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InnovOx 總有機碳 TOC 分析儀在氯堿行業的應用

發布:蘇伊士水務技術(上海)有限公司
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概況 

       很多成品最終質量完全由原材料的初始質量決定, 如聚合物、有機和無機溶劑、清潔劑、紙和殺蟲劑。 最普遍的原材料是氯氣與氫氧化鈉等,由氯堿行業生產。 

       氯堿工藝就是通過電解近飽和、飽和以及超飽和的鹽水來制取氫氧化鈉和氯氣。在強電流下,鹽水分解產生氫氧化鈉、氯氣和氫氣。這就是氯堿工藝, 工藝過程越高效,產品質量和利潤就越高。 

       世界氯堿年產量已超過了 4500 萬噸,其中北美和亞洲合計產出 1400 萬噸,歐洲 1000 萬噸,許多其 他區域提供余下的 2100 萬噸。

生產方法 

       圖 1 即為氯堿制造的大致的流程,從原始的鹽水溶 液開始。鹽水溶液濃度在 3.5% - 28.0%之間。對 此溶液用鹽使之飽和、過濾、然后置入電解池。通強電流后,溶液被電解生成氯氣、氫氣和產生苛性堿溶液。此過程生成的三種產物都被凈化,然后出售或用于其他內部工藝。進入電解池前,在鹽水處理工藝的任何工藝點(如灰色區域所示)都可以進行總有機碳 TOC 檢測。 

圖 1 氯堿工藝.png

圖 1 氯堿工藝

       在苛性堿溶液工藝區(橙色區域),可以進行氫氧 化鈉溶液中無機碳(IC)的質量保證檢測。

       飽和食鹽水在直接電流刺激下被電解,在陽極產生 氯氣,在陰極產生氫氧化鈉和氫氣。 為了避免氫氧化鈉、氫氣,與氯氣發生化學反應,在電解槽中插入一張有孔的隔膜將其隔為陽極室和陰極室 (見圖 2)。

       隨著氫氧化鈉在陰極富集,水被分解成氫氣和氫氧根離子,化學方程式如 下: 2Na+ + 2H2O + 2e-→ H2+ 2NaOH 要電解出氫氧化鈉必須防止氫氧化鈉和氯氣發生反應。通常,有三種處理方式:在電解槽中加入汞池、隔膜法和使用隔膜池工藝。其中,隔膜池工藝是最經濟有效的電解制堿方法,因為它耗電最少,在堿濃縮過程中需要的蒸汽也相對較少。 

       膜池工藝使用全氟磺酸膜,具有離子選擇性,以分隔陽極與陰極反應。只有鈉離子和少量的水可以通過這張膜。 這樣可以生產高質量的氫氧化鈉(NaOH)。

圖 2 氯堿生產.png

圖 2 氯堿生產

為什么檢測總有機碳? 

       精良的氯堿工藝是建立在嚴格的變量控制基礎上的, 電化過程中的各種影響因子需被監測和控制在一個穩定水平。其中一項重要指標就是鹽水溶液中的總有機碳含量。通常,溶液中的總有機碳含量不能超過 10ppm。低于這個值,離子膜可以正常使用,但如果高于這個值,過量的有機物則可能會使溶液發泡阻塞離子膜,局部脫水,嚴重的甚至灼燒離子膜。 一旦離子膜遭到破壞,就必須重換一張以確保最佳 效果。如果繼續使用原離子膜,就必須大幅加強電壓。不管用何種方法處理,一旦制堿過程受到干擾, 生產成本就會增加。

Sievers InnovOx方法學 

       Sievers 分析儀在總有機碳分析領域一直引領創新的潮流,旨在為最困難的基體提供最有力的分析儀。 Sievers InnovOx 總有機碳分析儀在原有基礎上進一步創新 , 采用超有效的超臨界水氧化 (Supercritical Water Oxidation,SCWO)技術, 能連續分析成百上千的水樣,而無需重新校準,無 需系統維護,無更換部件。 

       Sievers InnovOx 分析儀的工作原理基于濕化學氧化技術,在水樣中加入酸和氧化劑。通過吹掃去除無機碳,然后在升高的溫度下樣品被過硫酸鹽氧化。 產生的二氧化碳被非色散紅外光度計檢測。

       分析儀內部配有加溫裝 置使水樣和試劑溫度升高,促進有效的氧化反 應,并使液態水轉化成超臨界水。到這個階段 就產生了超臨界水氧化 (SCWO)現象。這一突破性技術實現了99% 的氧化效率,確保分析結果有很高的準確度和 精確度。 

       同時,每次分析過程結束,InnovOx分析器都會自動去除樣品基體中 的污物雜質,以保證沒有鹽或者氧化副產物遺 留在反應室、管道或閥中。

樣品數據 

       表1和圖3的數據顯示了氯化鈉溶液中總有機碳含量的回收率。這說明InnovOx能夠有效分析TOC,不被溶液中的鹽離子影響。數據表明InnovOx能夠測定飽和鹽水溶液中的TOC。

表1 TOC 回收率


飽和 NaCl 溶液
平均值4.20 ppm
標準偏差SD0.13 ppm
相對標準偏差RSD%3%

image.png

圖3 NaCl回收率

結論 

       氯堿行業負責為成千上萬的消費產品提供原材料。 產品的制造商需要一個可接受的純度起始水平,以保證最終產品的質量。氯堿行業通過使用TOC及幾個其他的關鍵指標來監測其制造工藝的純度。

       InnovOx分析儀重新定義了飽和鹽水分析的生產量和生產效率。以前使用燃燒法分析儀需要兩周才能完成分析的水樣,現在使用InnovOx一個晚上就能解決,成本非常小。得益于先進的超臨界水氧化 (SCWO)技術,Sievers InnovOx總有機碳TOC分析儀可以對各種困難基體的水樣進行分析,可靠、 方便、最低維護。



2019-11-06 14:13:28
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