CN107804925B

CN107804925B - 一种氯碱盐水净化装置及其净化工艺

Info

Publication number: CN107804925B
Application number: CN201710897403.4A
Authority: CN
Inventors: 董凯; 戎欠欠; 任崇桂; 周利; 李凤刚
Original assignee: Zaozhuang University
Current assignee: Zaozhuang University
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: CN107804925A

Abstract

本发明公开了一种氯碱盐水净化装置及其净化工艺，泵通过止逆阀与压力罐的上部入口相连，压力罐的底部出口与混合反应装置A的入口相连，混合反应装置A的出口与膜过滤器顶部的入口相连，膜过滤器的出口与混合反应装置B的入口相连，混合反应装置B的出口与树脂塔的顶部入口相连，树脂塔的出口与气液分离器的中部入口相连，气液分离器的顶部气相出口气体与空气混合后送入压缩机的入口，气液分离器的顶部出口还与净化装置相连，压缩机的出口与压力罐的顶部入口相连。本发明避免了直接使用压力泵供压时压力急剧上升从而滤饼被压实滤膜被严重堵塞的问题，有效节约了能源。避免了沉淀物在泵内壁附着，提高了泵的使用寿命。

Description

一种氯碱盐水净化装置及其净化工艺

技术领域

本发明属于氯碱盐水净化技术领域，具体涉及一种氯碱盐水净化装置及其净化工艺。

背景技术

氯碱生产工艺中，需要用到大量的食盐原料，原料食盐中含有一定量的SO₄ ^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等杂质离子，这些离子如果不除去，在电解过程中会生成沉淀，从而导致电解装置损坏。

这些离子的除去方法通常是加入相应的沉淀剂，使其生成沉淀：其中SO₄ ^2-、Ca²⁺的沉淀物可以通过沉降设备将其除去，但是沉降设备往往占地过大，沉降速度又很缓慢，所以效率过低，也容易出现沉降不够彻底，未完全净化的盐水流入下一工序造成生产问题；Mg²⁺的沉淀物为絮状，极难沉降，某些工艺为了除去Mg²⁺的沉淀物，在一定压力下向粗盐水里溶解一定量的空气，然后突然泄压，使得Mg²⁺的絮状沉淀物随气泡上浮，然后在上层将Mg²⁺的沉淀物飘浮物除去，此种工艺复杂，而且先加压后泄压工艺必然造成一定量的能量浪费。

专利CN200610038868.6提出，加入精制剂将Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-等反应生成沉淀，然后加入凝聚助沉剂聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺或苛化淀粉，通过吸附与共沉淀作用除去Mg²⁺的沉淀物及其它部分固体颗粒，此种工艺虽然较溶气法有所改进，但是沉降速度和沉降效率依然不理想，设备占用体积依然较大。并且此种工艺将去除沉淀后的盐水直接泵送入膜过滤器，由于随着过滤的进行，会有一定的滤饼生成，导致过滤变得困难，泵的出口压力迅速升高，泵的效率降低，滤饼在高压下变得更实，使得过滤膜的膜孔堵塞更严重，过滤膜需要频繁的冲洗，降低了膜的使用寿命，影响生产的顺利进行。

发明内容

本发明的目的在于一种氯碱盐水净化装置及其净化工艺，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种氯碱盐水净化装置，包括泵、压力罐、压缩机、混合反应装置A、膜过滤器、混合反应装置B、净化装置、树脂塔、气液分离器、盐泥池；所述泵通过止逆阀与压力罐的上部入口相连，压力罐的底部出口与混合反应装置A的入口相连，混合反应装置A的出口与膜过滤器顶部的入口相连，膜过滤器的清液出口侧与混合反应装置B的入口相连，膜过滤器的底部出口与盐泥池相连，混合反应装置B的出口与树脂塔的顶部入口相连，树脂塔的出口与气液分离器的中部入口相连，气液分离器的顶部气相出口气体与空气混合后送入压缩机的入口，气液分离器的顶部出口还与净化装置相连，压缩机的出口与压力罐的顶部入口相连。

