离子膜电解岗位工艺规程

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7 离子膜电解岗位工艺规程

7.1 工艺目的及原理

7.1.1 生产目的

负责离子膜电槽的运行管理，保证电槽的安全运行，生产出符合要求的离子膜烧碱、氯气及氢气，控制好各项工艺指标，搞好安全文明生产。

7.1.2 工艺原理

用电解氯化钠水溶液的方法生产氢氧化钠溶液和氯气、氢气，是一种电化学方法，它是发生在电解槽中的电化学反应。这种方法与原电池的放电作用相反，是将电能转化为化学能。因此，电解槽是一个外接直流电后，溶液中阴、阳离子发生迁移的特殊的电化学反应设备，它由阳极室、阴极室和离子交换膜构成。

7.1.2.1 电解

当电解质溶解在水中时，便离解成带电的质点－离子，这个过程叫电离。例如食盐溶解在水中时就会离解出钠离子和氯离子，同样有少量水分子电离。

NaCl → Na+ + Cl－ H2O → H+ + OH-

当直流电通过电解质水溶液时，这些离子按同性相斥，异性相吸的原理来运动，即带正电荷的阳离子向阴极迁移，带负电荷的阴离子向阳极迁移。根据这个原理，当电解食盐水溶液时，氯离子在阳极上放电变成氯原子，随后变成氯分子而逸出。氢离子在阴极上放电变成氢原子，随后变成氢分子而逸出。

即： 2Cl- — 2e → 2Cl 2Cl → Cl2 ↑

2H+ + 2e → 2H 2H → H2 ↑

不放电的钠离子和氢氧根离子在阴极附近生成氢氧化钠。

7.1.2.2 离子膜电解食盐水溶液制NaOH的原理

离子膜具有排斥外界溶液中某一种离子的能力。我们所用的磺酸型阳离子交换膜的膜体中有活性基团，它是由带负电荷的固定离子如SO3-、COO-，同一个带正电荷的对离子Na+形成静电键。食盐溶液在电解时，由于磺酸基团具有亲水性能，而使膜在溶液中溶胀，膜体结构变松，从而造成许多微细弯曲的通道，使活性基团中的对离子Na+与水溶液中的同电荷的Na+进行交换，与此同时膜中的活性2

基团中固定离子具有排斥Cl-和OH-的能力，从而获得高纯度的NaOH。开车时为加快OH-产生速度，需在阴极室加入少量NaOH溶液。

水化钠离子从阳极室透过离子膜迁移到阴极室时，水分子也伴随着迁移。当然，也有少数的Cl-通过扩散移动到阴极室，少量的OH-则由于受阳极的吸引而迁移到阳极室。 如图2所示：

＋

－

阳

阴

Na+ + OH- → NaOH

Na+

极 极

2Cl- → Cl2 ↑ +2e- OH-

2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑

盐 水 纯 水 + 阴极液

全氟离子膜

图2：离子膜电解原理示意图

7.1.2.3 电解反应方程式如下：

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2↑ + H2↑

7.2 原辅材料规格

7.2.1 二次精制盐水

流向 自二次盐水精制单元来 去电解槽

温度 60～65℃

压力 P-1501A/B出口压力

指标 NaCl 305～315g/L

NaOH 0.1～0.3g/l

Na2CO3 0.3-0.6g/l 3

NaClO3 ≤5g/L

Na2SO4 ≤8g/L

Ca2+ + Mg2+（包括其它重金属离子） ≤20PPb

Sr ≤10ppb

PH 8.5～9.5

7.2.2．开车用碱（首次开车或大修后开车）

流向 外购或停车时予留 去电解槽

温度 常温 常温

压力 阴极液泵出口压力

指标 NaOH ≥30% (wt)

NaCl ≤40ppm (wt)

NaClO3 ≤10ppm (wt)

Fe2O3 ≤5ppm (wt)

7.2.3 氮气

流向 自公用工程来 去氯氢总管

温度 常温 常温

压力 0.5MPa 0.15MPa

指标 N2 ≥98%

氮气是无臭、无味、无色气体，分子量28，标准状态下密度1.2506kg/m3，比重0.97；熔点-210℃，沸点196℃；氮气的化学性质不活泼，加热时能与锂、镁、钙、钛等，在高温下能直接与氧、氢化合。用于制硝酸、合成氨、氰氨（基）化钙、氰化物、火炸药等，作为惰性气体可以用于填充灯泡和高温计、贮藏食品或物料，保护易燃物质等。

7.2.4 离子膜烧碱（电槽出口）

指标 NAOH ≥32% (WT)

NA2CO3 ≤400PPM (WT)

NACL ≤40PPM (WT)

FE2O3 ≤3PPM (WT)

NACLO3 ≤20PPM (WT)

