CN109468656B - 电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置及其应用 - Google Patents

电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于纯碱制造领域，特别涉及电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置及其应用。电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置包括第一电解槽、第二电解槽、第一电解槽的阳极室、第一电解槽的阴极室、第二电解槽的阴极室、第二电解槽的阳极室、化盐车间、第一氯气净化器、稀NaOH储罐、氢气净化器、第二氯气净化器、除碳器、洗气塔、氨气解吸塔、气体分离塔和按照工艺相连接的管道。将制碱时沉淀了碳酸氢钠的母液首先导入到除碳器进行除碳后，再依次在两个电解槽内分别进行电解。电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺克服了现有技术的不足，杜绝了纯碱生产过程中碱渣的产生，既实现了纯碱生产过程中氯化钠的全组分利用，又同时生产火碱。

Description

电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置及其应用
技术领域
本发明属于纯碱制造领域，特别涉及一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺及其应用。
背景技术
纯碱作为重要的基础化工原料，广泛应用于冶金、化工、建材等行业。2017年中国大陆纯碱产量为2677.1万吨，位居世界第一。制碱工艺包括：联碱法、氨碱法和天然碱法。
目前，氯化钠是一种价廉易得的获取钠离子的原料。在联碱法(侯德榜法)中，氯化钠中的氯，进入了氯化铵产品。在氨碱法中，氯化钠中的氯，进入了碱渣。在一定的历史时期，联碱法(侯德榜法)的氯化铵产品对农业生产起了极大的促进作用，但是，氯化铵并不适用于碱性土壤和许多的忌氯作物，尽管氯化铵在其他部门有所消费，但是总体而言，氯化铵的产能过剩，联碱法(侯德榜法)不再是一种清洁生产工艺。氨碱法(Solvay法)中，碳酸氢钠母液中的铵，先被苛化，然后蒸出，氨循环使用。在氨碱法(Solvay法)的整个循环中，除一部分的挥发损失外，氨在氨碱法(Solvay法)中作为催化剂存在。但是，铵的苛化蒸出需要产生大量碱渣。每生产1吨纯碱，至少产生1.05吨的碱渣(至少1.05吨氯化钙，不计入氯化钙溶于水中对水和土壤的污染，下同)。碱渣的产生，一方面带来了能源资源的浪费，另一方面碱渣带来了严重的污染隐患。
综上所述，联碱法(侯德榜法)和氨碱法(Solvay法)制备纯碱时，原料氯化钠只有钠进入了产品，氯化钠的利用率只有39.3％。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的提供了一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置及其应用。在电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺内，沉淀出碳酸氢钠的母液首先在除碳器内将沉淀出碳酸氢钠的母液中的二氧化碳从液体中脱除。除碳后的液体再依次在两个电解槽内分别进行电解。所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺克服了现有技术的不足，杜绝了纯碱生产过程中碱渣的产生，既实现了纯碱生产过程中氯化钠的全组分利用，又同时生产火碱。
为达此目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明的第一方面，提供一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其包括第一电解槽1、第二电解槽2、第一电解槽的阳极室3、第一电解槽的阴极室4、第二电解槽的阴极室5、第二电解槽的阳极室6、化盐车间7、第一氯气净化器8、稀NaOH储罐9、氢气净化器10、第二氯气净化器11、除碳器、12、洗气塔13、氨气解吸塔14、气体分离塔15和按照工艺相连接的管道。
优选地，所述的除碳器12内通入两种液体，第一种液体是制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，第二种液体是盐酸溶液。
优选地，所述的除碳器12内分别排出脱除了碳酸氢根的液体和含有二氧化碳的气体。
优选地，所述的第一电解槽1和第二电解槽2都是阳离子隔膜电解槽。
优选地，所述的第一电解槽1的阴极室4通入从除碳器12排出的脱除了碳酸氢根的液体，阳极室3通入制碱工艺中精制后的盐水。
