30万吨年烧碱和30万吨年聚氯乙烯节能减排技术改造项目4.工程分析.doc

4 工程分析 4.1生产方法及反应原理 4.1.1烧碱生产方法及反应原理 本项目烧碱生产由盐水制备工序、电解工序、蒸发固碱工序、氯氢处理工序和氯化氢及盐酸工序共计5个工序组成。 4.1.1.1盐水制备工序 盐水制备工序包括盐水一次精制和淡盐水浓缩两部分。 1、盐水一次精制 盐水中的杂质主要由卤水中带来，主要由Ca2+、Mg2+等，这些杂质会影响离子交换膜的性能和使用寿命，降低电流效率，增加膜压降，对电解食盐生产烧碱是不经济的，所以这些杂质必须除去。 盐水一次精制采用化学法将上述杂质逐一清楚，反应方程式如下： 除Ca2+：CO32- + Ca2+ → CaCO3↓ 除Mg2+：OH- + Mg2+ → Mg(OH)2↓ 2、淡盐水浓缩 由于电解工序来的淡盐水含有较多的SO42--，需要脱除部分SO42-（脱硝）后再浓缩回用，本项目拟采用热泵蒸发浓缩盐硝联产工艺脱除硫酸根。热泵蒸发浓缩工艺是近几年发展起来的工艺，热泵的工作原理如下：蒸发产生的二次蒸汽温度较低，但含有大量潜热，该二次蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后送回原蒸发器的换热器用作热源，以充分利用蒸汽的潜热。 热泵蒸发工艺的特点是开车初期以生蒸汽为热源，待正常运行后采用热泵将二次蒸汽再压缩，将电能转变为热能，提高二次蒸汽的焓。 4.1.1.2电解工序 电解工序包括二次盐水精制、电解和淡盐水脱氯三部分离子交换树脂塔进一步将盐水中微量等多价阳离子除去，使其含量小于规定值。主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该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，。反应式如下所示： NaCl － e → Na+ ＋ 1/2 Cl2↑ H2O ＋ e → OH- ＋ 1/2 H2↑ 离子膜电解槽排出的淡盐水含有游离氯，腐蚀性高，必须脱除游离氯后才能送回一次盐水工序进行重饱和。经真空脱氯后的淡盐水含游离氯≤30mg/l。然后加亚硫酸钠进行化学脱氯以除净游离氯。 SO32-→SO42--+Cl- 淡盐水中除含外ClO-，还含有ClO3-，由于淡盐水在脱氯后又返回一次盐水工序重饱和，如此循环使用，导致淡盐水中的含量累积增高。为了分解在电解槽阳极室生成的，一部分淡盐水送至氯酸盐反应槽并加入过量盐酸，使氯酸盐分解成氯化钠和氯气并加以回收。→1/2Cl2+3H2O 4.1.1.3蒸发固碱工序 利用三效逆流降膜蒸发和降膜浓缩技术将来自电解工序的32%液碱蒸发浓缩为50%的液碱和固碱。 4.1.1.4氯氢处理工序 从电解槽出来的湿氯气温度较高，并含有大量水蒸气和盐雾等杂质，这种湿氯气对管道和设备有强烈的腐蚀作用，所以氯气的干燥是生产和使用氯气过程中必须的。氯气干燥前先使氯气冷却，使湿氯气大部分水蒸气冷凝除去，然后用干燥剂（硫酸）进一步去除水分。 氢气处理的目的主要是冷却，同时在冷却过程中通过冷凝作用去除水分。 4.1.1.5氯化氢及盐酸工序 氯气二合一石墨合成炉内进行燃烧，生成氯化氢气体。生成的氯化氢气体经氯化氢冷却水槽和氯化氢冷却器冷却后通过氯化氢分配台部分送VCM装置作原料，部分送高纯盐酸吸收系统，用纯水吸收制成高纯盐酸供烧碱装置自用。2+H2=2HCl 4.1.2聚氯乙烯生产方法及反应原理 本项目聚氯乙烯生产由乙炔的发生和净化工序、氯乙烯单体合成及净化、氯乙烯的聚合工序共计3个工序组成。 4.1.2.1乙炔发生及清净 电石与水反应生成乙炔和氢氧化钙： 反应：CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2↑+127.3KJ/mol 副反应：CaO+H2O —→ Ca(OH)2+62.76kJ/molCaS+2H2O —→ Ca(OH)2+H2S Ca3P2+6H2O —→ 3Ca(OH)2+2PH3，Ca3N2+6H2O —→ 3Ca(OH)2+2NH3 Ca2Si+4H2O —→ 2Ca(OH)2+SiH4，Ca3As2+6H2O —→ 3Ca(OH)2+2AsH3 在生成乙炔的同时还产生许多杂质气体。用粗乙炔气来生产氯乙烯是不适宜的，容易造成合成工段触媒中毒以及影响聚氯乙烯质量，为此必须进行清净处理。 常用的清净剂是次氯酸钠，将乙炔中的硫化氢、磷化氢等气体杂质氧化成酸性物质（溶液）而除去，其反应式如下： 4NaOCl+H2S → H2SO4+4NaCl，4NaOCl+PH3—→H3PO4+4NaCl 从上述清净化学反应看到，清净过程产生了酸性物质，这些酸性物质需用NaOH进行中和。经中和除雾净化后的乙炔送至下步工序乙炔与氯化氢在氯化汞催化剂的作用下反应生成氯乙烯（VCM）： 反应：C2H2+HCl=C2H3Cl+Ql+HCl = CH3-CHCl2（二氯乙烷） 在氯乙烯单体合成中HCl过量，需经水洗