次氯酸鈉的生產(chǎn)裝置運(yùn)行管理

謝文曉(河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467242)

0 引言

河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司(以下簡稱“氯堿發(fā)展公司”)是以生產(chǎn)燒堿、聚氯乙烯樹脂等基礎(chǔ)化工原料為主的氯堿企業(yè)，主產(chǎn)品—離子膜燒堿(折100%)和聚氯乙烯樹脂產(chǎn)能均為30萬噸。

近年來，氯堿發(fā)展公司經(jīng)過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，增加了部分耗氯產(chǎn)品的產(chǎn)能，如2018年12月公司取得了《消毒產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)許可證》，次氯酸鈉生產(chǎn)裝置產(chǎn)能提升至10萬噸/年。產(chǎn)能提升過程中，技術(shù)人員總結(jié)一些消除次氯酸鈉生產(chǎn)裝置故障的處理方法。

1 工藝現(xiàn)狀

目前，次氯酸鈉生產(chǎn)工藝較多，主要有液堿氯化法、漂白粉復(fù)分解法及電解法等[1-2]。電解法主要適用于低濃度、小規(guī)模的生產(chǎn)裝置；而漂白粉復(fù)分解法經(jīng)濟(jì)成本較高，基本被淘汰。液堿氯化法裝置簡單、易控制，被廣泛應(yīng)用。液堿生產(chǎn)次氯酸鈉有效氯濃度可達(dá)20%以上。其反應(yīng)式如下：

下面簡單介紹我公司次氯酸鈉項(xiàng)目建設(shè)中工藝選擇，以及生產(chǎn)裝置運(yùn)行物料消耗和問題分析。

2 工藝流程選擇

根據(jù)工藝裝置的連續(xù)性，可以將氫氧化鈉吸收氯氣生產(chǎn)次氯酸鈉分為間歇法和連續(xù)法。間歇法工藝優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品指標(biāo)靈活多變，滿足多樣化市場(chǎng)需求。不足之處是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，操作麻煩，且氯氣流量的調(diào)整易造成氯氣系統(tǒng)壓力波動(dòng)。連續(xù)法工藝優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單，產(chǎn)量大，氯氣流量穩(wěn)定。不足之處有效氯含量不變，難滿足市場(chǎng)需求。

2.1 間歇生產(chǎn)工藝流程

塔式間歇法生產(chǎn)裝置多為事故氯氣吸收塔經(jīng)過改造而來，一般為兩塔工藝，兩塔串聯(lián)，每臺(tái)塔有兩個(gè)循環(huán)液罐。工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 塔式間歇工藝流程簡圖

如圖1所示，此流程為典型的間歇生產(chǎn)，氯堿企業(yè)常用此流程。該流程的簡單，產(chǎn)量大，產(chǎn)品有效氯范圍廣，有效氯濃度可達(dá)16%(次氯酸鈉含量約200 g/L)。不足之處是原料實(shí)際消耗與理論消耗量差別大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

該工藝優(yōu)點(diǎn)是流程簡單，操作方便，可以生產(chǎn)有效氯濃度20%以上的產(chǎn)品。該流程存在的不足是規(guī)模小產(chǎn)量低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，且氯氣與堿液接觸有限，存在局部副反應(yīng)大，產(chǎn)品原料消耗高。

2.2 連續(xù)法工藝流程

近年來，隨著次氯酸鈉廣泛應(yīng)用，其市場(chǎng)需求量增大、質(zhì)量要求提高，連續(xù)法次氯酸鈉生產(chǎn)裝置陸續(xù)開發(fā)。據(jù)悉，目前連續(xù)法次氯酸鈉生產(chǎn)工藝按照其反應(yīng)設(shè)備的特性，可以分為微通道式、塔式、釜式。

2.2.1 微通道式連續(xù)工藝流程

近年來，微通道反應(yīng)器因其比表面積大，以及在傳質(zhì)、傳熱、恒溫等方面的優(yōu)勢(shì)，在國內(nèi)化工領(lǐng)域的新應(yīng)用層出不窮。據(jù)悉，江西某公司將微通道反應(yīng)器成功應(yīng)用于次氯酸鈉生產(chǎn)，單臺(tái)裝置產(chǎn)能達(dá)15 t/h，次氯酸鈉含量約114 g/L[3](有效氯濃度約10%)。該裝置中，液氯直接參與反應(yīng)，反應(yīng)熱為液氯氣化提供一部分熱量，有效降低了氣化能耗。另外，連續(xù)法產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)能大。

