上
2.溫度
Ⅰ段鈦冷卻器出口氣相溫度40℃以下
Ⅱ段鈦冷卻器出口氣相溫度11～14℃
出泡沫塔干燥后氯氣溫度<20℃
冷凍氯化鈣溶液溫度6~12℃
氯氣透平機(jī)進(jìn)機(jī)溫度<20℃
氯氣透平機(jī)一段出口溫度<90℃
氯氣透平機(jī)二段進(jìn)口溫度<38℃
氯氣透平機(jī)二段出口溫度<90℃
氯氣透平機(jī)三段進(jìn)口溫度<38℃
氯氣透平機(jī)三段出口溫度<90℃
氯氣透平機(jī)四段進(jìn)口溫度<38℃
氯氣透平機(jī)四段出口溫度<90℃
止推軸承溫度45~50℃
前軸承溫度45~50℃
后軸承溫度45~50℃
增速器軸承溫度40~45℃
前軸承回油溫度35~45℃
后軸承回油溫度5~45℃
增速箱回油溫度45~50℃
潤滑油溫度20℃以上，<20℃無合閘訊號
電爐出口溫度 150 —200 ℃
凈化器出口密封氣溫度 40 ℃
（三）工藝流程
圖3－2－1是氯氣處理流程圖。來自電解 槽陽極的高溫濕氯氣經(jīng)濕氯氣緩沖器的分配，進(jìn)入工業(yè)水列管冷卻器，由工業(yè)水進(jìn)行冷卻，使氣相溫度降至相 40℃ 以下，再進(jìn)入鹽水冷卻器，用 6 ~10℃的氯化鈣溶液進(jìn)行冷卻，使氣相溫度降至11~14℃。但氣相溫度不可降得過低，若低于10℃的話（如9.6℃），濕氯氣易形成Cl2 8H2O 的氯水結(jié)晶物，從而使設(shè)備、管道結(jié)冰堵塞。經(jīng)冷卻后的氣相進(jìn)入水沫過濾器除去氣相中夾帶的游離水，再進(jìn)入泡沫干燥塔。氣相自下而上分別依次穿過五塊塔板，與自上而下的硫酸在塔板上錯流接觸，進(jìn)行吸收傳質(zhì)，氣相中的水分被硫酸吸收掉，氣相出泡沫干燥塔頂部時，已成為含濕量低于100PPm 的合格氯氣。98％的濃硫酸經(jīng)鹽水冷卻至 10 ℃ 后被送入濃酸高位槽，分二路進(jìn)泡沫干燥塔。一路經(jīng)節(jié)流調(diào)節(jié)進(jìn)入泡沫塔第一塊塔板（由上往下數(shù)），與氯氣接觸吸收微量水分，由外溢流進(jìn)入泡沫塔第二塊塔板，再與氯氣接觸吸收微量水分，外溢流經(jīng)液封去循環(huán)槽，由循環(huán)泵抽吸經(jīng)硫酸冷卻器冷卻后再去濃硫酸高位槽，循環(huán)使用，另一路經(jīng)節(jié)流調(diào)節(jié)進(jìn)入泡沫干燥塔第三塊塔板，與氯氣接觸吸收水分后經(jīng)內(nèi)溢流進(jìn)入第四塊塔板。來自稀酸冷卻器的功10℃ 、濃度為 72 ％的稀硫酸進(jìn)入泡沫塔第四塊塔板，與來自第三塊塔板內(nèi)道流的濃酸混成濃度為 80 ％的吸收液，大量吸收濕飯氣中水分，外溢流進(jìn)入第五塊塔板，繼續(xù)大量吸收濕氯 氣中的水分，使?jié)舛冗_(dá)到 72 ％的稀硫酸經(jīng)液封與塔底酸一同進(jìn)入稀映循環(huán)槽，在確保正常循環(huán)量的前提下，多余的一部分稀酸溢入廢酸槽。正常量的稀酸由稀酸循環(huán)泵抽吸經(jīng)硫酸冷卻器冷卻后再注入泡沫塔第四塊塔板循環(huán)使用。出泡沫塔的干燥氯氣進(jìn)入酸霧過濾器自凈去除酸霧，進(jìn)入氯氣離心式壓縮機(jī)，經(jīng)四段事轎冷卻達(dá)到常溫，保持 0.38MPa。（表壓）以下的排出壓力，經(jīng)分配臺送至各用氯部門。
（四）主要設(shè)備及作用和工作原理
1、安全水封
其結(jié)構(gòu)示意見圖3－2－2 。濕氯氣安裝于電解聲氣總管的旁路上，一頭與電解氯氣總管相連，另一端與事故氯氣處理塔相通，中間有隔板相隔，掖封高度 60mm 。其作用是當(dāng)氣體處理的負(fù)壓系統(tǒng)因突發(fā)故障發(fā)生正壓時，帶壓的事故氯氣便將水封沖掉，往事故氯氣處理塔泄壓，用堿液進(jìn)行吸收處理，以保護(hù)氯氣負(fù)壓系統(tǒng)的管道、設(shè)備，直至電解槽的安全。水封高度的確定應(yīng)充分考慮系統(tǒng)所能承受的正壓沖擊。