烧碱溶液产品俗称液碱，有强碱性，有滑腻感。对皮肤、纸张、织物有强腐蚀性。是用途极广的基本化工原料。主要用途有：①轻纺工业，如造纸、印染等。②化学工业，如农药、染料等③石油工业，如精炼石油，油脂等④国防，机械、医药工业等。

7.2.5．湿氯气（电槽出口，干基） 4

指标 CL2 ≥98%(VOL)

O2 ≤0.6%(VOL)

H2 ≤0.05%(VOL)

氯气(Cl2)：常温下氯气为黄绿色气体，比空气重2.5倍。沸点-34℃，熔点-101℃。氯气属剧毒性气体，吸入对人体危害极大。高温湿氯气对钢等金属设备腐蚀性较大。主要用于合成氯化氢气体制盐酸，制农药、消毒、漂白，有机氯产

品等。

7.2.6．湿氢气（电槽出口，干基）

指标 H2 ≥99.9%(VOL)

惰性气体 ≤0.1%（VOL）

氢气是一种无色、无嗅、无味的气体，重度很小，在标准状态下为0.089Kg/m3，等于空气的1/14，在所有的气体中最轻，故易存留在设备的最高处，应注意防爆；主要用于合成氯化氢气体制盐酸、农药等，也可做燃料。

7.3 工艺流程简述

7.3.1 流程简述

来自精制盐水罐（V-1501）中的精制盐水，经流量计(FICA2002-01/06)与循环淡盐水混合后，送入每个单元槽的阳极室,在电槽中盐水发生化学反应，生成氯气。含有淡盐水与湿氯气两相的流体从每个阳极室出口处溢流出来，在出口集合管处被分离成淡盐水与产品氯。淡盐水依靠重力流入阳极液循环罐（V-2001）中在V-2001中加入盐酸以使淡盐水酸化，湿CL2则被送往氯气处理岗位，在离开阳极液循环罐后，淡盐水分为两股：一股循环送入电槽，另一股送入脱氯岗位。

纯水被用来对阳极液进行稀释，可以防止停车时形成盐结晶，同时将阳极液浓度调节到满足离子膜开车的要求。

循环碱液通过烧碱换热器(E-2001)后，经流量变送器(FICA2008-01/06)送到各个电槽的分歧管处，被分配到每个单元槽阴极室，在电槽中纯水发生化学反应，生成氢气；从阴极室中溢流出的烧碱溶液与氢气的两相流体，经分离后，碱液依靠重力流入烧碱循环罐（V-2002）中，氢气送往氢处理；烧碱从循环槽中出来后被分成三部分；一部分直接送往蒸发片碱工序，另一部分经冷却后送往界区外的5

成品储罐，还有一部分与纯水混合后返回电槽进行再循环。碱液换热器（E-2001）用于加热或冷却循环碱，以维持电槽的操作温度为80～90℃。通过碱液密度指示剂（AIA-2006）监控并向循环碱中添加纯水控制碱液的浓度维持在最适合离子膜的浓度，即大约30～32.5wt％。开车期间，烧碱热交换器用于加热电解槽中的电解液，使之能够在不耗费过多电压的前提下，加速获得满负荷运行。

电解槽在维修的时候，烧碱回收罐（V-2006）和碱液排放管道用于回收从电槽排放的碱液。通过烧碱回收泵（P-2004）将回收的碱液送往界区外。

为避免膜受到氯气过量正压而造成机械损伤，氯气正压力水封（V-2003A）用于把氯气总管的氯气排放到氯气尾气处理单元，为避免膜受到氯气过量负压而造成机械损伤，氯气逆水封（V-2003B）用于把空气吸入氯气总管。

为避免膜受到阴阳及间过大的压差而导致机械损伤，氢气放空桶（V-2004）用于安全将氢气释放到大气。同样，在开车或停车时，所有的氢气都要通过氢气放空桶（V-2004）。

7.4 工艺指标及控制参数

7.4.1 工艺控制指标

序号 指标名称 指标 检测地点 检测次数

1 出槽淡盐水NaCL浓度 200±10g/L 电槽淡盐水出口管 1次/天

2 出槽NaOH浓度 32.0～32.5% 电槽碱出口管 1次/天

3 成品碱浓度 32.1～32.4% 成品碱罐 1次/罐

4 成品碱含盐 ≤10ppm 成品碱罐 1次/罐

5 冷碱温度 45±5℃ 成品碱冷却器 1次/小时

6 CL2压力 ±10 mmH2O 电解CL2总管 1次/小时

7 H2压力 350mmH2O 电解H2总管 1次/小时

8 H2/CL2压差 350±10 mmH2O FdICA-2002 1次/小时

9 槽温 81～88℃ TIA-2009 1次/小时

10 循环淡盐水PH 2±0.5 阳极液循环泵后 1次/小时

11 氯气纯度 ≥98％ 离子膜氯气总管 1次/天