作为本发明进一步的方案，在混合反应器A中分别加入精制剂A、精制剂B、精制剂C，精制剂A为氯化钡，精制剂B为氢氧化钠与三氯化铁，精制剂C为碳酸钠，分别用于沉降硫酸根、镁离子、钙离子。

作为本发明进一步的方案，混合反应装置B中加有精制剂D，精制剂D为亚硫酸钠。

作为本发明进一步的方案，压力罐由多组压力罐并联组成，压力罐的材质为不锈钢、铸铁或塑钢，压力罐的顶部有压力检测装置，压力罐顶还设有安全阀门，当压力罐中的压力超过1MPa后安全阀启动，安全装置可以是重锤杠杆式安全阀或弹簧式安全阀，所述压力罐中的压力为0.3～0.9MPa，压力罐中的液位为罐体有效高度的30％～70％，压力罐中的盐水经压力泵由压力罐的中上部送入，压力罐中盐水的浓度为25～33％(wt)，温度为40～55℃。

作为本发明进一步的方案，止逆阀为旋启式止回阀、升降式止回阀或碟式止回阀。

作为本发明进一步的方案，混合反应器A两端分别设有盐水入口和盐水出口，内部设有折流板，在侧壁上连接精制剂的输入端，精制剂的输入端是一个一端密封的圆柱状形体，在其侧壁上有开口以供精制剂输入混合反应器A中，混合反应器A放置时与水平面成5～15°的倾斜角。

作为本发明进一步的方案，膜过滤器中的过滤膜的孔径为0.001～0.2微米，膜过滤器至少有两组，一组正常生产，另一组清洗再生，使用冲洗液对再生的膜过滤器的进行冲洗，冲洗液为工业软水，冲洗液由膜过滤器的透过液端的顶端开口送入，由截留端的开口处带着冲洗出的泥浆输出，洗水的压力不低于0.4MPa，正常生产的膜过滤器的操作压力降为0.15～0.3MPa，经过膜过滤器的盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子的含量在15mg·L^-1。

作为本发明进一步的方案，树脂塔中填充有螯合树脂，树脂塔的直径在100cm以上，树脂塔的操作压力降为0.1～0.2MPa，经过树脂塔后，盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子的含量在0.02mg·L^-1以下，树脂塔至少有两组，一组在线生产，另一组离线再生。当离开树脂塔的盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺等杂质离子的含量高于0.02mg·L^-1时，将此树脂塔撤线再生，采用软水、盐酸、氢氧化钠分步对树脂塔进行再生，再生液由树脂塔的底部入口送入，由顶部出口输出。

一种利用所述氯碱盐水净化装置的净化工艺，包括如下步骤：脱氨除氯后的盐水由泵送入压力罐，盐水在压力罐上方带压气体的作用下，由压力罐的底部输出送入混合反应装置A中，在混合反应装置A中，分别加入精制剂A、精制剂B、精制剂C，盐水中的SO₄ ^2-、Mg²⁺、Ca²⁺分别生成硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙沉淀，混合物料由混合反应装置A的出口输出送入膜过滤器的入口端，在膜过滤器中，沉淀物被过滤膜截留，以泥浆的形式从膜过滤器的底端输出，然后送入下一步过滤装置，在线生产的膜过滤器产生的泥浆与离线再生的膜过滤器产生的冲洗泥浆混合在一起，共同送入压滤机过滤，过滤所得滤渣送盐泥池，用清水洗涤盐泥，洗水送化盐工艺；透过液由膜过滤器输出端送入混合反应装置B，在混合反应装置B中，加入亚硫酸钠，盐水中的游离氯或高价氯被还原为氯离子，盐水由混合反应装置B的出口送入树脂塔的入口，经过树脂塔的进一步净化，盐水中的Mg²⁺、Ca²⁺降低至允许值后由树脂塔的底部出口输出，送入气液分离器，在气液分离器中，盐水中的气体分离出来，由气液分离器的顶部出口输出，与空气混合后送入压缩机的入口端，盐水由气液分离器的下部出口输出，送电解工序。

