氯氣處理工藝的問(wèn)題和解決方案

銀艷媚，覃治海

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西柳州545600）

氯氣處理工藝的問(wèn)題和解決方案

銀艷媚，覃治海

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西柳州545600）

通過(guò)描述氯氣處理工藝原理和流程，對(duì)氯氣處理運(yùn)行中所發(fā)現(xiàn)的工藝問(wèn)題給予解決，確保氯氣處理工藝正常運(yùn)行。

氯氣處理工藝；氯水洗滌塔；換熱器

廣西柳化氯堿有限公司的氯堿項(xiàng)目為年產(chǎn)20萬(wàn)t燒堿和20萬(wàn)t PVC。一期工程年產(chǎn)10萬(wàn)t燒堿和10萬(wàn)t PVC,于2010年初建成并順利投產(chǎn)；2012年初又增加5萬(wàn)t/a燒堿，形成年產(chǎn)15萬(wàn)t/a燒堿和10萬(wàn)t/a PVC生產(chǎn)規(guī)模。氯氣處理采用氯水洗滌塔以氯水直接洗滌冷卻，通過(guò)換熱器以循環(huán)冷卻水帶走熱量，冷凝下來(lái)的氯水送往電解真空脫氯，基本實(shí)現(xiàn)了氯水不外排生產(chǎn)工藝。

1 氯氣處理的基本原理

根據(jù)道爾頓分壓定律，氯氣含水量與某一狀態(tài)下飽和蒸氣分壓有關(guān)，而飽和蒸氣分壓與溫度有密切關(guān)系，即氯氣溫度越高，氯含水越多；氯氣溫度越低，氯含水則越少。從電解槽出來(lái)的濕氯氣一般溫度在85℃左右，所夾帶的水蒸氣量見(jiàn)表1[1]。

從表1可以看出，飽和濕氯氣中水蒸氣含量與溫度有密切聯(lián)系，溫度下降10℃濕氯氣含水蒸氣量降低近一半，由此可見(jiàn)，濕氯氣處理首先需進(jìn)行冷卻，這不僅可除去濕氯氣中99.5%左右的水蒸氣，而且可大大降低后面硫酸干燥的負(fù)荷，減少硫酸與水反應(yīng)生成的熱量，大幅度降低硫酸的單耗。

一般情況下濕氯氣溫度控制在12～15℃，因?yàn)樵?.6℃時(shí)，濕氯氣中的水蒸氣與氯氣生成Cl2·8H2O結(jié)晶，會(huì)造成設(shè)備、管道的阻塞并損失氯氣。濕氯氣冷卻后，大部分水被除去，冷凝下來(lái)的水，除部分在冷卻管壁上流下，但還有許多霧滴顆粒存在氯氣中，這些霧滴粒徑大約為2.5 μm，這部分水如果不除去，將會(huì)增加硫酸單耗，最終影響干燥塔出口氯氣含水量。水霧捕集器除水霧效果的好壞直接影響氯氣含水量及其挾帶的鹽霧量，這些都對(duì)干燥的負(fù)荷和干燥塔的正常操作影響甚大，因此除霧器不僅要效率高、阻力小，且能自凈[1]。

表1 不同溫度下飽和濕氯氣中的含水量

控制各塔或冷卻器出口氯氣溫度是本單元的最重要操作指標(biāo)，其主要影響因素是冷卻水或冷凍水的溫度，氯氣在氯水洗滌塔內(nèi)冷卻溫度盡可能達(dá)到控制要求，一般小于40℃，再經(jīng)過(guò)鈦管冷卻器，以5℃冷凍水將氯氣冷卻到12～15℃。值得注意的是出塔或冷卻器的氯氣溫度不宜低于12℃，以免生成Cl2·8H2O結(jié)晶堵塞通道，且當(dāng)氯氣溫度在低于12℃后，氯中含水量逐漸降低，當(dāng)氯氣中含水量小于0.4%時(shí)，氯氣會(huì)與鈦反應(yīng)燃燒。

氯氣溫度不能太高，否則入干燥塔的氯氣溫度高，氯氣中水蒸氣含量增加，對(duì)后續(xù)干燥系統(tǒng)的負(fù)荷增大，導(dǎo)致干燥塔不能在操作彈性范圍內(nèi)工作，影響干燥效率。

2 氯氣處理工藝流程簡(jiǎn)述

來(lái)自電解約80℃濕氯氣進(jìn)入氯水洗滌塔，用氯水直接洗滌冷卻，除去氯氣中大部分水分和鹽霧等雜質(zhì)，并使氯氣溫度下降到40℃以下；出洗滌塔氯氣進(jìn)入鈦管冷卻器，用5℃冷凍水間接冷卻，使氯氣溫度進(jìn)一步下降到12～15℃；出鈦冷的氯氣進(jìn)入水霧捕集器除水霧和鹽霧等雜質(zhì)，從水霧捕集器出來(lái)的氯氣含水量降到4 g/kg濕氯氣以下；再進(jìn)入到由填料層和泡罩層組合形成的氯氣干燥塔，用濃度為98%（wt）硫酸為吸收劑吸收氯氣中少量水分，使氯氣水分含量降到100×10-6左右，出干燥塔的氯氣通過(guò)酸霧捕集器除去酸霧后進(jìn)入到氯氣壓縮機(jī)，經(jīng)過(guò)氯壓機(jī)升壓后進(jìn)入到氯氣分配臺(tái)送往各個(gè)用氯單位，氯氣處理流程示意見(jiàn)圖1。