优选地，所述的第一电解槽1的阴极室4收集的混合气，进入到气体分离塔15。
优选地，所述的第一电解槽1的阴极室4流出的液体，进入到氨气解吸塔14。
优选地，所述的气体分离塔15用于分离氨气和氢气。
优选地，所述的氨气解吸塔14用于解吸从第一电解槽1的阴极室4流出的液体中的氨。
优选地，所述的第一电解槽1的阳极室收集的气体进入到第一氯气净化器8。
优选地，所述的第一电解槽1的阳极室流出的液体返回到化盐车间7。
优选地，所述的第一氯气净化器8用于得到净化的氯气。
优选地，所述的第二电解槽2的阴极室5通入稀的氢氧化钠溶液，阳极室6通入氨气解吸塔9内解吸了氨气的液体。
优选地，所述的第二电解槽2的阴极室5收集氢气和流出的浓的氢氧化钠溶液。
优选地，所述的第二电解槽2的阳极室6收集氯气和流出氢氧化钠和碳酸钠的混合液。
优选地，所述的5阴极室收集的氢气进入氢气净化器。
优选地，所述的阳极室6收集的氯气进入第二氯气净化器11。
优选地，所述的阳极室6流出氢氧化钠的溶液中，含有极少量的氯化钠。
优选地，所述的阳极室6流出氢氧化钠的溶液，既可以直接用于蒸发浓缩制备满足浓度要求的氢氧化钠产品，也可以进入到稀NaOH储罐。
本发明的第二方面提供电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置在制碱中的应用。
与已有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述的一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺用于无碱渣的制碱；
2、本发明所述的一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺同时联产烧碱；
3、本发明所述的一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺用于制备纯碱时，氯化钠的利用率为100％，同时副产氯气和氢气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺图。
1-第一电解槽；2-第二电解槽；3-第一电解槽的阳极室；4-第一电解槽的阴极室；5-第二电解槽的阴极室；6-第二电解槽的阳极室；7-化盐车间；8-第一氯气净化器；9-稀NaOH储罐；10-氢气净化器；11-第二氯气净化器；12-除碳器；13-洗气塔；14-氨气解吸塔；15-气体分离塔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
具体实施例1
按照图1，组合电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺。将电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺在实验室规模上处理制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为40.0L/hr。
向除碳器12内通入两种液体，第一种液体是制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为40.0L/hr，第二种液体是盐酸溶液。除碳器12内分别排出脱除了碳酸氢根的液体和含有二氧化碳的气体。对除碳器12内排出的脱除了碳酸氢根的液体进行检验，检验结果表明脱除了碳酸氢根的液体中碳酸氢根的含量极低时，将脱除了碳酸氢根的液体导入第一电解槽1的阴极室4。
第一电解槽1的阳极室3通入制碱工艺中精制后的盐水。从第一电解槽1的阴极室4收集混合气后将混合气导入到气体分离塔15。第一电解槽1的4流出的液体，进入到氨气解吸塔14。气体分离塔15用于分离氨气和氢气。氨气解吸塔14用于解吸从第一电解槽1的阴极室4流出的液体中的氨。第一电解槽1的阳极室收集的气体，导入到第一氯气净化器8。第一电解槽1的阳极室流出的液体，返回到化盐车间7。第一氯气净化器8用于得到净化的氯气。
氨气解吸塔9内解吸了氨气的液体，经过氨气浓度检验合格后，导入到第二电解槽2的阳极室6。第二电解槽2的阴极室5通入稀的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阴极室5收集氢气和流出的浓的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阳极室6收集氯气和流出氢氧化钠溶液。阴极室5收集的氢气进入氢气净化器。阳极室6收集的氯气进入第二氯气净化器11。阳极室6流出氢氧化钠的溶液中，含有极少量的氯化钠，既可以直接用于蒸发浓缩制备满足浓度要求的氢氧化钠产品，也可以进入到稀NaOH储罐9。
具体实施例2