本发明的有益效果是：本发明利用压力罐间接为净化装置提供过滤动力，由于压力罐的压力相对稳定，即使在膜过滤器中形成了滤饼，但是避免了直接使用压力泵供压时压力急剧上升从而滤饼被压实滤膜被严重堵塞的问题，有效节约了能源。同时，泵不再直接输送带有沉淀的盐水，从而避免了沉淀物在泵内壁附着，提高了泵的使用寿命。本发明中选择的压力罐压力低于1MPa，压力罐中的液体为盐水，气体为空气，均为非有害物质，符合低压容器标准，可以保证生产的安全顺利进行。

附图说明

图1是本发明氯碱盐水净化装置原理工艺图；

图2是混合反应装置A结构示意图；

图3是混合反应装置B结构示意图；

图4是本发明以传统工艺对比图；

图中：1、泵，2、止逆阀，3、压力罐，4、压缩机，5、混合反应装置A，6、膜过滤器，7、混合反应装置B，8、净化装置，9、树脂塔，10、气液分离器，11、盐泥池。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种氯碱盐水净化装置，包括泵、压力罐、压缩机、混合反应装置A、膜过滤器、混合反应装置B、净化装置、树脂塔、气液分离器、盐泥池；所述泵通过止逆阀与压力罐的上部入口相连，止逆阀为旋启式止回阀、升降式止回阀或碟式止回阀；压力罐的底部出口与混合反应装置A的入口相连，混合反应装置A的出口与膜过滤器顶部的入口相连，膜过滤器的清液出口侧与混合反应装置B的入口相连，膜过滤器的底部出口与盐泥池相连，混合反应装置B的出口与树脂塔的顶部入口相连，树脂塔的出口与气液分离器的中部入口相连，气液分离器的顶部气相出口气体与空气混合后送入压缩机的入口，气液分离器的顶部出口还与净化装置相连，压缩机的出口与压力罐的顶部入口相连。

在混合反应器A中分别加入精制剂A、精制剂B、精制剂C，精制剂A为氯化钡，精制剂B为氢氧化钠与三氯化铁，精制剂C为碳酸钠，分别用于沉降硫酸根、镁离子、钙离子；混合反应装置B中加有精制剂D，精制剂D为亚硫酸钠。

压力罐由多组压力罐并联组成，压力罐的材质为不锈钢、铸铁或塑钢，压力罐的顶部有压力检测装置，压力罐顶还设有安全阀门，当压力罐中的压力超过1MPa后安全阀启动，安全装置可以是重锤杠杆式安全阀或弹簧式安全阀，所述压力罐中的压力为0.3～0.9MPa，压力罐中的液位为罐体有效高度的30％～70％，压力罐中的盐水经压力泵由压力罐的中上部送入，压力罐中盐水的浓度为25～33％(wt)，温度为40～55℃。

混合反应器A两端分别设有盐水入口和盐水出口，内部设有折流板，在侧壁上连接精制剂的输入端，精制剂的输入端是一个一端密封的圆柱状形体，在其侧壁上有开口以供精制剂输入混合反应器A中，混合反应器A放置时与水平面成5～15°的倾斜角。

膜过滤器中的过滤膜的孔径为0.001～0.2微米，膜过滤器至少有两组，一组正常生产，另一组清洗再生使用冲洗液对再生的膜过滤器的进行冲洗，冲洗液为工业软水，冲洗液由膜过滤器的透过液端的顶端开口送入，由截留端的开口处带着冲洗出的泥浆输出，洗水的压力不低于0.4MPa，正常生产的膜过滤器的操作压力降为0.15～0.3MPa，经过膜过滤器的盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子的含量在15mg·L^-1。

树脂塔中填充有螯合树脂，树脂塔的直径在100cm以上，树脂塔的操作压力降为0.1～0.2MPa，经过树脂塔后，盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子的含量在0.02mg·L^-1以下，树脂塔至少有两组，一组在线生产，另一组离线再生；当离开树脂塔的盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺等杂质离子的含量高于0.02mg·L^-1时，将此树脂塔撤线再生，采用软水、盐酸、氢氧化钠分步对树脂塔进行再生，再生液由树脂塔的底部入口送入，由顶部出口输出。