微通道反應(yīng)器有其自身不足—不適用于有固體顆粒產(chǎn)出的反應(yīng)。因此，次氯酸鈉有效氯濃度難以大幅提高。

2.2.2 塔式、釜式連續(xù)工藝流程

目前已公布的次氯酸鈉生產(chǎn)裝置中，塔式、釜式連續(xù)工藝流程較常見，塔式連續(xù)工藝流程如圖2所示。

圖2 塔式連續(xù)工藝流程

兩種工藝流程除主要設(shè)備存在區(qū)別外，產(chǎn)品有效氯含量也存在差別：釜式連續(xù)工藝流程可以生產(chǎn)有效氯15%(次氯酸鈉約180 g/L)以上的次氯酸鈉，而塔式連續(xù)工藝流程因結(jié)鹽堵塔的緣故，多生產(chǎn)13%(次氯酸鈉約160 g/L)以下的次氯酸鈉。

3 運(yùn)行實(shí)況分析

因存在客戶對(duì)次氯酸鈉產(chǎn)品有效氯、殘堿等指標(biāo)要求不一致，且產(chǎn)量需求不穩(wěn)定等因素，氯堿發(fā)展公司次氯酸鈉生產(chǎn)裝置采用塔式間歇工藝。另外，我公司開發(fā)了塔式連續(xù)高濃度次氯酸鈉生產(chǎn)裝置，有效氯20%以上，以滿足不同客戶需求?，F(xiàn)以我公司塔式間歇法工藝裝置進(jìn)行分析。

3.1 裝置運(yùn)行物料消耗

如上述，塔式間歇工藝產(chǎn)量大，產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)整方便，且可以短時(shí)間生產(chǎn)有效氯濃度約16%的產(chǎn)品(次氯含量約200 g/L)。經(jīng)過長時(shí)間生產(chǎn)摸索，公司技術(shù)人員摸索出了成品次氯有效氯與配堿比例的關(guān)系，將有效氯為10%、13%次氯酸鈉的物料消耗同比下降10%以上，詳見表1和表2。

表1 實(shí)際生產(chǎn)中10%的次氯酸鈉物料消耗

表2 實(shí)際生產(chǎn)中13%的次氯酸鈉物料消耗

由表1可知，生產(chǎn)有效氯含量10%的次氯酸鈉，實(shí)際有效氯平均值10.77%，水與32%堿的體積比平均值為1，配堿平均濃度18.4%，噸產(chǎn)品氯氣消耗約0.133 t(比理論值高0.025 t)，噸產(chǎn)品折百堿消耗約0.157 t(比理論值高0.036 t)。

由表2可知，生產(chǎn)有效氯含量13%的次氯酸鈉，實(shí)際有效氯平均值13.5%，水與32%堿的體積比平均值為0.59，配堿平均濃度22.2%，噸產(chǎn)品氯氣消耗約0.158 t(比理論值高0.023 t)，噸產(chǎn)品折百堿消耗約0.185 t(比理論值高0.033 t)。

3.2 存在問題解決辦法

我公司間歇法工藝生產(chǎn)次氯酸鈉過程中，曾出現(xiàn)原料(液堿、氯氣)消耗高、塔體及塔填料支撐板腐蝕較快、填料損毀快、成品有效氯降低快、堿液回罐管道堵塞等問題。

35 ℃以上次氯酸鈉分解加速，生成大量鹽，物料消耗高增高，有效氯低。副反應(yīng)式如下：

其次，副反應(yīng)生成的鹽在管道內(nèi)積聚堵塞管，影響生產(chǎn)。另外，高溫加速CPVC填料、支撐板腐蝕老化。因此，控制反應(yīng)溫度是解決問題的關(guān)鍵。公司技術(shù)人員經(jīng)長時(shí)間的試驗(yàn)摸索，實(shí)施如下優(yōu)化措施，并取得了良好的效果。

(1)增加反應(yīng)后堿液溫度控制點(diǎn)，確保溫度不超35 ℃；(2)增加循環(huán)堿液量，控制堿液溫升；(3)氯氣入口段采用耐高溫、耐腐蝕的四氟材質(zhì)；(4)堿液回罐管線“U”彎改為直管，如圖1所示；(5)當(dāng)堿液pH值到12時(shí)，降低氯氣流量，緩慢反應(yīng)；當(dāng)堿液pH值到11.5時(shí)停止反應(yīng)，循環(huán)分析，微調(diào)氯氣，控制產(chǎn)品指標(biāo)；(6)成品分析合格后，靜置30 min(視罐內(nèi)堿液循環(huán)充分而定)后附件。

4 結(jié)語

間歇法和連續(xù)法工藝各有利弊，氯堿發(fā)展公司采用間歇法和連續(xù)法兩種工藝搭配使用，連續(xù)法產(chǎn)品專供特定裝置使用。公司技術(shù)人員通過優(yōu)化裝置，使間歇法裝置消耗低、運(yùn)行平穩(wěn)，滿足市場(chǎng)需求。