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氯气处理工艺技术方案的选择


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第’期 "&&5 年 ’ 月

中国氯碱

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氯气处理工艺技术方案的选择
闫 健, 郭世杰, 刘国庆 (山东华阳农药化工集团氯碱厂,

山东 泰安 ",!’!!) 摘 要: 通过对氯气处理工艺存在问题的分析, 在新建装置中选择了适合自身生产特点的先进生产工 艺, 便于生产控制, 使新装置达到安全、 稳定、 环保运行, 并发挥了应有作用和效率。 关键词: 氯气处理; 冷却; 干燥; 压缩; 纳氏泵 中图分类号: 01!!’2" 文献标识码: 3 文章编号: ("&&5 ) !&&-4!,() &’4&&!54&.

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! 前言
氯气处理是氯碱生产中的关键工序,氯气处理 运行的质量直接影响电解装置安全、稳定生产以及 电解槽运行的质量和寿命。处理后的氯气质量直接 影响着液氯装置运行质量和其他用氯装置的生产运 行。 国内各氯碱企业选择不同的氯气处理生产工 艺, 控制水平和操作要求也大不相同, 处理后的氯气 质量特别是氯中含水也有差异。 近年来,特别是离子膜电解技术和装置的普遍 应用, 对氯气处理提出了更高要求。 各企业在氯气处 理上对工艺、 设备、 控制方式进行探讨, 力求工艺更 合理、 装置更先进、 操作更稳定、 消耗更低、 效率更 高、 质量 更 好 , 一大批新技术、 新工艺、 新材料得到 应用, 对整个氯碱行业的发展起到了推动作用。山 东华阳农药化工集团氯碱厂 (简称华阳氯碱厂) , 原 有! 套 " 万 # $ % 隔膜电解装置,为该公司农药及其他 化工产品提供烧碱、 氯气和氢气。 虽然该装置氯气处 理系统经过几次改进, 但因工艺、 设备和操作水平落 后, 对整个生产装置稳定运行造成一定的影响, 而由 于氯气中含水不稳定,给后续工序生产带来安全隐

患。 近几年来, 随着华阳科技上市成功, 集团公司迅 速壮大,新的农药品种不断增加和精细化工产品的 建成投产, 对烧碱、 氯气和氢气、 盐酸的需求量大增, 需要扩大烧碱生产能力。"&&’ 年初, 经考查论证, 决 定建设 ! 套离子膜烧碱生产装置,其中氯气处理工 序选择国内的先进工艺。

" 原氯气处理工艺流程
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原氯气生产工艺 华阳氯碱厂已有二十多年生产历史, 氯气处理工 艺虽然经过多次改造, 但仍较落后。工艺流程见图!。 由电解生产的氯气经管道自然冷却, 温度由() * 降至八十摄氏度左右, 含有大量水蒸气、 盐雾和少量 的有机物等杂质, 至氯气处理工序进入氯水洗涤塔, 水洗冷却, 温度降至 ’&+)& * , 除去大部分水蒸气及 盐粉, 进入一级钛管冷却器, 用循环水冷却后, 进入 二级钛冷却器, 用 ,+- * 冷冻水进行冷却, 温度降至

!"+!( * ,然后通过水雾捕集器除去水雾后进入硫 酸筛板塔,用质量分数为 -./ 的硫酸进行干燥脱水 后, 进入纳氏泵, 纳 氏 泵 的 密 封 液 体 为 -)/+-(/ 的
浓硫酸, 氯气经纳氏泵中浓硫酸进一步脱水、 加压经

第’期

闫 健, 等: 氯气处理工艺技术方案的选择

$.