一种利用所述氯碱盐水净化装置的净化工艺，包括如下步骤：脱氨除氯后的盐水由泵送入压力罐，盐水在压力罐上方带压气体的作用下，由压力罐的底部输出送入混合反应装置A中，在混合反应装置A中，分别加入精制剂A、精制剂B、精制剂C，盐水中的SO₄ ^2-、Mg²⁺、Ca²⁺分别生成硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙沉淀，混合物料由混合反应装置A的出口输出送入膜过滤器的入口端，在膜过滤器中，沉淀物被过滤膜截留，以泥浆的形式从膜过滤器的底端输出，然后送入下一步过滤装置，透过液由膜过滤器输出端送入混合反应装置B，在混合反应装置B中，加入亚硫酸钠，盐水中的游离氯或高价氯被还原为氯离子，盐水由混合反应装置B的出口送入树脂塔的入口，经过树脂塔的进一步净化，盐水中的Mg²⁺、Ca²⁺降低至允许值后由树脂塔的底部出口输出，送入气液分离器，在气液分离器中，盐水中的气体分离出来，由气液分离器的顶部出口输出，与空气混合后送入压缩机的入口端，盐水由气液分离器的下部出口输出，送电解工序。

以年产30万吨烧碱的氯碱厂为例，选择8个压力罐，每个压力罐的体积是10m³，压力罐的顶端设有安全阀，当压力超过1MPa时，将自动泄压，将泄压排气口指向安全区域，将4个压力罐并为一组，分成两组，每组压力罐由一个泵供盐水，选择IS100-80125型离心泵，45℃左右的浓度为31％左右的盐水由泵从压力罐的中上部位的入口处送入，泵与压力罐之间设有止逆阀，防止压力罐中的盐水反冲入泵中，压力罐中的盐水液位控制在罐体有效高度的30％～60％，压力罐的压力上限控制在0.8MPa，下限控制在0.6MPa，由压缩机控制压力罐的压力，压力低于上限时，压缩机向相应的压力罐中充入气体，高于上限后压缩机停止充气，压缩机向压力罐充气的入口位于压力罐的顶部，压力罐中的盐水由罐的底部输出送入混合反应装置A中，如附图2所示，混合反应装置是一个密闭的流动反应体系，具有化学反应和输送的共同作用，盐水由入口端流入，在混合反应装置中设置有折流板，折流板可以起到促进混合的作用，保证盐水与精制剂混合均匀，向混合反应装置A中依次加入精制剂A(氯化钡)，精制剂B(氢氧化钠、三氯化铁)、精制剂C(碳酸钠)，精制剂的加入管深入到混合反应装置中，在加入管的侧壁上依次开有小孔，小孔可以促进精制剂与盐水混合均匀，盐水中的SO₄ ^2-、Ca²⁺、Mg²⁺杂质离子与精制剂反应分别生成硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙沉淀，带有沉淀的盐水送入膜过滤装置中，膜过滤装置由2个膜过滤器组成，分别记为膜过滤器A和膜过滤器B，两个膜过滤器一个在线生产，一个离线再生，膜过滤器中的过滤膜选择陶瓷类过滤膜，膜孔径为0.01～0.2微米，正常生产时压力降为0.2～0.3MPa，混合物料由混合反应装置A的出口输出送入其中一膜过滤器的顶部的入口端，在膜过滤器中，沉淀物被过滤膜截留，以泥浆的形式从膜过滤器的底端输出，然后送入下一步过滤装置，当膜过滤器透过液的流量低于100m³/h时，将此膜过滤器撤线再生，另一膜过滤器投入使用，使用冲洗液对撤线再生的膜过滤器的进行冲洗，冲洗液为工业软水，冲洗液由膜过滤器的透过液端的顶端开口送入，由截留端的开口处带着冲洗出的泥浆输出，洗水的压力不低于0.4MPa，当通过膜过滤器的冲洗液输入端与输出端的压力降低于0.2MPa后，再生结束，等待在线运行的膜过滤器撤线再生时投入使用，如此两个膜过滤器交替运行。在膜过滤器中，沉淀物被过滤膜截留，以泥浆的形式从膜过滤器的底端出口输出，在线生产的膜过滤器产生的泥浆与离线再生的膜过滤器产生的冲洗泥浆混合在一起，共同送入压滤机过滤，过滤所得滤渣送盐泥池，用清水洗涤盐泥，洗水送化盐工艺。在线生产的膜过滤器产生的透过液由膜过滤器的底部输出，送入混合反应装置B中，混合反应装置B也是一个密闭的具有混合和反应功作用的装置，如附图3所示，混合反应装置B中也设有折流板，折流板可以促进盐水与精制剂的混合，向混合反应装置B中加入精制剂D(亚硫酸钠)，盐水中的游离氯与亚硫酸钠反应生成氯负离子和硫酸钠，然后由混合反应装置B输出，送入树脂塔中，树脂塔中填充有离子交换树膜，可以将盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺等杂质离子的含量降至0.02mg·L^-1以下，以达电解工序的要求，树脂塔也由两组组成，一组在线生产，另一组离线再生。离开混合反应装置B的盐水从其中一树脂塔的顶部入口送入树脂塔中，当离开树脂塔的盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺等杂质离子的含量高于0.02mg·L^-1时，将此树脂塔撤线再生，另一树脂塔投入使用，采用软水、盐酸、氢氧化钠分步对树脂塔进行再生，再生液由树脂塔的底部入口送入，由顶部出口输出，再生结束后，此塔等待在线生产的树脂塔离线再生时投入使用，如此两塔交替运行。盐水经过树脂塔后送入气液分离器中，气液分离器的压力降至大气压，在气液分离器中，溶解于盐水的空气挥脱出来，由气液分离器的顶部输出，然后送出压缩机的入口端循环使用，当压缩机不工作时，气液分离器中输出的气体通入净化装置，净化装置采用吸收的形式，对气液分离器中存在的酸性气体进行吸收。

