擴建和優(yōu)化事故氯和廢氯氣處理裝置

陽林妹

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545002）

廣西柳化氯堿有限公司的氯堿項目采用離子膜制堿，設計能力為20萬t/a，一期10萬t/a于2010年1月建成投產，目前產量已達到15萬t/a。為了解決離子膜電解槽在開停車時或生產過程中產生一定量低純度的廢氯氣，配套了事故氯和廢氯氣處理裝置，該裝置自從項目開車至今，沒有發(fā)生過安全事故和環(huán)保事故，使廢氯氣能達標排放，有效解決廢氯氣和事故氯氣的排放，保護人身安全及周邊環(huán)境。

事故氯和廢氯氣處理裝置的工藝采用燒堿吸收雙塔工藝流程，因目前市場對次氯酸鈉產品需求量增加，公司決定對現(xiàn)有裝置進行改造和擴建，以提高企業(yè)經濟效益。

1 廢氯氣處理的原理

因氯氣是劇毒物質，耐毒極限為3 mg/m3，車間空氣中含氯量最高容許濃度為1 mg/m3。為了解決電解槽及其他工序在開停車、檢修和清理時排放的廢氯氣，生產中包裝液氯產生的廢氯氣（空氣和氯氣混合物），或者發(fā)生事故時緊急排放氯氣，在氯氣處理工序設置了廢氯氣處理及事故氯氣處理裝置。

廢氯氣和事故氯處理的裝置的原理是用濃度為15%左右的稀堿液吸收氯氣，其反應的化學反應式如下：2NaOH＋Cl2→NaClO＋NaCl＋H2O＋106 kJ

由于反應是放熱反應，為此必須及時移出熱量，控制的反應溫度低于40℃，以避免有效氯的分解。反應時還要注意通氯量，通氯量過量時將發(fā)生過氯化反應，使全部次氯酸鈉瞬間分解，造成跑氯事故，為此必須控制氫氧化鈉過量0.1%～1.0%，反應終止時及時分析其殘留過堿量[1]。

2 事故氯和廢氯氣處理裝置工藝流程

事故氯和廢氯氣的處理裝置工藝流程簡圖見圖1。

圖1 廢氯氣處理流程簡圖

電解槽、氯氫處理工序、氯化氫合成在開停車時產生的廢氯氣，正常生產中包裝液氯產生的廢氯氣，事故時液氯儲槽來的安全閥泄壓氯氣，氯氫處理工序超壓排放的氯氣，液氯來的液化尾氣等進入一級廢氯氣吸收塔下部，在填料層與塔頂循環(huán)噴淋下來預先配好的15%稀堿液逆流接觸發(fā)生化學反應；從塔頂出來未反應完氯氣尾氣進入二級廢氯氣吸收塔底部，在填料層繼續(xù)與15%稀堿液反應；達到環(huán)保排放標準的尾氣經塔頂導出通過引風機排入大氣，通過檢測和設置一級吸收塔入口氣體壓力，自動調節(jié)風機轉速（變頻調節(jié)），確保系統(tǒng)裝置穩(wěn)定在負壓條件下運行，避免因出現(xiàn)正壓導致其他工序發(fā)生跑氯事故。

一級廢氯氣吸收塔和二級廢氯氣吸收塔中的堿液和氯氣發(fā)生化學反應后溫度升高，從塔底流出分別進入一級堿液循環(huán)槽和二級堿液循環(huán)槽。一級堿液循環(huán)槽中的堿液由一級堿液吸收循環(huán)泵輸送進一級堿液冷卻器，用5℃冷凍水或循環(huán)水進行冷卻后進入到一級廢氯氣吸收塔循環(huán)吸收進塔氯氣；同理，二級堿液循環(huán)槽中的堿液由二級堿液吸收循環(huán)泵輸送進二級堿液冷卻器，用5℃冷凍水或循環(huán)水進行冷卻后進入到一級廢氯氣吸收塔循環(huán)吸收進塔氯氣。

堿液循環(huán)槽中的循環(huán)堿液在循環(huán)吸收氯氣過程中濃度不斷降低，待反應液有效氯含量≥10%，過堿量含NaOH小于或等于1%（wt）時即停止吸收，并啟用備用槽。把槽中次氯酸鈉溶液作為成品通過次氯酸鈉成品泵輸送到成品罐區(qū)出售，再從堿液配制槽通過堿液配制泵輸送預先配制好的15%稀堿液作為備用。