硫酸高位槽

氯气

酸雾捕集器

冷却器 氯水洗涤塔 氯水泵

气液分离器 一段钛冷 二段钛冷 水雾捕集器 泡沫干燥塔 硫酸泵 氯压机 冷却器 图! 原氯气处理工艺流程图 氯气分配台

过气液分离, 氯气送至液氯工序或其他用氯单位。 浓 硫酸经冷却进入纳氏泵进口循环使用,当泵内硫酸 质量分数降至!"#以下时, 需要换酸。

且开孔的加工精度, 酸泥沉积等都影响操作稳定性。 填料塔操作弹性大, 易操作, 压降小, 但投资大, 有效塔板数少。 泡罩塔的特点介于泡沫塔与填料塔之间,塔板 数多。压降与泡沫塔相当, 操作弹性比较大。 经过对使用单位考察和使用经验的总结、 分析 0 比较一致的意见是采用二 段干燥 0 一 段为填料干燥 塔, 二 段采用泡罩塔。 在 $ 段干燥塔中可以除去冷却后剩余水分的百 分之七十五左右。 只要控制好出酸的1%23’质量分数 为."#和塔体温度为%( 4,当系统稳定后进填料塔 酸中的1%23’质量分数应约为百分之九十二。 此时出 塔氯气中水的质量分数控制在 ,((5$(67以下。从计 算分析来看, 一 段填料塔的稳定操作是影响干燥质 量的关键因素,特别是出塔氯气温度, %( 4 与 &( 4 时质量分数为 ."# 的硫酸表面的水蒸气分压相差一 倍, 这也是一 段干燥塔选用填料塔而不用板式塔的 原因。大量的循环酸容易控制温度, 在一 段干燥塔 热负 中热效应并不十分大, 以7 万8 9 / 装置能力为例, 荷为$% ((( :;/< 9 = , 约为二 段钛管冷却器的$ 9 $( 。 二 段干燥选用泡罩塔的原因, 一是二 段干燥塔 要有足够的塔板数保证干燥质量,二是由于泡罩塔 有较好的操作弹性,离子膜法制碱的一大优势就是 能根据需要调节生产规模,因此也要求氯气处理工 序具有较大的操作弹性, 如选用泡沫塔, 在低负荷生 产时必须有足够的干氯气回流以维持塔的操作稳 定, 这也增加了硫酸的消耗。 另外, 如二 段都选用板式塔除了出一 段干燥的 温度不易控制外, 干燥系统的阻力降也过大, 难以满 足压缩机对进口气压力的要求,而且正常操作过程 中硫酸的酸泥也会增加塔板的阻力。

"#" 存在问题
由于工艺落后, 并采用手动操作控制, 在生产中 氯气吸力波动大, 影响电解生 存在着许多问题。 ($) 产; (%) 由于供电原因造成氯气泵突然停泵, 倒泵不 及时, 高压氯气倒回电解工序鼓槽盖, 造成氯气外溢 夏季生产时, 氯气含水量不稳定, 氯化 污染环境; (& ) 物含量高, 堵塞管道设备, 影响后续工序生产; (’) 冷 却效果差, 硫酸消耗高。

& 新氯气处理工艺方案的选择
针对老的氯气生产工艺中存在的问题, %((’年在 离子膜烧碱工程建设之初, 对氯气处理工序提出了工 艺技术先进, 自动化控制水平高, 消耗低, 生产稳定的 要求。经过分析比较, 选择了如下改进方案。

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冷却部分 用填料塔洗涤代替一段钛冷,较好地除去了湿

氯气夹带的盐雾, 填料选用 )*+) 梅花环, 比陶瓷填 料性能优越。

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干燥部分 它是氯气处理较为重要的部分,国内同行业有

一段泡沫塔、 二段 各种组合方案, 比较典型的有 ($ ) 泡沫塔; (% ) 一段填料塔、 二段泡沫塔; (& ) 一段填料 塔、 二段泡罩塔。 主要采用二 段干燥,也有采用’ 段填料塔或三 段填料塔干燥, 干燥效果较好操作也相对方便, 但投 资大, 维修工作量大。也有采用一 段" 层泡沫塔的, 但制造及安装要求高, 重复性很差, 不宜推广。 国内应用最多的是填料塔和泡沫塔的组合, 这 也是% 种典型的塔。泡沫塔的特点是结构简单、 造价 低、 塔板数多; 缺点是操作弹性小 ($"#) 、 不便于增加 硫酸循环量, 塔板阻力降大, 一般为 !,$-$ $.. */, 而

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压缩部分 它是将冷却、 干燥后的氯气进行加压, 输送至液