2、鈦列管冷卻器
結(jié)構(gòu)由上封頭（上端蓋）、列管殼體及下封頭（下端蓋）三個部分組成，詳見圖3－2－3 。列管殼體由鈦制列管束、折流擋板、定距桿，上下分布管板等構(gòu)成．鈦對濕氯氣的抗腐蝕性能極好，鈦列管傳熱效果也很好。一般將其制成浮頭式結(jié)構(gòu)，浮頭處有填料函密封。在管程走氣相濕氯氣時,簡體外殼及折流擋板可用碳鋼，上下封頭可以用鈦、鋼襯膠或聚氯乙烯。在殼程走濕氯氣時，筒體外殼、折流擋板,上下管板、列管束均需用鈦材,而上下封頭可采用聚氯乙烯、碳鋼。這可視實際工藝之需而定。
鈦列管冷卻器在工段冷卻時采用工業(yè)水作為冷卻劑，Ⅱ段冷卻時采用冷凍淡水或冷凍氯化鈣溶液作為冷卻劑。在實際生產(chǎn)過程中，氣相濕氯氣走殼程，傳熱系數(shù)可以提高較多；而氣相濕氯氣走管程，傳熱系數(shù)較低。但造價投資則前者高于后者。鈦列管冷卻器的作用在于將電解來的濕氯氣要冷卻器本體的管程或殼程中與冷卻劑溶液工業(yè)水或氯化鈣溶液經(jīng)鈦列管管壁進(jìn)行間接的傳熱，移走氣相中所帶的熱量，達(dá)到降低溫度的目的，使氣相中含水量大幅度減少。
3、水沫過濾器
水沫過濾器是上封頭、過濾層簡體組成的圓筒體。過濾層簡體由上壓蓋、絲網(wǎng)過濾層(系絲網(wǎng)填料盤卷而成)、底板等構(gòu)成。詳見圖3－2－4所示。整個設(shè)備用硬質(zhì)聚氯乙烯制成；絲網(wǎng)可采用聚乙烯、金屬絲(鈦絲)等，其寬度為150mm。 水沫過濾器的作用在于通過絲網(wǎng)層捕集、過濾去除氣相中夾帶的游離水分，這樣 圖7—5水辣過濾器可以降低用于干燥脫水的吸收劑硫酸的單耗，并有效地防止游離水隨氣相帶入干燥塔。一般除沫效率可達(dá)98％以上。
4、泡沫干燥塔
泡沫干燥塔是應(yīng)用得十分廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備，屬于板式塔的一種。泡沫干燥塔是由一個圓柱形殼體和按一定間距、水平設(shè)置的若干塔板組成。泡沫塔的簡體上有塔板、內(nèi)外濫流管、受液盤等，詳見圖3－2－5所示。全塔共設(shè)置數(shù)塊塔板，塔板上按生產(chǎn)負(fù)荷及一定開孔率開設(shè)相當(dāng)比例的篩孔。篩孔可以是上下相同直徑的直通孔，也可以是上孔徑小、下孔徑大的異徑噴嘴孔。目前強(qiáng)化型泡沫塔正在推廣，它采用外溢流、大液流循環(huán)方式，確保輸送氣體負(fù)荷適應(yīng)生產(chǎn)的需要。
5、氯氣透平壓縮機(jī)
氯氣透平壓縮機(jī)，是全廠相當(dāng)關(guān)鍵的氯氣壓縮、輸送設(shè)備，其安全運(yùn)行與否將直接影響到全廠的生產(chǎn)、氯氣離心式壓縮機(jī)是個系統(tǒng)工程，它由主機(jī)系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、密封氣系統(tǒng)、儀表電氣自控聯(lián)鎖系統(tǒng)、事故氯氣處理系統(tǒng)等組成，簡稱其為機(jī)組。其構(gòu)成詳見圖3－2－6所示。國產(chǎn)氯氣離心式壓縮機(jī)型號為 LLY -1 -4 -60 -3700 ，為單機(jī)殼、單吸人、雙支承、四段壓縮的結(jié)構(gòu)。整個主機(jī)由轉(zhuǎn)子與固定元件組成，轉(zhuǎn)動部分由葉輪、主軸、聯(lián)軸器、推力盤組成；固定元件由機(jī)殼、擴(kuò)壓器、氣密裝置、排氣蝸殼、軸承等組成。機(jī)組工作轉(zhuǎn)速10407r / min ，是由 985r / min 的電機(jī)通過 xR 行星式增速箱獲得，潤滑系統(tǒng)采用強(qiáng)制供油潤滑，軸承采用了動壓軸承，端面密封則采用抽、充氣相結(jié)合的梳齒型迷宮密封。氯氣離心式壓縮機(jī)目前是國內(nèi)外較為先進(jìn)的設(shè)備，其作用是抽吸電解槽陽極產(chǎn)物氯氣，在經(jīng)預(yù)處理后達(dá)到相當(dāng)高的氯氣質(zhì)量（含水分小于100ppm ，不含酸霧）, 進(jìn)行連續(xù)四段壓縮，使其達(dá)到 0.38MPa（表）的排出壓力，輸送至各個氯產(chǎn)品生產(chǎn)工序。
