氯酸鹽分解槽的投用及注意事項

魏曉佩

（新疆華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019）

1 氯酸鹽產(chǎn)生的原因

氯酸鹽鹽水電解過程的副反應(yīng)產(chǎn)生的，其濃度隨堿液蒸發(fā)濃縮而增高。

在電解過程中，陽極產(chǎn)生的氯氣，有少部分在陽極液中與水作用生成鹽酸和次氯酸鈉，陰極室中的少量氫氧化鈉通過隔膜進入陽極室，與次氯酸生成次氯酸鈉，并隨著時間積累而濃度增高，同時，在酸性條件下，次氯酸鈉很快變?yōu)槁人徕c。

Cl2+H2O=HCl+HClO

NaOH+HCl=NaClO+H2O

NaClO+2HClO=NaClO3+2HCl

造成氯酸鹽含量增高的原因主要是進入電解槽的精鹽水質(zhì)量不合格，特別是其中的鈣鎂離子過量超標，隨著電解槽運行時間增長，精鹽水中對隔膜的堵塞物越積越多，使隔膜滲透率明顯下降，電解溶液中NaOH濃度過高，OH-反滲透到陽極室，造成副反應(yīng)加劇，氯酸鹽濃度劇增。

其他造成氯酸鹽濃度增高的因素有電流波動過大或突然停電、精鹽水濃度太低以及隔膜吸附質(zhì)量不好等。

2 氯酸鹽的危害

在離子膜法燒堿生產(chǎn)過程中，由于電化學(xué)和化學(xué)副反應(yīng)產(chǎn)生并積累，在陽極液中存在微量的氯酸鈉。目前，在用的羧酸磺酸離子膜還不能完全阻擋氯酸根的遷移。氯酸鈉通過離子膜進行移動，污染陰極室的燒堿，且不利于堿液的進一步濃縮。氯酸鹽在陽極側(cè)累積，容易腐蝕單元槽陽極大墊片及出口小墊片，進而腐蝕單元槽密封面，造成電解槽泄漏。另外，在鹽水溶解過程中，氯化鈉濃度容易受氯酸鹽濃度的協(xié)同影響，當(dāng)氯酸鹽濃度較高（超過30 g/L）時，易造成陽極液濃度偏低，水遷移量變大，離子膜起泡。

在實際生產(chǎn)過程中，離子膜不同程度的泄漏，特別是出現(xiàn)孔洞、撕裂等損壞事故時，鹽水中氯酸鹽將在很短時間內(nèi)大幅度增多，并直接導(dǎo)致陰極側(cè)32%堿中從陽極鹽水中反滲漏的氯酸根含量上升，腐蝕燒堿漿膜管，并最終導(dǎo)致成品片堿氯化物超標[1]。

離子膜法電解使用的鹽水閉路循環(huán)，氯酸鹽在鹽水系統(tǒng)中積累并逐漸積累到相當(dāng)高的濃度。隨著氯酸鈉含量的增加，鹽水中的氯化物含量減少，電流效率下降，據(jù)估算，氯化鈉的飽和度每降低10 g/L，電流效率就會下降1%,由于氯酸鈉具有較強的氧化性，尤其是在pH值小于9時，對碳素?zé)Y(jié)管、螯合樹脂的危害巨大。因此，離子膜法燒堿裝置配套適宜的氯酸鹽分解裝置是必要的。

3 氯酸鹽分解槽的工作原理

各氯堿企業(yè)所用的氯酸鹽分解裝置大體相同，一般加入合成鹽酸，在一定的溫度條件下，使氯酸鹽分解[2]，反應(yīng)方程式如下：

在實際生產(chǎn)中，希望按（1）式反應(yīng)進行，即c（HCl）／c（NaClO3）≥6。 如果 c（HCl）／c（NaClO3）≤2，反應(yīng)將按（2）式進行，甚至不分解。當(dāng)氣相帶入二氧化氯的體積分數(shù)超過9.5%時[3]，在光和熱等條件下，存在爆炸危險，反應(yīng)式為：

研究表明，二氧化氯不存在爆炸上限。當(dāng)二氧化氯體積分數(shù)超過10%時，隨著濃度的增大，最大爆炸壓力也增高。二氧化氯壓力達到41 kPa時，也會發(fā)生爆炸[4]。

當(dāng) c（HCl）/c（NaClO3）≈14 時，由于鹽酸濃度較高，不能瞬時混合均勻，有3%～4%二氧化氯混入。

當(dāng)溶液中二氧化氯濃度高于10%（Wt/V）或在空氣中大于10%（V/V）時，易發(fā)生低水平爆炸，在有機蒸氣存在下，這種爆炸可能變得強烈。壓縮或貯存二氧化氯的一切嘗試無論是單獨或同其他氣體結(jié)合，在工業(yè)上均未成功。因為爆炸危險，在氯酸鹽分解槽投用過程中一定要注意避免其產(chǎn)生。二氧化氯不穩(wěn)定，受熱或遇光易分解成氧和氯，引起爆炸；遇到有機物等能促進氧化作用的物質(zhì)時也可產(chǎn)生爆炸。氣體二氧化氯用空氣沖稀到10%（V/V）以下的濃度時，較為安全；二氧化氯水溶液中二氧化氯的質(zhì)量濃度低于8～10 g/L時，將不產(chǎn)生足夠引起爆炸危險的高蒸氣壓。在水處理的實踐中，二氧化氯濃度很少超過4 g/L，處理水平一般為0.1～5.0 mg/L的范圍內(nèi)。

