A型次氯酸鈉生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

鄢明雄

(中石化江漢鹽化工湖北有限公司，湖北 潛江 433121)

消毒是自來(lái)水凈化處理最重要的環(huán)節(jié)，其運(yùn)行的好壞直接影響自來(lái)水水質(zhì)。氯氣因其使用成本低、投用設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)作為飲用水消毒處理劑已有上百年的歷史，目前仍有城市自來(lái)水廠采用氯氣進(jìn)行自來(lái)水消毒。但由于氯氣在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)安全風(fēng)險(xiǎn)較大[1]，部分城市已經(jīng)逐步禁止液氯槽車及液氯鋼瓶進(jìn)入市區(qū)。尋找高效、穩(wěn)定、安全的氯消毒劑成為自來(lái)水消毒劑開發(fā)的焦點(diǎn)。次氯酸鈉作為一種廣譜的消毒殺菌劑，具有較好的殺菌滅藻效果，運(yùn)輸過(guò)程中安全性好，使用次氯酸鈉替代液氯消毒已經(jīng)成為供水行業(yè)的趨勢(shì)[2-4]。

GB/T 19106—2013《次氯酸鈉》中將次氯酸鈉分為A型和B型兩種規(guī)格。A型次氯酸鈉對(duì)重金屬鉛和砷有明顯的含量最高要求，適用于消毒、殺菌及水處理等；B型僅適用于一般工業(yè)。因此，自來(lái)水廠所選用的次氯酸鈉消毒產(chǎn)品必須是符合GB/T 19106—2013中要求的A型次氯酸鈉產(chǎn)品。

中石化江漢鹽化工湖北有限公司(以下簡(jiǎn)稱“江漢鹽化工”)是一家以氯堿化工、高效水處理消毒劑為主要產(chǎn)品的大型化工公司。其主要生產(chǎn)裝置包括60萬(wàn)t/a鹽硝聯(lián)產(chǎn)裝置、20萬(wàn)t/a氯堿裝置、7萬(wàn)t/a鈉法漂粉精裝置和3萬(wàn)t/a三氯異氰尿酸裝置。為進(jìn)一步提高裝置的利用效率，江漢鹽化工在進(jìn)行充分安全評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)氯堿廠事故氯氣處理裝置進(jìn)行了工藝改進(jìn)，改進(jìn)后的事故氯氣處理裝置具備了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)A型次氯酸鈉產(chǎn)品的能力。

1 生產(chǎn)工藝

江漢鹽化工事故氯氣處理裝置采用三塔吸收工藝。其中1#吸收塔為主要的氯氣吸收塔，2#吸收塔和3#吸收塔作為保護(hù)塔運(yùn)行。裝置的氯氣來(lái)源主要有：由電解裝置送來(lái)的高濃度原氯，液化、鹽酸、液氯庫(kù)、檢瓶站送來(lái)的低濃度尾氯，電解經(jīng)事故管線送來(lái)的事故氯氣。裝置的氫氧化鈉來(lái)源于電解裝置。

氯氣經(jīng)管線進(jìn)入吸收塔后與氫氧化鈉逆流接觸，反應(yīng)生成次氯酸鈉，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由冷凍水換熱帶走，不可吸收的氣體經(jīng)監(jiān)測(cè)達(dá)標(biāo)后由風(fēng)機(jī)排入大氣。

吸收塔中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

(1)

2 工藝改進(jìn)

為確保生產(chǎn)出的A型次氯酸鈉產(chǎn)品純凈，江漢鹽化工對(duì)事故氯氣處理裝置進(jìn)行了工藝改進(jìn)，主要做了如下工作：①?gòu)碾娊庋b置輸送至氯氣處理的氯氣主管道上引出一根DN50氯氣管線，管線進(jìn)2#吸收塔；②在新增的氯氣管線上加裝流量計(jì)及電動(dòng)控制閥；③在1#吸收塔進(jìn)2#吸收塔的氯氣管道上安裝自動(dòng)切斷閥，并加裝手動(dòng)閥。

改進(jìn)后的工藝流程圖如圖1所示。工藝改進(jìn)后，事故氯處理裝置流程劃分為事故氯處理和A型次氯酸鈉生產(chǎn)兩個(gè)部分。其中1#吸收塔及3#吸收塔串聯(lián)處理尾氯及事故氯氣，作為氯堿生產(chǎn)的安全保障；2#吸收塔用于A型次氯酸鈉的生產(chǎn)，緊急情況下可以并入事故氯處理裝置。

1—燒堿罐；2—燒堿高位槽；3，5，8—吸收液受槽；4—1#吸收塔；6—2#吸收塔；7—3#吸收塔；9—次氯酸鈉儲(chǔ)罐。

圖1 次氯酸鈉生產(chǎn)工藝流程示意圖

Fig.1 Process flow diagram of sodium hypochlorite production

改進(jìn)后的事故氯氣裝置用于生產(chǎn)A型次氯酸鈉的2#吸收塔原料氣為原氯，避免了事故氯氣中含有的雜質(zhì)進(jìn)入吸收塔中，保證了產(chǎn)品的純度達(dá)標(biāo)。

3 自動(dòng)化升級(jí)