运行效果：由于压力罐中的压力稳定，泵的输入状态基本为非受限流动，泵的输入流量控制在75m³/h～115m³/h，泵的效率为72％～76％，传统的工艺中泵的流量在30m³/h～85m³/h，泵的效率为40％～73％，如附图4所示，原有的传统工艺中有相当长的时间泵是在低效率状态下运行，与传统的工艺相比，本工艺有效的节约了能源，降低了能耗。本工艺中泵输送的是不含有沉淀物的盐水，与传统工艺相比，含有沉淀的盐水不再与泵接触，有效的避免了沉淀在泵的内壁上附着，提高了泵的使用寿命。由于压力罐的稳压作用，膜过滤器中的过滤压力相对恒定，避免了传统工艺中由于过滤阻力增加而导致泵的出口压力急剧增大，滤饼变得更密实，导致过滤难度增大的问题，并且缓解了传统工艺中膜过滤器的膜面上附着的沉淀物难以洗净，膜的寿命降低等问题，本工艺使得过滤生产操作更加稳定，有效的提高了膜的使用寿命。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种氯碱盐水净化装置，包括泵、压力罐、压缩机、混合反应装置A、膜过滤器、混合反应装置B、净化装置、树脂塔、气液分离器、盐泥池；其特征在于，所述泵通过止逆阀与压力罐的上部入口相连，压力罐的底部出口与混合反应装置A的入口相连，混合反应装置A的出口与膜过滤器顶部的入口相连，膜过滤器的清液出口侧与混合反应装置B的入口相连，膜过滤器的底部出口与盐泥池相连，混合反应装置B的出口与树脂塔的顶部入口相连，树脂塔的出口与气液分离器的中部入口相连，气液分离器的顶部气相出口气体与空气混合后送入压缩机的入口，气液分离器的顶部出口还与净化装置相连，压缩机的出口与压力罐的顶部入口相连；

