■空气吹出法提溴
图11. 空气吹出法提溴工艺设备流程图(碱吸收法)
空气吹出法的主要工序为:原料液的酸化及氧化;空气吹出;化学吸收;水蒸汽蒸馏等。 含溴原料液(反渗透后的浓水)由原料液泵8送入氯气氧化塔2:来自高位槽1的硫酸或盐酸及液氯瓶中的氯气,都按一定比例流入进料管路。在塔内将溴离子氧化成游离溴。含游离溴的原料液由氧化塔顶流出,进入吹出塔3;空气经鼓风机由塔底吹入,气、液在填料表面逆流接触,游离溴被解吸出来,随空气由塔顶排出;废液由塔底排出(送往氯碱系统),溴蒸气被碱液吸收,反应生成NaBr或NaBrO3。吸收液不断循环,当含溴量达到一定浓度后,转入吸收完成液高位槽12,被解吸后的空气由吸收塔Ⅱ的顶端排空。吸收完成液经回收塔13进入反应槽14,与酸高位槽1来的酸接触,使其中的溴离子再被氧化成游离溴,进入蒸馏塔15,用水蒸汽蒸馏。提溴后废液由塔底排出,溴蒸气进入冷凝器16,冷凝液进入溴水分离瓶17,溴水回蒸馏塔15进行重新蒸馏,液态溴进入贮溴瓶18,计量后用溴坛包装,成为产品溴。
■气态膜法海水卤水提溴新技术
除上述两种提溴技术外,我国“十五”期间研究的课题“气态膜法海水卤水提溴新技术”
已获成功。该课题组研制出了国内最大的气态膜提溴组件,并建成了10吨/年的中试装置,经长时间连续运行,该装置运转情况良好,平均提溴收率在90%以上,且无尾气污染,膜丝机械性能无明显变化。该技术以自然解吸替代了空气吹出制溴法的强制解吸,实现了解吸-—吸收的耦合,满足过程集成化的要求,特别适用于替代空气吹出法的空气吹出——吸收工序。该技术具有设备简单、提溴收率高、占地面积小、能耗低、无尾气排放等优点,如果能够突破大规模产业化应用的技术瓶颈,会具有明显的环境效益和经济效益,我们应该把该技术的进展情况作为我们关注的重点。
■目前,在浓水溴含量、装置生产规模、各种工艺技术所需投资额等因素均未知的情况下,暂时无法确定哪一种提溴方法更为经济合理,同时也不排除浓水提溴在我公司海水淡化后并不可行的可能性,所有这些都需在得到确定的数据并经过确切的经济技术分析后才能确认。
2.离子膜法制氯碱
氯碱工业离子膜法已被公认为是一种带有方向性的氯碱生产新工艺,离子膜法烧碱与传统隔膜法和水银法烧碱相比,具有流程简单、能耗低(总能耗降低25%)、烧碱产品纯度高以及无汞和石棉等污染的优点。
我国目前共有氯碱企业200多家,2005年烧碱生产能力为1472万吨,实际产量为1240万吨,进口约3万吨,出口约84万吨,表观消费量为1159万吨。
华南地区氯碱市场概况:包括两广和江西、福建省,合计产能占全国总产能的7.0%,2005年总产量为96.9万吨。其中南化股份是华南地区最大的氯碱企业,目前拥有16万吨/年烧碱、6万吨/年PVC生产能力,其烧碱产能占广西地区的75%左右,在华南地区形成了局部垄断。本地区其他氯碱企业规模很小,近期内无扩产计划,只有福建将在“十一五”期间建设一座生产能力为20万吨/年的烧碱工厂。华南地区的烧碱货源将一直处于紧张状态,有资料预测华南地区2006年烧碱需求量为100万吨/年,需求缺口在60万吨/年左右。这就给其他地区创造了向本地区分流烧碱的机会。另外,华南地区的电力形势紧张,建设高能耗的氯碱企业必须考虑到用电成本问题。 1) 离子交换膜电解槽的构成
离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成;每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成,为了延长电极使用寿命和提高电解效率,阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂层;离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
电极均为网状,可增大反应接触面积,阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐
蚀性。