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中国氯碱

!""# 年第 $ 期
自动化程度高 氯水处理主要指标全部由 ()* 控制中心进行控

化工序或其他用氯单位, 最常用的工艺装置有液环式 氯气压缩机 (纳氏泵) 和透平机, 纳氏泵是最原始、 最 常见的氯气压缩输送设备,它是用浓硫酸作密封介 质, 浓硫酸和氯气经叶轮由泵进入口吸入与偏心腔由 大室渐至小室进行压缩加压后, 从泵出口排出, 经气 液分离, 酸又回到泵进口循环使用; 透平机是借高速 旋转的叶轮带动氯气通过双级压缩输送氯气。 纳氏泵 工艺简单, 操作方便、 运转平稳, 易于操作, 一次性投 资少, 对氯气含水和杂质要求不严格, 但输送出口氯 气压力低、 气量小、 能耗大、 运行费用高。透平机自动 化程度高、 劳动强度轻、 动力消耗低、 输出压力高、 运 行周期长、 经济费用低, 而对氯气含水要求严格, 一般 不大于"%"!&; 不允许硫酸等杂物进入机构, 机前加酸 雾捕集器; 装置复杂, 每一级出口必须设冷却器; 为保 证各部分润滑, 油路设置复杂; 多处密封要用干燥空 气或氮气密封, 防止氯气泄漏。氯气的压缩输送还有 其他较为先进的工艺装置,但大部分为引进设备, 一 次性投资大, 不适合小规模氯碱装置。 通过比较, 结合 自身的生产特点和操作经验,用纳氏泵压缩输送氯 气。改进的氯气处理工艺流程见图!。

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制, 起到了与电解生产协调一致的作用。

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氯水处理送至淡盐水脱氯 由氯水洗涤塔产生的氯水在控制液位后,全部

送电解阳极液罐进行脱氯处理,锻后回一次盐水化 盐, 避免了氯水的外排。

!"! 与电解装置实现联锁控制
氯气压缩机的运行与电解实现联锁控制, 当氯压 机故障停车就会联锁电解停车,避免因氯压机停车, 电解产生大量氯气外溢, 造成人员伤害和环境污染。

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完善的废氯吸收装置 废氯吸收装置是氯气处理不可缺少的补充设

施, 由废氯吸收塔、 烧碱配制槽、 烧碱高位槽和循环 泵、 冷却器、 风机等组成。它的作用是电解开车之初 氯气纯度不高或装置停车时,对不合格氯气进行吸 收, 防止氯气外溢。

+ 存在问题及解决措施
(,) 氯气输送选用的还是比较原始的纳氏泵, 能 耗高、 效率低。 在今后改造时应考虑选用具有环保、 节 能、 高效的透平机或更为先进的设备来代替, 以提高 整个装置技术水平, 增强质量意识, 提升管理水平。 (! )水雾捕集器和酸雾捕集器的滤芯均选用国 产的玻璃纤维除雾筒。 根据国内同行业生产经验, 国 产除雾筒只能除掉粒径大于 ’ !- 的雾粒, 粒径小的

$ 新氯气处理工艺的技术特点
!"# 氯中含水稳定
新装置投运后生产的氯气中水的质量分数控制 在 "%"!& , 即使夏季生产也不超过 "%"’& 。为后续装 置安全、 稳定生产创造了条件。

氮气

氯气

酸雾捕集器 去脱氯

冷却器 填料塔 冷却器 硫酸泵 氯气洗涤塔 氯水泵 钛管冷却器 水雾捕集器 图$

氯压机 气液分离器 泡罩塔 冷却器 冷却器 硫酸泵 新氯气处理工艺流程图

氯气分配台

水雾会进入干燥系统, 增加硫酸消耗; 而酸雾会随氯 气进入后续系统, 堵塞管道设备。经过分析比较, 考 虑将捕集器滤芯更换为美国孟山都生产的布林克除 雾器, 提高生产装置运行质量和效果。 (’) 环保意识有待加强。 氯气处理系统有害物质 较多, 如氯气、 硫酸、 烧碱、 氯水、 次氯酸钠等对环境 均有破坏作用, 在进行设备维修时, 要严格控制这些

物质的外排, 避免环境污染。 ($)现在隔膜碱和离子膜碱的氯气处理 ! 套装 置还是独立运行, 造成资源浪费。 在新工艺设计时考 虑将隔膜氯气并入新装置, 现正在进行改造, 将老工 艺除去并入新系统, 发挥新装置的更大效率, 减少浪 费。
收稿日期: !""+.,,.,/


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