压力罐由多组压力罐并联组成，压力罐的材质为不锈钢、铸铁或塑钢，压力罐的顶部有压力检测装置，压力罐顶还设有安全阀门，当压力罐中的压力超过1MPa后安全阀启动，安全装置是重锤杠杆式安全阀或弹簧式安全阀，所述压力罐中的压力为0.3～0.9MPa，压力罐中的液位为罐体有效高度的30%～70%，压力罐中的盐水经泵由压力罐的中上部送入，压力罐中盐水的浓度为25～33%（wt），温度为40～55℃；

混合反应器A两端分别设有盐水入口和盐水出口，内部设有折流板，在侧壁上连接精制剂的输入端，精制剂的输入端是一个一端密封的圆柱状形体，在其侧壁上有开口以供精制剂输入混合反应器A中，混合反应器A放置时与水平面成5～15°的倾斜角；

膜过滤器中的过滤膜的孔径为0.001～0.2微米，膜过滤器至少有两组，一组正常生产，另一组清洗再生，使用冲洗液对再生的膜过滤器进行冲洗，冲洗液为工业软水，冲洗液由膜过滤器的透过液端的顶端开口送入，由截留端的开口处带着冲洗出的泥浆输出，洗水的压力不低于0.4MPa，正常生产的膜过滤器的操作压力降为0.15～0.3MPa，经过膜过滤器的盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子的含量在15mg·L^-1；

树脂塔中填充有螯合树脂，树脂塔的直径在100cm以上，树脂塔的操作压力降为0.1～0.2MPa，经过树脂塔后，盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子的含量在0.02mg•L^-1以下，树脂塔至少有两组，一组在线生产，另一组离线再生，当离开树脂塔的盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺杂质离子的含量高于0.02mg•L^-1时，将此树脂塔撤线再生，采用软水、盐酸、氢氧化钠分步对树脂塔进行再生，再生液由树脂塔的底部入口送入，由顶部出口输出。

2.如权利要求1所述的一种氯碱盐水净化装置，其特征在于，在混合反应器A中分别加入精制剂A、精制剂B、精制剂C，精制剂A为氯化钡，精制剂B为氢氧化钠与三氯化铁，精制剂C为碳酸钠，分别用于沉降硫酸根、镁离子、钙离子。

3.如权利要求1所述的一种氯碱盐水净化装置，其特征在于，混合反应装置B中加有精制剂D，精制剂D为亚硫酸钠。

4.如权利要求1所述的一种氯碱盐水净化装置，其特征在于，止逆阀为旋启式止回阀、升降式止回阀或碟式止回阀。

5.一种利用如权利要求1-4任一所述氯碱盐水净化装置的净化工艺，其特征在于，包括如下步骤：脱氨除氯后的盐水由泵送入压力罐，盐水在压力罐上方带压气体的作用下，由压力罐的底部输出送入混合反应装置A中，在混合反应装置A中，分别加入精制剂A、精制剂B、精制剂C，盐水中的SO₄ ^2-、Mg²⁺、Ca²⁺分别生成硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙沉淀，混合物料由混合反应装置A的出口输出送入膜过滤器的入口端，在膜过滤器中，沉淀物被过滤膜截留，以泥浆的形式从膜过滤器的底端输出，然后送入下一步过滤装置，在线生产的膜过滤器产生的泥浆与离线再生的膜过滤器产生的冲洗泥浆混合在一起，共同送入压滤机过滤，过滤所得滤渣送盐泥池，用清水洗涤盐泥，洗水送化盐工艺；透过液由膜过滤器输出端送入混合反应装置B，在混合反应装置B中，加入亚硫酸钠，盐水中的游离氯或高价氯被还原为氯离子，盐水由混合反应装置B的出口送入树脂塔的入口，经过树脂塔的进一步净化，盐水中的Mg²⁺、Ca²⁺降低至允许值后由树脂塔的底部出口输出，送入气液分离器，在气液分离器中，盐水中的气体分离出来，由气液分离器的顶部出口输出，与空气混合后送入压缩机的入口端，盐水由气液分离器的下部出口输出，送电解工序。