氯碱化工降低分析成本的几种方法

李嘉

（烟台恒邦化工有限公司，山东 烟台 264000）

氯碱化工降低分析成本的几种方法

李嘉

（烟台恒邦化工有限公司，山东 烟台 264000）

介绍了氯碱化工生产过程中，重要指标的分析检测手段以及指标对生产工艺的影响，着重介绍了化验技术创新，降低分析成本的几种方法。

氯碱化工；化验创新；降低分析成本

烟台恒邦化工有限公司是一个以生产氯碱产品为主的基础化工企业，公司主导产品有烧碱、盐酸、液氯、双氧水、氯乙酸等。为保证整个产业链生产的连续性，要求每个环节的指标都要被实时监控，因此如何优质低耗的做好化验分析，就成为氯碱生产企业研究的一项课题。

1　改变“盐水氯化钠含量”分析方法--减半取样法

氯碱车间由盐水、离子膜、干燥、冷冻、液氯、高纯酸等工段组成，盐水工段为氯碱生产产业链的源头，盐水的质量直接影响生产的连续稳定。

盐水的主要成分为氯化钠，因此盐水中的氯化钠含量指标（即盐水浓度）就要实时监控。该公司为确保一次盐水指标合格，分别在2#折流槽与精盐水大罐设置了取样点，每2 h取样分析盐水浓度，氯碱车间则及时根据指标结果调控生产。目前一次盐水浓度主要取决于化盐桶有效盐层高度、温度以及所加稀释配水的流量，在前两者保持基本稳定的前提下，主要靠加稀释水来调节，根据浓度高低开大或调小配水的加入量，从而实现对一次盐水浓度的稳定控制。这就要求化验员要及时向车间反馈数据，并保证化验结果的准确性，一旦盐水浓度出现问题调节不及时，将会造成严重后果。轻则浓度不稳引起过碱量波动，Ca2+、Mg2+去除效果欠佳，造成预处理器内盐水因密度差而引起返浑，悬浮物增加，使下一道工序负荷加重；重则使离子膜层间产生间隙，伴随钠离子交换而迁移的水分子在离子膜内积存产生水泡，使离子膜分层，受到损伤，槽电压大幅度上升，最终使得离子膜无法正常运行。

行业中分析盐水氯化钠含量的方法通常为银量法，原理为在中性溶液中，硝酸银与氯化钠反应生成白色的氯化银沉淀。以铬酸钾为指示剂，当氯化钠反应完毕后，硝酸银立即与铬酸钾作用，生成砖红色的铬酸银沉淀。其反应式如下：

AgNO3+NaCl=AgCl↓+NaNO3

2AgNO3+K2CrO4=Ag2CrO4↓+2KNO3

所需试剂和溶液，具体测定步骤：

（1）吸取降至40℃时的盐水试液25 mL加纯水稀释至500 mL容量瓶中；（2）再从稀释液中吸取10mL至250 mL锥形瓶中，加1 mL铬酸钾指示剂（5%），再加纯水约至50 mL；（3）锥形瓶在充分摇动下，用0.1 mol/L硝酸银标准溶液进行滴定至稳定的砖红色沉淀即为终点。随后按照公式计算氯化钠含量。

氯化钠含量（X1）按下式计算：

式中：V—硝酸银标准溶液的体积，mL；

C—硝酸银标准溶液实际浓度，mol/L；

0.058 44：与1.0 mL硝酸银标准溶液［c（AgNO3）=1.000 mol/L］相当的以克表示的氯化钠的质量；

K—氯化钠浓度的温度校正值，见表1。

表1　　　氯化钠浓度的温度校正值（K）

此种方法每月硝酸银药品用量基本达到10瓶，按市价300元/瓶计算，每月消耗硝酸银药品费用为3 000元。为降低消耗，通过多次试验尝试，在保证化验结果准确、稳定的前提下，终于实现了方法革新—减半取样法。

改进后的方法如下：（1）吸取降至40℃时的盐水试液10mL加纯水稀释至250 mL容量瓶中；（2）再从稀释液中吸取5 mL至250 mL锥形瓶中，加1 mL铬酸钾指示剂（5%），再加纯水约至25 mL；（3）锥形瓶在充分摇动下，用0.05 mol/L硝酸银标准溶液进行滴定至稳定的砖红色沉淀即为终点。计算公式不变。