各企業(yè)使用的氯酸鹽分解槽種類不同，但使用原理相同，均需在氯酸鹽分解過程中，盡量避免產(chǎn)生二氧化氯。

4 氯酸鹽分解槽投用流程及注意事項

氯酸鹽分解槽裝置工藝流程圖見圖1。

氯酸鹽必須在較高的溫度、較強的酸性條件下分解，滿足這2個條件，要消耗大量的蒸汽，加入大量的酸。在氯酸鹽分解槽投用時，一定要注意鹽酸和蒸汽的加入順序，加入順序錯誤或者鹽水流量過大、空氣氣量不足都可能導(dǎo)致氯酸鹽分解槽爆炸[5]。

氯酸鹽分解槽的鹽水來自淡鹽水泵，出氯酸鹽分解槽的鹽水流至氯水罐，氣相平衡管連至廢氯吸收裝置。該設(shè)備設(shè)計上禁止負壓操作，目前，利用罐頂?shù)念A(yù)留口，連接了U型壓力計，試投用時，需確認分解槽內(nèi)不為負壓才能投用。

在操作中，控制從淡鹽水泵出口的淡鹽水管線中分一部分進氯酸鹽分解槽，投用前補液位時，鹽水流量（FIT266）控制為5 m3/h;正常運行時，鹽水循環(huán)流量初步設(shè)定為6 m3/h，根據(jù)氯酸鈉分解情況進行相應(yīng)調(diào)整。在進氯酸鹽分解槽的鹽水中加入31%鹽酸，其加入量與鹽水量的關(guān)系如下：酸流量（m3/h）=2.79×10-2鹽水流量（m3/h）。

蒸汽的加入量根據(jù)TE343溫度顯示調(diào)節(jié)TCV343，溫度控制≤93℃，在 89～92℃時最佳；高純酸加入量由FCV-372氣動閥控制。

將氯酸鹽分解槽罐底部排盡閥關(guān)閉，通過溢流管控制氯酸鹽分解槽的液位，以投用時溢流實際顯示液位值為準。

在氯酸鹽分解槽投用前，確認蒸汽氣動閥TCV343、加酸氣動閥FCV-372閥位現(xiàn)場與DCS相符，可正常投用，并確認各氣動閥關(guān)閉，將TICZA-343連鎖掛接。

在氯酸鹽分解槽投用時，依次打開FCV266、FCV372，并通過電腦顯示TE343的溫度指示調(diào)節(jié)TCV343，按工藝要求將各項指標控制在范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題或電槽緊急停車需將氯酸鹽分解槽與系統(tǒng)斷開時，關(guān)閉 TCV343、FCV372、FCV266，根據(jù)停車時間決定氯酸鹽分解槽內(nèi)鹽水是否排凈。

氯酸鹽分解槽首次投用或排空后再次投用時，F(xiàn)IT-266流量調(diào)至5 m3/h向槽內(nèi)充淡鹽水至溢流后，將FIT266的流量調(diào)至6 m3/h，再打開罐頂部平衡管去廢氯總管的閥門。打開FCV372，向系統(tǒng)中加酸，將pH值控制在0.5左右；逐漸打開TCV343（注意：氯酸鹽分解槽投用時，先加酸后加蒸汽，順序不能反。），通過電腦顯示TE343的溫度指示在DCS上調(diào)節(jié)TCV343，按工藝要求將各項指標控制在范圍內(nèi)。氯酸鹽分解槽投用后，在溢流管取樣閥處取樣分析氯酸鹽含量及酸度監(jiān)測氯酸鹽分解槽的效果。根據(jù)氯酸鹽含量再調(diào)節(jié)FCV372開度，控制加酸量。

氯酸鹽分解槽投用時，鹽水補液位至溢流后，在加酸及投蒸汽前，一定要確保平衡管閥門打開?？刂评碚摿髁恳姳?。

表1 理論酸流量及鹽水流量 m3/h

實際鹽水流量、加酸量可根據(jù)氯酸鹽分解情況進行調(diào)整。

4.2 注意事項

（1）必須確認分解槽氯氣出口管與氯氣總管（或者廢氯總管）的連通閥打開后，才能打開進分解槽淡鹽水調(diào)節(jié)閥向分解槽內(nèi)送入鹽水，否則，可能造成氯酸鹽分解槽的破裂。

（2）氯氣出口管與氯氣總管（或者廢氯總管）的連通閥應(yīng)當(dāng)緩慢打開，以防止氯總管壓力發(fā)生較大波動。

（4）如果氯酸鹽分解槽去的是廢氯總管，分解槽內(nèi)應(yīng)通入氮氣或者蒸汽以便及時帶走其中的二氧化氯。

（5）因系統(tǒng)停車而需執(zhí)行氯酸鹽分解裝置的停車操作時，必須在系統(tǒng)停車前將氯酸鹽分解裝置停車，并確認關(guān)閉氯氣總管閥門后才能打開去廢氯氣吸收管的閥門，并開啟放空閥，確認有空氣吸入。

［1］崔學(xué)清.降低鹽水中氯酸鹽含量的有效途徑.中國氯堿，2004（9）：4－5.

［2］郭軍生.氯酸鹽對燒堿生產(chǎn)的影響及應(yīng)對措施.山西化工，2002，22（3）：45－46.

［3］張紅衛(wèi).氯酸鹽分解槽的工藝技術(shù)改進實踐.濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，11（1）：26－28.

［4］仇志勇，李 明.氯酸鹽分解系統(tǒng)的指標與優(yōu)化.氯堿工業(yè)，2009，45（4）：8－10.

［5］王 利.氯酸鹽分解工藝探討.氯堿工業(yè)，2011，47（10）：17－21.

［6］山杰濤.氯酸鹽分解工藝技術(shù)比較.氯堿工業(yè)，2011，47（10）：22－24.