氯酸盐分解技术改造总结

张凯鹏

（济宁中银电化有限公司，山东 济宁 272503）

氯酸盐分解技术改造总结

张凯鹏

（济宁中银电化有限公司，山东 济宁 272503）

介绍了氯酸盐分解的原理、工艺流程，并对装置运行中存在的问题进行了分析、对技术改造方案和运行数据进行了总结。

离子膜电解；氯酸盐分解；技术改造

氯酸盐是电解过程中的必然产物，主要是从阴极反迁移过来的OH-与阳极氧化反应生成次氯酸盐，次氯酸盐在阳极室内又发生反应生成氯酸盐。这种现象在电槽运行初期并不十分明显，但随着电解槽运行时间增加，离子膜使用到后期，电流效率下降较快，OH-的反迁移会逐渐加剧，阳极室淡盐水氯酸盐含量也将逐渐升高。当氯酸盐浓度超过30 g/L时，阳极侧盐水浓度偏低，水迁移量增大，易造成离子膜起泡。同时还会促进螯合树脂劣化，腐蚀设备，最终导致盐水品质下降，影响电解性能。氯酸盐在电解过程中会释放出新生态的氧，腐蚀阳极涂层，降低电解槽的寿命等。

1　　氯酸盐分解原理

各氯碱企业所用的氯酸盐分解装置大体相同，一般加入合成盐酸，在一定的温度条件下，使氯酸盐分解，反应方程式如下：

NaClO3+6HCl=NaCl+3Cl2+3H2O（1）

2NaClO3+4HCl=2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O（2）

在实际生产中，应控制反应方向按（1）式进行，即c（HCl）/c（NaClO3）≥6。如果c（HCl）/c（NaClO3）≤2，反应将按（2）式进行，甚至不分解。当气相带入二氧化氯的体积分数超过9.5%时，在光和热等条件下，还会存在爆炸危险，反应式为：2ClO2→Cl2+2O2，因此，在氯酸盐分解槽投用过程中一定要注意尽量避免二氧化氯的产生，同时，还要不断补入工艺空气或氮气进行稀释，避免气体富集。

2　　氯酸盐分解工艺流程

来自阳极液循环槽的淡盐水分为2路，一路去真空脱氯塔，另一路淡盐水经板式换热器升温至（90±5）℃，与加入的31%浓度的盐酸按照一定流量比例（7∶1～10∶1）混合，然后进入氯酸盐分解槽内反应，分解生成的氯气经空气吹除，然后经氯气冷却器冷却除水后进入事故氯管道；分解槽内反应后的淡盐水经液封流入淡盐水罐，由泵打入真空脱氯塔。工艺流程见图1，工艺控制指标见表1。

表1　　工艺控制指标

图1　　氯酸盐分解系统工艺流程图（改造前）

3　　试运行中存在的问题

氯酸盐分解装置主要表现为淡盐水罐内部气相压力偏高，远超过控制指标20 kPa的上限范围，导致在操作过程中无法提升氯酸盐分解槽的淡盐水流量及加酸流量，降低了氯酸盐分解效率；同时，由于淡盐水罐为玻璃钢复合材质，对高温酸性盐水的耐受性差，罐体焊口多次出现漏点，且修复难度大、效果很差。

4　　问题分析与改造

4.1提升分解槽淡盐水溢流高度

淡盐水进入分解槽后，先经过分解吹除，后经过U型弯液封溢流至淡盐水罐内。分解槽的溢流高度会直接影响到淡盐水在槽内的停留时间和分解时间，停留时间过短，会降低氯酸盐在分解槽内的分解率，进而在溢流至淡盐水槽后，会发生较为剧烈的二次分解反应，使淡盐水槽内的气相压力不断升高。经过重新设计，将分解槽的溢流口U型弯的液封高度由1 m增至2 m，增加了淡盐水在氯酸盐分解槽内的停留时间，利于提升分解效率。

4.2淡盐水槽排气管道改造

原淡盐水罐的排气管道直径DN50，与分解槽的排气管道合并后，经冷凝器冷凝去往事故氯总管。由于分解槽的排气管与淡盐水罐的排气管串联，会导致淡盐水罐的排气阻力大，使淡盐水罐出现憋压现象，同时排气管道直径偏小，弯头较多，也一定程度增加了排气的阻力。经过改造，将淡盐水罐的排气管道直径改换为DN80，同时断开与分解槽排气管道的连接，直接连接至事故氯负压总管，大幅降低淡盐水槽的排气阻力。

4.3淡盐水罐内部增加空气吹除装置

氯酸盐的分解主要在分解槽内部完成，停留时间的延长有利于分解率的提升。但由于过酸量的存在，无法完全避免在淡盐水罐内部继续进行二次反应，反应过程中会产生少量的二氧化氯气体，二氧化氯在富集一定浓度后，受热或受光照易促进分解并引发爆炸。经过改造，在淡盐水罐底部增加了空气吹除装置，设计流量20 m3/h，基本能够将二氧化氯的富集浓度降至9%以下，提高了装置的安全系数。

4.4更换淡盐水罐材质

原淡盐水罐材质为PVC/FRP，设计工作温度为55℃，工作压力为常压，且为利旧设备，已存在老化现象，不再适合于高温酸性盐水环境。同行业多数使用了钛合金材质，材料性能和强度较好，但材料成本偏高。经过选型，利旧使用了搪瓷卧罐。化工搪瓷对一般酸、碱、盐等化学介质具有高度的耐蚀性，对于低于150℃，浓度在10%～20%的盐酸具有优良的耐腐蚀性，表面光洁度好而且容易洗涤，可代替昂贵的合金材料，且成本低廉。但由于其热应变性能较差，故在使用过程中，一定要注意避免淡盐水温度的骤升骤降。同时为安全运行考虑，在卧罐顶部增加了防爆膜，避免出现压力突增造成卧罐损坏。改造后的工艺流程见图2，运行数据见表2。

表2　　氯酸盐分解数据

图2　　氯酸盐分解系统工艺流程图（改造后）

5　　结语

氯酸盐分解装置完成系列改造后，装置运行较为稳定，淡盐水罐压力有了明显下降，在淡盐水流量、高纯酸流量、空气流量按照设计值控制的条件下，气相压力基本能够控制在10 kPa以下。同时分解效率得到有效提升，平均能够达到60%～70%，淡盐水氯酸盐含量下降趋势明显，基本达到了预期目标。

Summary of technical transformation in chlorate decomposition

ZHANG Kai-peng
（Shandong Jining Zhongyin Electrochemical Co.，Ltd.，Jining 272503，China）

The principle and process of chlorate decomposition were introduced.The problems in the operation of the device were analyzed.The technical transformation plan and operation data were summarized.

ion-exchange membrane electrolysis；chlorate decomposition；technical transformation

TQ124.4+4

B

1009-1785（2015）12-0022-03

2015-07-05

张凯鹏（1980—），男，毕业于青岛科技大学，本科，工程师，现任济宁中银电化公司氯碱部副部长。