按照图1，组合电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺。将电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺在中试规模上处理制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为2.0m3/hr。
向除碳器12内通入两种液体，第一种液体是制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为2.0m3/hr，第二种液体是盐酸溶液。除碳器12内分别排出脱除了碳酸氢根的液体和含有二氧化碳的气体。对除碳器12内排出的脱除了碳酸氢根的液体进行检验，检验结果表明脱除了碳酸氢根的液体中碳酸氢根的含量极低时，将脱除了碳酸氢根的液体导入第一电解槽1的阴极室4。
第一电解槽1的阳极室3通入制碱工艺中精制后的盐水。从第一电解槽1的阴极室4收集混合气后将混合气导入到气体分离塔15。第一电解槽1的阴极室4流出的液体，进入到氨气解吸塔14。气体分离塔15用于分离氨气和氢气。氨气解吸塔14用于解吸从第一电解槽1的阴极室4流出的液体中的氨。第一电解槽1的阳极室收集的气体，导入到第一氯气净化器8。第一电解槽1的阳极室流出的液体，返回到化盐车间7。第一氯气净化器8用于得到净化的氯气。
氨气解吸塔9内解吸了氨气的液体，经过氨气浓度检验合格后，导入到第二电解槽2的阳极室6。第二电解槽2的阴极室5通入稀的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阴极室5收集氢气和流出的浓的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阳极室6收集氯气和流出氢氧化钠溶液。阴极室5收集的氢气进入氢气净化器。阳极室6收集的氯气进入第二氯气净化器11。阳极室6流出氢氧化钠的溶液中，含有极少量的氯化钠，既可以直接用于蒸发浓缩制备满足浓度要求的氢氧化钠产品，也可以进入到稀NaOH储罐9。
具体实施例3
按照图1，组合电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺。将电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工在小规模工业生产中处理制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为10.0m3/hr。碱厂沉淀碳酸氢钠后的浆液中取10.0m3/hr的流量进入本工艺，其余部分用于碱厂现有的蒸氨工序。
向除碳器12内通入两种液体，第一种液体是制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为10.0m3/hr，第二种液体是盐酸溶液。除碳器12内分别排出脱除了碳酸氢根的液体和含有二氧化碳的气体。对除碳器12内排出的脱除了碳酸氢根的液体进行检验，检验结果表明脱除了碳酸氢根的液体中碳酸氢根的含量极低时，将脱除了碳酸氢根的液体导入第一电解槽1的阴极室4。
第一电解槽1的阳极室3通入制碱工艺中精制后的盐水。从第一电解槽1的阴极室4收集混合气后将混合气导入到气体分离塔15。第一电解槽1的阴极室4流出的液体，进入到氨气解吸塔14。气体分离塔15用于分离氨气和氢气。氨气解吸塔14用于解吸从第一电解槽1的阴极室4流出的液体中的氨。第一电解槽1的阳极室收集的气体，导入到第一氯气净化器8。第一电解槽1的阳极室流出的液体，返回到化盐车间7。第一氯气净化器8用于得到净化的氯气。
氨气解吸塔9内解吸了氨气的液体，经过氨气浓度检验合格后，导入到第二电解槽2的阳极室6。第二电解槽2的阴极室5通入稀的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阴极室5收集氢气和流出的浓的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阳极室6收集氯气和流出氢氧化钠溶液。阴极室5收集的氢气进入氢气净化器。阳极室6收集的氯气进入第二氯气净化器11。阳极室6流出氢氧化钠的溶液中，含有极少量的氯化钠，直接将这些氢氧化溶液进行蒸发浓缩制备固体颗粒的氢氧化钠。
具体实施例4
按照图1，组合电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺。将电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工在小规模工业生产中处理制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为10.0m3/hr。碱厂沉淀碳酸氢钠后的浆液中取10.0m3/hr的流量进入本工艺，其余部分用于碱厂现有的蒸氨工序。