离子交换膜法制烧碱所使用的阳离子交换膜有特殊的选择透过性,只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过,即只允许H、Na+通过,而Cl、OH和两极产物H2和Cl2无法通
+
-
-
过,因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险,还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
电解饱和食盐水的电解方程式:
2)精制食盐水
氯碱工业的主要原料是饱和食盐水,一般而言,粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42—杂质,不符合电解要求,因此必须经过精制。
(本项目的原料是经过预处理的浓水,其中的杂质如泥沙、Ca2+、Fe3+、SO42—等已经过处理,但是能否达到电解标准需要进行水质分析,假如为了达到简化精制过程的目的,则需要更为严格的预处理措施。)
一次精制:国内外各工程公司对一次精制盐水质量的要求大致相同。都是根据过滤器、螯合树脂和膜对盐水的质量要求而制订的。一次精制一是为了除去Ca2+、Mg2+以及其它金属氧化物。二是为了除去全部的ClO。游离氯将会破坏螯合树脂的结构,使之失去螯合作用,而且速度很快,所以要求盐水中的游离氯含量为零。另外,有机物附着在树脂上面会使树脂溶胀,所以有机物也必须除去。
二次精制:为了除去超标的Ca2+和Mg2+,以保证离子膜电解槽进口盐水中的Ca2+、Mg2+
离子含量在标准以下。 3)离子膜电解工艺流程
离子膜电解槽根据电极组合方式不同,分为单极槽和复极槽两类槽型。两者在液体循环方式上不相同,复极槽的液体有采用强制循环,也有采用自然循环,且电解槽为加压操作,单极槽则采用自己循环。单极槽结构简单,但占地面积较大;复极槽结构紧凑,但比较复杂。
表7.极式和单极式电解槽主要特点比较
槽型 项目 通电情况 槽间电流分布
—
复极式 小电流、高电压 均匀 单极式 大电流、低电压 欠均匀 汇流铜排 电解槽容量 电槽占地面积 电槽组装、折卸 整流效率 电流泄漏 膜利用率 阴、阳极材料 投资
电槽之间用量较少 便于加大容量 同样规模较小 较简单 较高 较大(可加措施) 较高 均好 较低 较多 不易 较大 较复杂 较低 较小 较低 均好 较高 从当前世界范围来看,新建和扩建氯碱产能90%以上将采用离子膜法工艺。离子膜烧碱生产技术发展方向主要是高性能离子膜和电解槽技术的改进和应用。离子膜主要是发展低电耗膜、高电流密度下使用的离子膜和高浓度烧碱用膜; 电解槽主要是由常极距、小极距向零极距发展, 降低槽电压和膜-电极一体化技术。采用自然循环复极式电槽、高电流密度、单元面积大型化、零(膜)极距是离子膜烧碱的发展方向,建议本项目采用自然循环高电流密度复极槽技术(例如齐鲁石化20万吨/年离子膜烧碱项目)。
图12. 离子膜法制碱工艺流程简图
精制的饱和食盐水(在我项目中则是提溴后的浓水,根据要求可加入适量食盐使之达到饱和)进入阳极室; Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室;Cl则在阳极表面放电生成Cl2。
-
电解后的淡盐水则从阳极室导出,经添加食盐增加浓度后可循环利用。
纯水(在电解开始时,为增强溶液导电性,同时又不引入新杂质,阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液)加入阴极室,通电后H2O在阴极表面放电生成H2,阴极室发生反应为2H++2e=H2↑;而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液,烧碱浓度达30%以上,
-
可以直接作高纯烧碱使用;也可根据需要进行蒸发浓缩。流程中设置有蒸发工序,以生产48%的液碱产品。阴极液的一部分经补充去离子水后,循环回到电解槽的阴极室。阴极碱液的循环有助于控制加入的水量,又能带走部分槽内产生的热量,有利于维持电解槽内的热平衡。
6.3.5 工艺流程图
图13. RO总体工艺流程示意图
图14.两段法(2:1)RO系统示意图