此种方法的采用，减少了盐水、纯水和硝酸银标准溶液的消耗，全年可节省资金2.23万元，其具体效益分析如下。

（1）硝酸银药品由原来每月消耗10瓶降低至4瓶，每瓶按市价300元计算，每年节约硝酸银药品费用21 600元。

（2）原每分析一个样品定容需500 mL纯水，滴定时加50 mL纯水，改变方法后每分析一个样品定容需250 mL纯水，滴定时加20 mL纯水，每天分析72个样品，每年节省纯水6.72 t，1 t纯水成本按20元计算，每年节约纯水成本134.4元。

（3）原每分析一个样品要500 mL盐水，改变方法后需250 mL盐水，每天分析72个样品，每年可节省盐水6 m3，1 m3盐水成本约100元，每年节约盐水成本约600元。

目前该分析方法已经应用2年，分析结果稳定、准确，全面取代了原来的化验技术。

2　改变“二次盐水微量金属离子测定”的分析方法

一次盐水Ca2+、Mg2+金属离子的含量在10×10-6以内，仍不能满足离子膜电解装置对盐水质量的要求，需将一次盐水进入树脂塔系统，通过螯合树脂的作用，使其中的Ca2+、Mg2+离子降到20×10-9以内，这个过程为二次盐水精制。精制后的盐水指标需要化验加以验证，如果二次盐水金属离子含量超标则会给离子膜生产系统运行带来严重威胁。如二次盐水中过量的Ca2+、Mg2+在膜内形成氢氧化钠沉淀，堵塞膜孔，就会使电解槽电压升高，电流效率下降，过量的Ba、Sr、Fe等均会影响膜的使用寿命。因此，对二次盐水中微量元素的测定就显得极为重要，行业通用ICP（电感耦合等离子体发射光谱法）测定二次进槽盐水中微量元素，方法快速、准确、可靠。

该公司采用美国利曼等离子发射光谱仪进行分析检测，原采用标准曲线和标准加入法相结合的手段分析8种金属离子的含量，现在通过方法改变将各元素的混合标准溶液直接加入样品中，仅一种标准加入法就可以直接测得金属离子的含量从而减少了氩气消耗。

方法改变后，高纯氩气消耗由原来每年22瓶降至每年12瓶，每瓶按市价400元计算，直接经济收益4 000元。

3　利用自产压缩空气代替氧气瓶进行“双氧水氢化效率分析”

双氧水车间是利用氯碱产业链中的氢气与工作液 （以2-乙基蒽醌为载体溶解于芳烃和磷酸三辛酯按一定比例组成的溶剂中）在催化剂钯触媒的作用下进行氢化反应，生成2-乙基氢蒽醌及四氢2-乙基氢蒽醌（下称氢化液），氢化液再与空气中的氧气进行氧化反应，生成双氧水、2-乙基蒽醌及四氢2-乙基蒽醌（下称氧化液），氧化液在萃取塔里用纯水逆流萃取，萃取液中双氧水含量大于303 g/L，通过净化处理即为27.5%的双氧水成品。

因该公司双氧水生产工艺采用蒽醌法，生产过程中需要控制氢化效率，即单位体积工作液中有效蒽醌生成双氧水的量 （氢化效率过低会造成产品不合格，生产效率低，生产成本高；氢化效率过高将导致降解物增多，触媒活性急剧下降，影响系统稳定运行），而氢化效率的测定需要对氢化液氧化，而采用氧气成本高并且气瓶搬运工作也很麻烦。自公司电解项目节能改造后，自产压缩空气，就设想将氧气氧化改为空气氧化测定氢化效率，多次试验后，发现改空气氧化测得氢化效率分析结果与氧气氧化结果一致，随即采用新方法—压缩空气代替氧气瓶进行双氧水氢化效率分析。

原氢化效率的测定方法如下。

（1）原理

根据2-乙基氢蒽醌及四氢2-乙基氢蒽醌被氧化，得到相应的蒽醌及过氧化氢，再用水将其中的过氧化氢萃取出来测定其浓度，便知氢化液中氢蒽醌含量。

（2）仪器与试剂

a.分液漏斗：500 mL；

b.移液管：5 mL；

c.三角瓶：250 mL；

d.量筒：25 mL；

e.滴定管：50 mL棕色；

f.气体分散管（自制）；

g.高锰酸钾：AR，浓度为0.1 mol/L（1/5KMnO4）；

h.硫酸：AR，配制成1∶4的浓度（体积比）；

i.氧气：工业品。

（3）测定方法

由氢化固定床取出约20 mL氢化液于小烧杯中，用移液管移取5 mL于500 mL分液漏斗中，再加入重芳烃10 mL，将气体分散管插入其中通氧气，颜色由深变为透明的亮黄色或枯黄色即表示氧化完全，用纯水将气体分散管上的溶液洗入分液漏斗中，并以纯水萃取其中的过氧化氢，每次用20 mL蒸馏水，静置分层，将下层水溶液放入三角瓶中，直至萃取液中无过氧化氢为止，（一般需四五次），将20mL（1+4）的硫酸溶液加入上述萃取液中以0.1mol/L高锰酸钾（1/5 KMnO4）标准溶液滴定，直至溶液显微红色，30 s不褪色即为终点。