事故氯氣處理裝置建于2011年，自動(dòng)化程度較低，氫氧化鈉堿液配制、次氯酸鈉產(chǎn)品倒槽均須通過(guò)人工開關(guān)閥門切換相關(guān)流程，存在堿液配比濃度不穩(wěn)定、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、跑氯風(fēng)險(xiǎn)大等不利因素；裝置還存在儀表配置位置不合理、數(shù)量偏少等問(wèn)題。為確保穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)A型次氯酸鈉產(chǎn)品，江漢鹽化工對(duì)事故氯氣裝置進(jìn)行了自動(dòng)化升級(jí)改造。

(1)配堿自動(dòng)化。將1#吸收塔加堿及補(bǔ)水閥、2#吸收塔加堿及補(bǔ)水閥改為自動(dòng)控制閥，并將控制信號(hào)引入氯氫處理中控DCS事故氯氣處理裝置控制系統(tǒng)。

(2)產(chǎn)品倒槽自動(dòng)化。將1#、2#循環(huán)槽循環(huán)泵出口閥、倒槽閥改為自動(dòng)控制閥，1#循環(huán)槽、2#循環(huán)槽4臺(tái)泵控制信號(hào)引入氯氫處理中控DCS事故氯氣處理裝置控制系統(tǒng)。

(3)合理布局監(jiān)控儀表。2#吸收塔新增2只熱電阻溫度探頭，分布在2#吸收塔氯氣進(jìn)口，準(zhǔn)確測(cè)定吸收塔內(nèi)溫度分布，并與氯氣進(jìn)口流量進(jìn)行聯(lián)鎖設(shè)置，超溫時(shí)降低氯氣流量；還對(duì)檢測(cè)點(diǎn)位置不合理的pH值及ORP探頭進(jìn)行了重新移位。

自動(dòng)化升級(jí)改造后，事故氯氣處理裝置實(shí)現(xiàn)了堿液配比自動(dòng)化，產(chǎn)品倒槽自動(dòng)化，且儀表監(jiān)控參數(shù)更加符合實(shí)際工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，減小了裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 工藝控制參數(shù)選定

氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)是放熱反應(yīng)，吸收過(guò)程中應(yīng)及時(shí)移出反應(yīng)熱，否則會(huì)使吸收液溫度上升，發(fā)生下面的副反應(yīng)：

(2)

(3)

副反應(yīng)的發(fā)生不僅會(huì)消耗次氯酸鈉，還會(huì)生成具有生理毒副作用的副產(chǎn)物氯酸鹽[5]，因此，必須控制副反應(yīng)的發(fā)生。分析A型次氯酸鈉生產(chǎn)工藝可知，導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生的主要原因有如下2點(diǎn)。

(1)反應(yīng)溫度過(guò)高。溫度高于35 ℃時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)(2)。因此在工藝控制過(guò)程中，采取的措施有：將對(duì)循環(huán)液換熱的冷凍水調(diào)節(jié)閥門開度與2#吸收塔溫度探頭進(jìn)行聯(lián)鎖控制，溫度超過(guò)30 ℃時(shí)，冷凍水調(diào)節(jié)閥門自動(dòng)開大；設(shè)置反應(yīng)溫度高溫報(bào)警，溫度達(dá)到29 ℃時(shí)，操作人員手動(dòng)降低進(jìn)料氯氣流量。

(2)局部氯氣過(guò)量。局部氯氣過(guò)量現(xiàn)象，一方面取決于通入氯氣的速度; 另一方面，在通入氯氣速度一定時(shí)，取決于氯氣在氫氧化鈉溶液中的分散速度[6]。氫氧化鈉溶液的濃度越高，其密度和黏度就越大，而氯氣在氫氧化鈉中的分散性就越差，造成局部氯氣濃度過(guò)大，副反應(yīng)增加。因此在A型次氯酸鈉生產(chǎn)過(guò)程中，須控制氫氧化鈉溶液的濃度不能太高；此外，要嚴(yán)格控制通氯速率，防止局部氯氣過(guò)量。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)氫氧化鈉配堿濃度、通氯流量、通氯時(shí)間、反應(yīng)終點(diǎn)ORP值和反應(yīng)終點(diǎn)pH值等工藝控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，生產(chǎn)出的A型次氯酸鈉產(chǎn)品情況如表1所示。

表1 A型次氯酸鈉生產(chǎn)裝置運(yùn)行工藝參數(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量

從表1可以看出：配堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在16%，通氯流量在100 kg/h，通氯時(shí)間為8 h，終點(diǎn)ORP值控制在560 mV時(shí)，生產(chǎn)出的次氯酸鈉產(chǎn)品有效氯、過(guò)堿量、氯酸鹽含量、重金屬元素鉛與砷含量均低于標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢宰鳛槌鞘凶詠?lái)水消毒劑使用。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)事故氯氣處理裝置進(jìn)行工藝改進(jìn)，自動(dòng)化升級(jí)，在滿足裝置安全生產(chǎn)的前提下，生產(chǎn)出的A型次氯酸鈉產(chǎn)品可以作為城市自來(lái)水消毒劑使用。

(2)當(dāng)氫氧化鈉堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%、氯氣流量100 kg/h、通氯時(shí)間8 h、反應(yīng)終點(diǎn)ORP值為560 mV時(shí)，生產(chǎn)出的A型次氯酸鈉產(chǎn)品有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)13%～14%、過(guò)堿量質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.65%～0.7%、氯酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.27%～0.28%，滿足了下游客戶自來(lái)水廠的指標(biāo)要求。