裝置中的堿液高位槽設置有自動開關閥，并與一、二級堿液吸收循環(huán)泵聯(lián)鎖，當一級堿液吸收循環(huán)泵或二級堿液吸收循環(huán)泵在停電或者發(fā)生故障停泵時自動打開，15%稀堿液從堿液高位槽進入一級廢氯氣吸收塔或二級廢氯氣吸收塔吸收廢氯氣，避免因停泵而發(fā)生跑氯事故。

3 事故氯和廢氯氣處理裝置的特點

由圖1可知，廢氯氣處理裝置是由雙塔處理廢氯氣工藝，以一級吸收塔為廢氯氣處理主塔，二級吸收塔為保護塔，且以廢氯氣吸收塔、堿液循環(huán)槽、堿液吸收循環(huán)泵和堿液冷卻器作為2個循環(huán)吸收系統(tǒng)，每個循環(huán)系統(tǒng)可獨自循環(huán)吸收廢氯氣。與單塔流程相比，雙塔流程的優(yōu)點是當一個循環(huán)吸收系統(tǒng)的設備發(fā)生故障時，另一個循環(huán)吸收系統(tǒng)仍可發(fā)揮作用，使全廠的廢氯氣處理裝置不至于癱瘓。流程中的堿液高位槽設置有自控閥，和一、二級堿液吸收循環(huán)泵聯(lián)鎖，當一級或二級堿液吸收循環(huán)泵在發(fā)生故障停泵時自控閥打開，堿液高位槽15%稀堿液從進入一級廢氯氣吸收塔或二級廢氯氣吸收塔吸收廢氯氣，避免因停泵而發(fā)生跑氯事故。裝置中的堿液吸收循環(huán)泵與尾氣風機均設有應急電源，在全廠停電時立即啟動應急電源，有效地解決事故狀態(tài)下廢氯氣得到處理，實現(xiàn)生產裝置安全環(huán)保本質化。

事故氯和廢氯氣處理裝置的主要設備及規(guī)格見表1。

表1 廢氯氣處理裝置主要設備一覽表

4 事故氯和廢氯氣處理裝置產能的擴建

次氯酸鈉產品是公司主要氯堿產品之一。隨著次氯酸鈉產品市場的好轉，原事故氯和吸收裝置的次氯酸鈉產量已經無法滿足市場需求，根據(jù)生產需要公司決定對現(xiàn)有的裝置進行產能擴建。為了節(jié)省投資，擴建的生產裝置盡可能利用現(xiàn)有裝置的廠房、設備和管道，并優(yōu)化生產工藝流程。

新擴建生產裝置工藝流程簡圖見圖2，來自分配臺的氯氣進到吸收塔底部逆流而上，通過填料層和堿液反應被吸收，從吸收塔頂出來尾氣（未被吸收氯氣）進入到原有事故氯吸收系統(tǒng)的一級吸收塔，繼續(xù)和堿液進行吸收反應，不凝性尾氣（空氣）出二級吸收塔頂通過引風機排放。堿液循環(huán)槽中的堿液通過循環(huán)吸收泵輸送進入到板式換熱器，用5℃冷凍水冷卻后進入吸收塔上部液體分布器，均勻噴灑到塔截面填料層上部，自上而下沿填料層表面流動，在填料層表面和逆流而上氯氣進行化學反應，從塔底流入回到堿液循環(huán)槽。

當循環(huán)槽中的堿液濃度達到次鈉產品時（0～1%wt），停下循環(huán)槽并啟用備用槽。槽中次鈉產品可通過原事故氯裝置次鈉成品泵輸送到成品罐區(qū)。

新建事故氯和廢氯氣處理裝置的主要設備及規(guī)格見表2。

5 擴建和優(yōu)化后事故氯和和廢氯氣處理裝置的優(yōu)點

相對于原事故氯和廢氯氣吸收裝置，擴建后事故氯和廢氯氣吸收裝置有以下幾方面的優(yōu)點。

圖2 新擴建生產裝置生產工藝流程

表2 新建廢氯氣處理裝置主要設備一覽表

（1）在成本投資方面，因新建裝置利用原有裝置設備、廠房和管道，很大程度上節(jié)省投資。從表2看出，只增加1個氯氣吸收塔、2個堿液循環(huán)槽、2臺堿液吸收循環(huán)泵和1臺板式換熱器，如包括廠房等土建費用，投資費用只有原裝置三分之一左右。