按下式计算氢化效率：

式中：B—氢化效率g/L；

C—高锰酸钾标准溶液实际浓度，mol/L（1/5 KMnO4）；

V—滴定消耗高锰酸钾标准溶液体积，mL。

改变后的方法只须将通氧气氧化改为空气即可，其他步骤及计算方法不变。

此种方法采用后，淘汰了氧气钢瓶的使用，增强了双氧水中控分析的安全性，同时节约了人工搬运成本与钢瓶购买成本，其具体效益分析为，原方法分析氢化效率，每月需用工业级氧气20瓶，每瓶按市价14元计算，改变方法后每年成本节约3 360元。

目前该分析方法已经成功应用2年半，测定结果准确不误，只是氧化时间延长了15 min左右，但不妨碍正常的工作秩序，化验员及车间均反映良好。

4　利用氢气发生器代替氢气钢瓶进行氯乙酸含量色谱分析

氯乙酸车间是利用氯碱产业链中的氯气在90～100℃下通入乙酸中，再利用乙酸酐做为催化剂，进行氯化反应，乙酸被氯化成氯乙酸。其反应式如下。

因氯乙酸生产过程中需快速测定氯化液是否达到反应终点，以及第一时间反馈成品质量指标便于车间及时调节，所以快速分析就显得比较迫切。目前，氯乙酸的化学测定方法为银量法，所需的时间较长，步骤复杂，引起误差机会多，所以行业普遍采用气相色谱法测试，该方法使用方便、分析速度快，测试结果准确。

该公司目前所用的气相色谱仪以氢气做为载气（一种与样品和固定相都不发生反应的气体，又称流动相），由氢气钢瓶供给，每月消耗三四瓶高纯氢气，使用成本高且安全性能差，一旦钢瓶泄漏将会造成火灾、爆炸等安全隐患，找到氢气钢瓶替代品就成为当务之急。

经过市场考察发现，高纯氢气发生器安全可靠，可以成为载气供给源，其工作原理为在电场的作用下，电解池阳极产生氧气，阴极产生氢气，氧气经液路被释放到大气中，而氢气则进入净化系统后输出。2015年年初，购进了LCH-300型高纯氢气发生器，经气路连接后不断调试，终于实现了载气的连续稳定输出，从而结束了氢气钢瓶时代。

此方法采用后，日常工作只需添加纯净水即可连续稳定输出氢气，且仪器气路设计独特无返液现象。改造后，全年可节省资金万余元，其具体效益分析为每月需用高纯氢气3.5瓶，每瓶按市价240元计算，方法改变后每年成本节约10 080元。

目前，高纯氢气发生器已经装配应用半年，可连续工作也可间断工作，且输出气体稳定、安全可靠；由其提供载气后色谱仪的灵敏度有增无减，基线漂移和噪声也大大降低。

5　利用公司自产产品与购进辅料代替相关化验试剂配制溶液

为节约成本，降低物耗，公司质检化验就地取材，配制各种标准与非标溶液。

（1）利用公司自产的高纯氢氧化钠、高纯盐酸代替试剂氢氧化钠和试剂盐酸配制溶液，现每年可节约费用1 500元。

（2）利用公司购进的原料醋酸、氯化钡代替试剂醋酸和氯化钡配制溶液，现每年可节省资金600元。

6　结语

现在正处于一个经济高速发展、竞争异常激烈的时代，企业想要在竞争中良好地生存下去就必须降低生产经营成本。节约成本需要从日常的点滴做起，化验方法的不断创新，既有效保证了质量成本的控制，又不影响产品品质及生产装置的正常运行，使质量成本真正做到了可控、可降。

Discussion about the methods of analysis cost reduction in chloralkali chemical industry

LI Jia
（Yantai Humon Chemical Co.，Ltd.，Yantai 264000，China）

The methods of analysis and determination for important index，the influence of index on production process were introduced，especially testing technology innovation and the methods of analysis cost reduction.

chlor-alkali chemical industry；testing technology innovation；analysis cost reduction

TQ075+.3

B

1009-1785（2015）10-0037-04

2015-06-02

李嘉（1983—），男，辽宁兴城人，2005年毕业于沈阳工程学院，现于烟台恒邦化工有限公司从事质量管理工作。