片堿(化學(xué)名稱為氫氧化鈉,NaOH)的主流生產(chǎn)工藝為電解法,占全球產(chǎn)量的 95% 以上,傳統(tǒng)的苛化法因產(chǎn)能、成本限制已逐漸減少應(yīng)用。其核心原理是通過電解氯化鈉(食鹽)溶液生成氫氧化鈉,再經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、成型等步驟制成片狀固體。
電解法的核心是利用電解槽將氯化鈉溶液分解為氫氧化鈉、氯氣和氫氣,三種技術(shù)路線的差異主要在于電解槽的結(jié)構(gòu)和離子交換方式,具體對比如下:
當(dāng)前主流選擇:離子膜法因環(huán)保、高效的優(yōu)勢,已成為全球片堿生產(chǎn)的首選工藝,國內(nèi)新建項(xiàng)目基本全部采用該技術(shù)。
- 原料:工業(yè)食鹽(NaCl)、純水。
- 步驟:
- 將食鹽溶解為飽和鹽水(濃度約 31%);
- 加入氫氧化鈉、碳酸鈉等藥劑,去除鹽水中的 Ca2?、Mg2?等雜質(zhì)(生成 CaCO?、Mg (OH)?沉淀);
- 通過過濾、離子交換樹脂進(jìn)一步凈化,得到純度≥99.9% 的精制鹽水(雜質(zhì)含量<0.1mg/L,避免污染離子膜)。
- 設(shè)備:離子膜電解槽(由陽極、陰極、陽離子交換膜組成)。
- 反應(yīng)原理:
- 陽極(鈦材,涂覆貴金屬涂層):2Cl? - 2e? → Cl?↑(生成氯氣,收集后用于化工產(chǎn)品或液化儲(chǔ)存);
- 陰極(鎳材):2H?O + 2e? → H?↑ + 2OH?(生成氫氣,可作為燃料或化工原料);
- 離子遷移:Na?通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū),與 OH?結(jié)合生成 NaOH(陰極區(qū)得到濃度約 32% 的液堿)。
- 原因:電解得到的 32% 液堿含水量高,需濃縮至高濃度才能制成片堿。
- 步驟:
- 將 32% 液堿送入三效蒸發(fā)器,通過蒸汽加熱蒸發(fā)水分(利用負(fù)壓降低沸點(diǎn),減少能耗);
- 濃縮至濃度約 50% 的液堿( intermediate concentration );
- 進(jìn)一步送入降膜蒸發(fā)器,加熱至高溫(約 380℃),濃縮至濃度≥98.5% 的熔融堿(熔融狀態(tài)的 NaOH)。
- 設(shè)備:片堿機(jī)(主要為轉(zhuǎn)鼓式片堿機(jī))。
- 步驟:
- 熔融堿(98.5% 以上)被均勻噴灑在冷卻轉(zhuǎn)鼓表面(轉(zhuǎn)鼓內(nèi)通冷卻水);
- 熔融堿在轉(zhuǎn)鼓表面快速冷卻凝固,形成厚度 1-3mm 的堿膜;
- 通過刮刀將堿膜刮下,切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的片狀(即片堿成品);
- 經(jīng)冷卻、篩選后,包裝為 25kg / 袋的工業(yè)級(jí)片堿(部分高端產(chǎn)品采用噸包包裝)。
- 氯氣:經(jīng)冷卻、干燥、壓縮后,可用于生產(chǎn) PVC、鹽酸、次氯酸鈉等;
- 氫氣:經(jīng)純化后,可作為鍋爐燃料、合成氨原料,或用于氫燃料電池;
- 廢水:蒸發(fā)過程產(chǎn)生的冷凝水,經(jīng)處理后可回用于鹽水制備,實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)。
- 原理:利用碳酸鈉(Na?CO?,純堿)與氫氧化鈣(Ca (OH)?,石灰乳)反應(yīng)生成氫氧化鈉。
- 反應(yīng)式:Na?CO? + Ca (OH)? → 2NaOH + CaCO?↓。
- 不足:
- 原料成本高(純堿價(jià)格高于食鹽);
- 產(chǎn)品純度低(含未反應(yīng)的 Ca (OH)?、CaCO?雜質(zhì));
- 產(chǎn)生大量碳酸鈣廢渣,環(huán)保處理壓力大;
- 產(chǎn)能低,無法滿足大規(guī)模工業(yè)需求,目前僅在少數(shù)小型企業(yè)或特殊場景使用。