氯水洗滌塔底部的氯水經(jīng)泵輸送進(jìn)到氯水冷卻器，用循環(huán)冷卻水冷卻降溫后送入洗滌塔填料層洗滌、冷卻進(jìn)塔高溫濕氯氣，從氯水洗滌塔、鈦管冷卻器和水霧捕集器冷凝下來(lái)氯水經(jīng)泵輸送到電解脫氯塔進(jìn)行真空脫氯；濃度98%（wt）的濃硫酸從高位槽進(jìn)到干燥塔頂部，在1~5層泡罩塔板逐級(jí)溢流，后下到填料層的循環(huán)酸中，吸收通過(guò)塔板上的泡罩及填料層的氯氣水分，在吸收水分時(shí)硫酸溫度會(huì)升高，在泡罩塔板上安裝有冷卻盤管（盤管中通5℃冷凍水）冷卻濃硫酸溫度，干燥塔底部的硫酸經(jīng)泵輸送到硫酸冷卻器中，用5℃冷凍水冷卻后進(jìn)入干燥塔中部的填料層，循環(huán)干燥、冷卻進(jìn)塔氯氣。從干燥塔底部排出的稀硫酸經(jīng)泵輸送到罐區(qū)。

圖1 氯氣處理流程示意圖

3 氯氣處理在生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案

3.1 氯水洗滌塔出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案

該公司一期工程燒堿分廠氯氣處理工序的氯水洗滌塔運(yùn)行工藝指標(biāo)正常，進(jìn)塔氯氣溫度約70℃，出塔的氯氣溫度在40℃以下。2012年增加年產(chǎn)5萬(wàn)t燒堿后，發(fā)現(xiàn)洗滌塔進(jìn)塔氯氣溫度升到80℃左右，出塔的氯氣溫度超過(guò)40℃，特別在炎熱的夏天，出塔氯氣溫度達(dá)到50℃以上，致使后繼設(shè)備鈦冷的5℃冷凍水量和干燥塔硫酸消耗量升高，出干燥塔氯氣含水量達(dá)到300×10-6以上，超過(guò)了氯壓機(jī)（透平壓縮機(jī)）指標(biāo)要求（小于100×10-6），直接影響到氯壓機(jī)的使用壽命；此外，從洗滌塔送到電解氯水管是UPVC塑料管（DN50管徑），也因氯水溫度高變形泄漏嚴(yán)重，維修工作量大，且更換時(shí)需要排凈管道中的氯水，危及到安全生產(chǎn)和環(huán)保排放，要求立即進(jìn)行工藝改造。

分析造成進(jìn)出氯水洗滌塔氯氣溫度高的原因主要有以下幾個(gè)方面。（1）該項(xiàng)目擴(kuò)建后產(chǎn)能增加，氯氣總管的氯氣量和所夾帶飽和水蒸氣量增多，熱焓增加，而氯氣總管的散熱面積（即長(zhǎng)度和管徑）是不變的，總管散熱量和增加的熱量不成正比，造成了到氯水洗滌塔氯氣溫度升高；（2）該項(xiàng)目規(guī)模為年產(chǎn)20萬(wàn)t燒堿，一期工程為年產(chǎn)10萬(wàn)t燒堿，為了節(jié)省投資成本，部分設(shè)備只按年產(chǎn)10萬(wàn)t燒堿安裝，氯水冷卻器（板式換熱器）的換熱面積（板片數(shù)量）按10萬(wàn)t/a燒堿安裝。2012年初，裝置擴(kuò)產(chǎn)到年產(chǎn)15萬(wàn)t燒堿的生產(chǎn)規(guī)模，當(dāng)時(shí)氯堿行業(yè)市場(chǎng)很不景氣，國(guó)內(nèi)大多數(shù)燒堿廠處于虧損狀態(tài)，該公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)也很困難，公司在擴(kuò)建年產(chǎn)5萬(wàn)t燒堿時(shí)把氯水冷卻器增加換熱面積（即增加板片）給省掉了。因此，進(jìn)塔氯氣量和所夾帶飽水蒸氣量增多，帶的熱量增加，而氯水冷卻器移出的熱量不增加，造成出塔氯氣溫度升高。另外在炎熱的夏天，循環(huán)冷卻水溫度高，甚至達(dá)到35℃以上，板換設(shè)計(jì)進(jìn)口溫度32℃，出口溫度40℃，夏天冷卻器循水移出的熱量反而降低，造成出塔氯氣溫度達(dá)到50℃以上。