（2）擴建后整個裝置產能上比原裝置增加一倍，原裝置二級吸收循環(huán)系統(tǒng)（即二級吸收塔和二級堿液循環(huán)槽）一般不用作生產次氯酸鈉產品，主要處理一級吸收塔未吸收完全的氯氣，起到把關作用。平時正常生產時，只用一級吸收塔和一級2個堿液循環(huán)槽生產次鈉產品。擴建后裝置可利用2個吸收塔和4個堿液循環(huán)槽進行生產次鈉，產能增加一倍。

（3）新事故氯和廢氯氣處理裝置在生產中能有效保證次鈉產品質量。原裝置的一級吸收塔主要處理電解工序、氯氫處理工序開、停車產生的廢氯氣和正常生產是液化包裝產生的廢氯氣（空氣和氯氣），液氯儲槽的安全閥打開的事故氯氣等，所產生的氯氣量是不確定的。原事故氯裝置在生產次鈉產品時，當一級堿液循環(huán)槽中的堿液濃度即將達到產品濃度（0～1%wt）時，此時吸收塔不能通大量氯氣，如有大量氯氣進吸收塔時，容易發(fā)生過氯化反應而導致循環(huán)槽中次鈉產品報廢，生產中曾經發(fā)生多次因為過氯化反應而造成次鈉產品報廢事故，不但浪費生產成本，而且增加環(huán)保排放壓力。新裝置有效解決這一難題，當一級堿液循環(huán)槽中的堿濃度低于5%時，轉換備用槽后把該槽中的堿液輸送到另外一級堿液循環(huán)槽，從氯氣分配臺通少量氯氣直到槽中堿濃度達到產品濃度。

（4）新裝置在生產過程中更為有效保證安全，當氯系統(tǒng)發(fā)生事故排放大量氯氣時，同時有3個吸收塔和6個堿液循環(huán)槽參與處理氯氣，最大限度吸收氯氣的排放量。

6 擴建后廢氯氣處理裝置的產能估算

一般生產次氯酸鈉產品時，只使用一級吸收塔和一級堿液循環(huán)槽生產，二級吸收塔和二級堿液循環(huán)槽作為吸收一級吸收塔未吸收完全的氯氣，確保裝置不發(fā)生跑氯事故。擴建后裝置可利用2個吸收塔和4個堿液循環(huán)槽進行生產次鈉，產能增加一倍。

在生產一槽次鈉產品時，初始吸收堿濃度15%（wt），通氯氣反應，等到吸收堿濃度（0～1%wt），有效氯12%左右時即變成次鈉產品時，所消耗時間20 h左右。堿液循環(huán)槽中次鈉體積V=πR2H=3.14×32×3.4=96（m3）（循環(huán)槽直徑 3 m，液位高度 3.4 m），折為 105 t次鈉（次鈉密度為1.1 t/m3），含如按每年8000 h算，側新裝置兩個吸收塔同時進行生產時，可生產次鈉8000×105×2/20=8.4 萬t/a。

7 廢氯氣的處理操作中注意事項

（1）嚴格控制操作溫度。由于刻吸收反應是放熱反應，為此必須及時移出熱量，及時調節(jié)堿液冷卻器的循環(huán)冷卻水或冷凍水閥門，控制的反應溫度低于40℃以下，最好控制低于20℃，以免因溫度過高有效氯分解。

（2）控制堿液循環(huán)槽中的NaOH含量在要求范圍內，以免過氯化反應。運行過程中注意觀察循環(huán)液顏色變化，成品次氯酸鈉溶液（有效氯含量≥10%）的顏色為淺黃綠色透明液體，可以用pH值控制，當pH值達到11.0～12.0時，反應達到終點。

（3）注意廢氯氣處理裝置壓力的變化。確保廢氯氣處理系統(tǒng)壓力控制在負壓狀態(tài)，避免氯氣外泄。

8 結論

廢氯氣處理裝置的工藝采用稀堿液吸收雙塔工藝流程，不僅解決了離子膜生產中的廢氣處理問題，而且將廢氯氣回收轉化為用途廣泛的次氯酸鈉產品，具有較好的經濟效益。在氯堿生產中排放廢氯氣或事故狀態(tài)下處理大量的外逸氯氣提供了保證，保護了環(huán)境和工人的生命安全，也提高了企業(yè)的經濟益。