6、中間冷卻器
中間冷卻器又稱級間冷卻器或段問冷卻器，是類似于列管冷卻器的圓筒體列管束的多程熱交換器。它分上、下封頭和筒體三部分，如圖3－2－7所示。上封頭為橢圓形，并有隔板，以使水實現(xiàn)多程段循環(huán)，還有進(jìn)、出水口。下封頭同樣是橢圓形的，也有隔板，并設(shè)左右排凈口。而筒體內(nèi)有列管束，上下管板及折流擋板。
中間冷卻器的作用在于將各級排出的高溫氯氣進(jìn)行間接冷卻，將氣相熱量移走，使氣相盡可能實施等溫壓縮。
第四章 固堿工段
4.1工藝原理
將電解工段生產(chǎn)的32％氫氧化鈉的電解液,經(jīng)預(yù)熱后，送入三效蒸發(fā)器。以蒸汽加熱除去電解液中部分水分,經(jīng)過一效蒸發(fā)后，含氫氧化鈉48％，經(jīng)過二效蒸發(fā)后含氫氧化鈉56％，最后經(jīng)過三效蒸發(fā)后將電解液深縮到含氫氧化鈉98％或99％以上，其次再由片堿機(jī)生產(chǎn)固堿，同時將在深縮過程中的結(jié)晶鹽分離?；涑苫厥整}水返回化鹽工段。重新循環(huán)使用。
4.2主要工藝指標(biāo)
蒸汽壓力 一效0.687~0.785MPa
二效0.294~0.343MPa
三效0.049-~0.098MPa
真空度 三效 74.66kPa
冷堿溫度 <50℃
蒸堿濃度
冬季(1、4季度)410～425 g／L
夏季(2、3季度)415～435g／L
蒸發(fā)回收鹽水含NaOH≤2.2g／L
含NaCl250～280 g／L
離心機(jī)油泵壓力0.981～l.47MPa
成品堿含NaOH30.00～31.10％
含NaCl≤4.7％
含Na2C03≤0.80％
含F(xiàn)e203 0.011％
4.3工藝流程（附工藝流程圖）
從電解工段過來的含32％的氫氧化鈉由H2燃燒預(yù)熱后送入一效蒸發(fā)器濃縮為含48％的氫氧化鈉，然后送入二效蒸發(fā)器濃縮為含56％的氫氧化鈉，再送入三效蒸發(fā)器濃縮為含99％或98％的氫氧化鈉。通過三效后，再經(jīng)過片堿機(jī)，最后到成品堿。
4.4主要設(shè)備及作用和工作原理
1、 EV-1：一效降膜蒸發(fā)器，使用常壓水蒸汽，加熱溫度為90℃左右，內(nèi)不凝性氣體通過表面冷凝器放空，NaOH溶液經(jīng)一效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?8%；
2. EV-2：二效降膜蒸發(fā)器，使用高壓水蒸氣，加熱溫度為150℃，蒸發(fā)出來的水蒸氣作為一效蒸發(fā)的供熱介質(zhì)，NaOH溶液經(jīng)二效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?6%；
3. EV-3：三效降膜濃縮器，三效中的堿的溫度為340℃，因此溫度較高，故使用熔鹽作為供熱介質(zhì)，蒸出來的蒸汽作為一效蒸發(fā)的供熱介質(zhì)，NaOH溶液經(jīng)三效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?8%以上；
4. T-1：熔鹽槽 H-1：熔鹽加熱爐 B-2:H2加熱爐
因為H2燃燒溫度很高,作為熔鹽的加熱介質(zhì)在熔鹽加熱爐中加熱,使熔鹽達(dá)到一定的溫度,然后熔鹽與三效中的堿換熱后,冷卻的熔鹽再由泵壓至上部,再由H2燃燒供熱,循環(huán)使用;
5. T-6：蒸汽冷凝槽，二效蒸發(fā)后的蒸汽在此處冷凝；
6. T-9：50%堿貯槽，根據(jù)不同濃度原料堿的需要，此處可得到50%液堿，可降低成本；
7. F-1: 片堿機(jī),在片堿機(jī)中冷卻形成NaOH固體,稱重,罐裝,輸送至倉庫。