為了解決氯氣洗滌塔出口溫度高的問(wèn)題，要增加氯水冷卻器換熱面積（即增加板片），把氯水冷卻器的換熱面積提高到年產(chǎn)20萬(wàn)t燒堿所需要的換熱量，即板換的板片數(shù)量增加了1倍，該公司于2012年8月系統(tǒng)停車檢修時(shí)拆開(kāi)氯水冷卻器的板換，清除干凈板片的污垢以降低熱阻，并增加新板片。系統(tǒng)完成檢修后開(kāi)車運(yùn)行，出氯水洗滌塔的氯氣溫度降到了40℃以下，后繼鈦冷5℃冷凍水量和干燥塔硫酸消耗量降低，出塔氯氣含水量降到了100×10-6左右，有效保護(hù)氯壓機(jī)的使用壽命，另外電解氯水管維修量也相應(yīng)減少。

3.2 鈦管冷卻器出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案

2010年因氯堿產(chǎn)品市場(chǎng)低迷，生產(chǎn)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)生產(chǎn)進(jìn)入寒冷的冬天，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鈦管冷卻器低部冷凝氯水出口管的視鏡中有氯水結(jié)晶現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)結(jié)晶堵塞氯水管，鈦管冷卻器冷凝下來(lái)的氯水無(wú)法排除，造成氯氣通道阻塞，氯氣壓力波動(dòng)大，直接影響到氯氣處理的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至停車。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)鈦冷底部氯水管視鏡中有氯水結(jié)晶時(shí)，操作人員關(guān)閉鈦冷5℃水進(jìn)口閥，關(guān)小氯水冷卻器循環(huán)水管進(jìn)口閥，以提高氯水洗滌塔出口氯氣溫度，并用水淋灑氯水管，以溶解結(jié)晶的氯水。

分析鈦管冷卻器冷凝下來(lái)的氯水結(jié)晶原因，當(dāng)在9.6℃時(shí)，濕氯氣中的水蒸氣與氯氣生成Cl2·8H2O結(jié)晶，見(jiàn)圖2。

圖2 鈦管冷卻卻改造前流程

在鈦管冷卻器（列管換熱器）中，5℃冷卻水走殼程，氯氣走管程，5℃冷卻水和氯氣的流向相反，屬于逆流流程。生產(chǎn)中一般控制出鈦冷冷卻水溫度在12℃左右。逆流傳熱溫差大，容易使鈦冷出口氯氣溫度低于12℃，甚至達(dá)到結(jié)晶溫度9.6℃，使?jié)衤葰庵械乃魵馀c氯氣生成Cl2·8H2O結(jié)晶。為了解決鈦冷出口氯氣不低于12℃問(wèn)題，采用并流流程，并流可以使出口氯氣溫度不低于冷卻水出口溫度，即12℃。

改造5℃冷卻水管流程，即把原來(lái)冷卻出水管改造成進(jìn)水管，進(jìn)水管改成出水管；并且把出水管改成往下U型水封（U型頂部高于進(jìn)口管），目的是使鈦管冷卻器的殼程充滿水，達(dá)到冷卻效果。經(jīng)改造后，鈦管冷卻器低部冷凝氯水出口管的視鏡中再也沒(méi)有氯水結(jié)晶現(xiàn)象，見(jiàn)圖3。

4 結(jié)語(yǔ)

廣西柳化氯堿有限公司氯堿項(xiàng)目的氯氣處理采用氯水直接洗滌冷卻氯氣，氯水送往脫氯塔真空脫氯，采用填料+泡罩組合形成干燥塔干燥氯氣，采用美國(guó)孟莫克除霧器除水霧和酸霧，氯氣壓縮采用德國(guó)西門子（原德國(guó)KK&K公司）透平機(jī)，生產(chǎn)裝置按照高效、節(jié)能、安全環(huán)保及高質(zhì)量的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，技術(shù)水平先進(jìn)，原料消耗低，產(chǎn)品質(zhì)量好，企業(yè)逐漸建成國(guó)內(nèi)一流的環(huán)保型氯堿企業(yè)。

圖3 鈦管冷卻器改造后流程

［1］方度，蔣蘭蓀，吳正德．氯堿工藝學(xué)．化學(xué)工業(yè)出版社，1990：358－360．

Chlorine treatment process and solve problems

YIN Yan-mei，QIN Zhi-hai
（Guangxi Liuhua Chlor-alkali Co.,Ltd.,Liuzhou 545600，China）

By describing the principle and process flow，chlorine treatment process of chlorine gas treatment process problems found in operation and solutions，to ensure normal operation of chlorine gas treatment process.

chlorine treatment process；chlorine water washing tower；heat transfer

TQ114.4+1

B

1009－1785(2017)06-0010-03

2017-03-13