次氯酸鈉制備工藝技改措施及節(jié)能分析

廉雅斌，楊波

（天津市化工設(shè)計院，天津 300193）

目前國內(nèi)生產(chǎn)次氯酸鈉的一般方式為：首先將液氯氣化，然后采用堿液噴淋的方式進行反應(yīng)吸收。

原工藝液氯氣化后，在緩沖罐內(nèi)與氮氣長時間接觸會殘留爆炸性物質(zhì)二氯化氮，必須定時排放，在排放過程會帶出氯氣也存在泄漏、中毒風(fēng)險[2]。同時原先工藝在拆裝液氯鋼瓶接口時會散發(fā)少量氯氣，在安裝時存在墊片不正，導(dǎo)致泄漏的情況，另外裝卸車操作程度復(fù)雜并且缺少有效的有毒氣體報警裝置，安全連鎖裝置和尾氣處理裝置，能耗偏高。天津科邁化工于2015年針對以上工藝安全及節(jié)能的問題進行如下技術(shù)改進措施。

1 儲運工序

本次技改將1t液氯鋼瓶改為21m3集裝罐，機動車摘掛留下集裝罐，降低裝卸勞動強度、免除從庫房到生產(chǎn)現(xiàn)場的運輸、以及吊裝重瓶的重復(fù)勞動和安全風(fēng)險。集裝罐出口安裝符合要求的閘閥和電控液動球閥，電控液動球閥的信號與現(xiàn)場有毒氣體報警器連鎖，如果發(fā)生泄漏，電控液動球閥立即關(guān)閉，終止進料。原生產(chǎn)裝置同時使用4瓶液氯4個進口控制，改為一個入口，減少泄露點和操作復(fù)雜程度?，F(xiàn)將裝車管線上增加管線局部排風(fēng)設(shè)施，在裝卸車開始、完畢時啟動風(fēng)機，排空連接管線中的殘余氯氣，避免帶氯操作和有氯氣的泄漏、杜絕接口滲漏的可能，提高裝卸車操作安全性。

2 反應(yīng)工序

改進后工藝采用液氯與氫氧化鈉溶液在15℃以下反應(yīng)制備次氯酸鈉水溶液。在確保制冷條件下溫度可控，液氯不經(jīng)氣化直接通入深4 m，直徑6m，容積140cm3的堿液反應(yīng)釜中，出口設(shè)分布孔減壓均勻釋放，在堿液始終過量條件下充分攪拌，在冷介質(zhì)循環(huán)冷卻同時使液氯與液堿充分中和反應(yīng)，同時設(shè)置反應(yīng)超溫、攪拌故障連鎖停液氯供應(yīng)源，連鎖切斷液氯進料。并且在反應(yīng)釜上部增加局部排風(fēng)設(shè)施，將可能溢出的氯氣吸至尾氣吸收塔，與液堿進行中和反應(yīng)，避免反應(yīng)釜上部存留氯氣。此項技改與原工藝對比，不僅可以避免緩沖罐內(nèi)殘留爆炸危險性物質(zhì)二氯化氮，還避免了排放過程中的泄漏、中毒風(fēng)險，降低氯泄漏可能，做到對環(huán)境無污染，更加安全可靠。此外從能量角度考慮原工藝液氯氣化吸收部分熱量，反應(yīng)劇烈，而液氯直接反應(yīng)，反應(yīng)活性有所降低，放熱稍有減少，安全性更高。

3 吸收工序

氯氣使用開敞式廠房結(jié)構(gòu)，同時設(shè)置局部排風(fēng)和事故排風(fēng)設(shè)施對氯氣進行吸收處理。具體方案如下：次氯酸鈉車間增設(shè)一Ф1000x4500堿噴淋吸收塔，填料采用25mm塑料鮑爾環(huán)。一旦發(fā)生泄露，連鎖報警裝置啟動后分別開啟引風(fēng)機、事故風(fēng)機、堿液循環(huán)泵，進行排氣、溶解、吸收。吸收塔吸收能力按事故排風(fēng)區(qū)域5min換氣的量計算（即事故排風(fēng)換氣12次/h）計算得出風(fēng)量為2904m3/h(含氯氣224.7kg/h)，采用循環(huán)泵打堿液循環(huán)的方法吸收，循環(huán)量為7倍實際需要量。緊急狀態(tài)時采用進堿液循環(huán)，經(jīng)計算可吸收3000 m3/h(含氯448kg/h)包括70 m3/h氯氣和44.8cm3/s液氯。

4 管道材料的選擇

根據(jù)工廠生產(chǎn)經(jīng)驗和材料選用經(jīng)驗，液氯可使用碳鋼管道，但由于外腐蝕性、檢修期意外淋水、氯泄漏對周圍的腐蝕性，采用不銹鋼管，延長使用周期。存有氯氣的管道采用增強FRP+PVC、聚氯乙烯材質(zhì)或者聚四氟閥門和管道。與含氯液體接觸的管道采用鈦材，耐液相氯腐蝕。次氯酸鈉成品采用襯四氟材質(zhì)的管線和設(shè)備。液氯為A2類流體，使用軟墊片時，選用凹凸面法蘭。螺栓選用外襯塑螺栓或不銹鋼螺栓，并采用隔膜閥作為切斷閥。由于氯的強腐蝕性，所有設(shè)備管道應(yīng)定期更換，檢查腐蝕和老化程度。

5 節(jié)能分析

國內(nèi)的次氯酸鈉制取過程能耗為：液氯氣化的加熱量、氯氣和堿反應(yīng)熱的冷卻量。原工藝采用0.4MPa的蒸氣作為熱源，氣化潛熱γ=2113.2kJ/kg,蒸氣單價200元/t，液氯氣化潛熱γ=287.7 kJ/kg，則每汽化1t液氯需消耗蒸氣136.22 kg/T氯。汽化液氯的蒸氣消耗為200×0.136=27.2元/T氯。

原工藝氯氣反應(yīng)得反應(yīng)熱采用36%乙二醇溶液，作為循環(huán)制冷劑。36%乙二醇溶液密度ρ=1060kg/m3,冷凍機出口溫度5℃，進口溫度10℃，制冷劑的比熱為3.41 kJ/kg.k，經(jīng)計算每生產(chǎn)1t氯氣需要制冷劑的量為85.29T/T氯。

液氯直接氯化，采用大冷YCLG20CF2B乙二醇螺桿機組，制冷量為550kW，運用公式Q=CP·M·△T計算得乙二醇循環(huán)量為111.3t/h,壓縮機電機功率250 kW、油泵電機功率3.0 kW、配套DBNL-350涼水塔風(fēng)機功率11 kW，潛水泵300QJ200-30/2功率25kW，采用100 m3/h,功率22 kW循環(huán)水泵輸送制冷劑。乙二醇運行成本為（250+3+11+25+22）×0.9÷111.3=2.51元/t，用于移熱消耗制冷劑費用為214.08元/t氯。

若采用改進工藝，液氯汽化熱由反應(yīng)熱提供，不但可以降低蒸汽消耗，還可降低制冷劑的消耗，改進工藝制冷量為68.41 t/t氯。所以采用液氯方式每消耗1t氯氣的運行費用為171.71元。兩種工藝運行費用相差241.28-171.71=69.57元/t氯。

綜上所述得出以下結(jié)論：此項技術(shù)改進在工藝安全性和節(jié)能方面有顯著提高，使次氯酸鈉的生產(chǎn)工藝更加安全、經(jīng)濟、合理。