向除碳器12内通入两种液体，第一种液体是制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，母液流量为10.0m3/hr，第二种液体是盐酸溶液。除碳器12内分别排出脱除了碳酸氢根的液体和含有二氧化碳的气体。对除碳器12内排出的脱除了碳酸氢根的液体进行检验，检验结果表明脱除了碳酸氢根的液体中碳酸氢根的含量极低时，将脱除了碳酸氢根的液体导入第一电解槽1的阴极室4。
第一电解槽1的阳极室3通入制碱工艺中精制后的盐水。从第一电解槽1的阴极室4收集混合气后将混合气导入到气体分离塔15。第一电解槽1的阴极室4流出的液体，进入到氨气解吸塔14。气体分离塔15用于分离氨气和氢气。氨气解吸塔14用于解吸从第一电解槽1的阴极室4流出的液体中的氨。第一电解槽1的阳极室收集的气体，导入到第一氯气净化器8。第一电解槽1的阳极室流出的液体，返回到化盐车间7。第一氯气净化器8用于得到净化的氯气。
氨气解吸塔9内解吸了氨气的液体，经过氨气浓度检验合格后，导入到第二电解槽2的阳极室6。第二电解槽2的阴极室5通入稀的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阴极室5收集氢气和流出的浓的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阳极室6收集氯气和流出氢氧化钠溶液。阴极室5收集的氢气进入氢气净化器。阳极室6收集的氯气进入第二氯气净化器11。阳极室6流出氢氧化钠的溶液中，含有极少量的氯化钠，将这部分溶液泵入稀NaOH储罐9，作为中间产品，备用。
所述的一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺，应用于制碱领域。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺特征以及使用方法，但本发明并不局限于上述详细工艺特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用设备的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，包括第一电解槽、第二电解槽、第一电解槽的阳极室、第一电解槽的阴极室、第二电解槽的阴极室、第二电解槽的阳极室、化盐车间、第一氯气净化器、稀NaOH储罐、氢气净化器、第二氯气净化器、除碳器、洗气塔、氨气解吸塔、气体分离塔和连接管道；其中：
所述除碳器内通入第一液体和第二液体，并分别排出脱除碳酸氢根的液体和含有二氧化碳的气体，所述含有二氧化碳的气体进入所述洗气塔，其中，所述第一液体是制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，和所述第二液体是盐酸溶液；
所述第一电解槽的阳极室通入制碱工艺中的精制盐水，且其产生的气体进入到所述第一氯气净化器，所述第一电解槽的阴极室通入从所述除碳器排出的脱除碳酸氢根的液体，且其产生的混合气进入到所述气体分离塔；
所述第二电解槽的阳极室通入所述氨气解吸塔内解吸了氨气的液体，并产生氯气和流出氢氧化钠溶液，所述氯气进入所述第二氯气净化器，所述第二电解槽的阴极室通入稀氢氧化钠溶液，并产生氢气和流出浓氢氧化钠溶液，所述氢气进入所述氢气净化器。
2.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第一电解槽是阳离子隔膜电解槽。
3.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述气体分离塔设置为能够分离氨气和氢气。
4.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述氨气解吸塔设置为解吸从所述第一电解槽的阴极室流出的液体中的氨。
5.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第一电解槽是阳离子隔膜电解槽，且第一电解槽的阳极室流出的液体返回到所述化盐车间。
6.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第一氯气净化器设置为能够得到净化的氯气。
7.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第二电解槽是阳离子隔膜电解槽。
8.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第二电解槽的阳极室流出氢氧化钠的溶液中含有氯化钠。
9.根据权利要求1所述的电解前除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第二电解槽的阳极室流出的氢氧化钠溶液直接用于蒸发浓缩制备氢氧化钠产品，或者进入到所述稀NaOH储罐。
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