氯氣干燥工藝的改進(jìn)與優(yōu)化

王昌，劉剛，姜宇峰

（神馬氯堿化工有限責(zé)任公司，河南平頂山467000）

氯氣干燥工藝的改進(jìn)與優(yōu)化

王昌，劉剛，姜宇峰

（神馬氯堿化工有限責(zé)任公司，河南平頂山467000）

為解決原離子膜燒堿項(xiàng)目中氯氣處理工藝存在的問(wèn)題，在新建的20萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目中采用2種塔型串聯(lián)的氯氣處理模式，并計(jì)算和繪制了塔的負(fù)荷性能圖。按照負(fù)荷性能圖對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)踐證明，改進(jìn)后的干燥系統(tǒng)操作穩(wěn)定，不但使處理后的氯氣質(zhì)量達(dá)到工藝指標(biāo)，而且大大降低了濃硫酸的用量。既降低了生產(chǎn)成本，又減少了排放量。

氯氣；硫酸；填料塔；泡罩塔；干燥

氯氣處理主要任務(wù)是降低氯氣中水含量，減少夾帶的鹽霧等雜質(zhì)，并加壓輸送到下一工序。它關(guān)系著系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。提高氯氣質(zhì)量對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備和工藝管線的壽命，保障安全生產(chǎn)尤為重要。因此，河南神馬氯堿化工公司在新建的20萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目建設(shè)中把氯氣處理工序作為項(xiàng)目建設(shè)的重點(diǎn)之一。

1 原工藝概況

該公司10萬(wàn)t/a離子膜燒堿生產(chǎn)中，氯氣干燥工藝流程是在負(fù)壓條件下，高溫、高濕氯氣首先進(jìn)入氯水洗滌塔降溫、除去夾帶鹽等雜質(zhì)，接著，進(jìn)入鈦管冷卻器和水霧捕集器，然后在進(jìn)入組合式干燥塔的填料段與稀硫酸逆向接觸干燥后，進(jìn)入組合式干燥塔的泡罩塔段被濃硫酸進(jìn)一步干燥，最后，經(jīng)過(guò)酸霧捕集器除去酸霧得到符合工藝指標(biāo)的氯氣。該干燥生產(chǎn)工藝雖安全、穩(wěn)定，但不適合更大量的氯氣處理，而且濃硫酸消耗量大。夏季噸氯消耗濃硫酸23 kg，冬季噸氯消耗濃硫酸21 kg。

經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，濃硫酸消耗大的主要原因是原有干燥工藝流程較短，若要達(dá)到氯氣干燥的工藝指標(biāo)，就不得不加大濃硫酸量。理論上，98%硫酸從泡罩塔的頂層塔板加入，依次通過(guò)塔板自流至塔底后，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到88%～94%時(shí)，才排到填料塔。實(shí)際操作中，為了實(shí)現(xiàn)氯中含水≤0.02%；氯氣純度≥98%的工藝指標(biāo)，不得不加大濃硫酸的流量。這樣就導(dǎo)致大量高濃度的硫酸過(guò)早地溢流入填料塔，使填料塔排出的廢酸濃度提高。

濃硫酸消耗量大的另外一個(gè)原因是所用濃硫酸雜質(zhì)多。

因此，為了滿足20萬(wàn)t/a離子膜燒堿生產(chǎn)中的氯氣處理要求、降低濃硫酸消耗，必須對(duì)現(xiàn)有的氯氣處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2 工藝優(yōu)化

氯氣的干燥實(shí)質(zhì)是硫酸與濕氯氣接觸后，水從氯氣擴(kuò)散到硫酸中的傳質(zhì)過(guò)程。該過(guò)程是靠氯氣中的水蒸氣分壓P1與硫酸中組分水的平衡水蒸氣分壓P2之差ΔP推動(dòng)的，即傳質(zhì)推動(dòng)力為ΔP=P1-P2[1]。傳質(zhì)推動(dòng)力越大，干燥效果就越好。由于硫酸吸收水分時(shí)放出大量熱，而硫酸濃度一定時(shí)，溫度高時(shí)水蒸氣分壓就高，則傳質(zhì)推動(dòng)力ΔP降低。因此，在干燥操作時(shí)應(yīng)控制濃硫酸的溫度。特別是最后一塔的進(jìn)酸溫度，因?yàn)楸桓稍锖蟮穆葰庵泻咳Q于最后一塔內(nèi)硫酸液面上的水蒸氣分壓[2]。

目前，常用的氯氣干燥設(shè)備有3種，即填料塔、強(qiáng)化泡沫塔和泡罩塔。

填料塔操作平穩(wěn)，彈性較大，塔的阻力降小，但占地面積大，投資較多，大修時(shí)清理檢修難度較大[3]。強(qiáng)化泡沫干燥塔易操作，且彌補(bǔ)了填料塔投資大、占地大的不足，但該塔的阻力降大，動(dòng)力消耗大[4]。因此，該公司與成達(dá)化工設(shè)計(jì)院合作，對(duì)原工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用填料塔與泡罩塔組合流程，設(shè)計(jì)建設(shè)了20萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目中氯氣處理工序，改進(jìn)后的氯氣干燥工藝流程見(jiàn)圖1。該流程結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小，充分發(fā)揮了填料塔操作彈性大和泡罩塔處理量大、干燥效率高的優(yōu)勢(shì)。

氯氣中被干燥后的水含量取決于最后一塔工藝指標(biāo)的控制，因此，需要知道泡罩塔的負(fù)荷性能。

要降低濃硫酸消耗，首先要在保證氯氣質(zhì)量合格、安全生產(chǎn)的前提下，盡可能地降低泡罩塔中濃硫酸的流量。因此，結(jié)合目前泡罩塔的規(guī)格參數(shù)，計(jì)算出它的水力學(xué)性能，并繪出塔板的負(fù)荷性能圖（見(jiàn)圖2）。圖中通過(guò)原點(diǎn)的線是操作線，其余5條曲線圍成的閉合區(qū)域?yàn)檫m宜的操作區(qū)域。

由圖2可以看出，同樣的氯氣量可以有多個(gè)硫酸流量與之匹配。如要降低硫酸的消耗，就要在操作區(qū)域內(nèi)，盡量使硫酸流量接近下限。通常，為了安全穩(wěn)定生產(chǎn)，保持流量稍大于下限流量。只要根據(jù)氯氣流量適時(shí)調(diào)節(jié)硫酸流量，就能節(jié)約大量硫酸。

在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)該提高濃硫酸的質(zhì)量，降低雜質(zhì)含量。這樣，也可以延長(zhǎng)塔的大修周期。濃硫酸的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 濃硫酸的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

20萬(wàn)t/a離子膜燒堿項(xiàng)目建成投產(chǎn)半年以來(lái)，經(jīng)氯處理工序處理后的氯氣均達(dá)到各項(xiàng)工藝指標(biāo)，氯中含水≤0.01%；氯氣純度≥98%。而且，濃硫酸消耗量大大降低，即使在夏季，每干燥1噸氯氣，濃硫酸消耗未超過(guò)20 kg。

改進(jìn)工藝后，干燥系統(tǒng)穩(wěn)定，干燥后的氯氣質(zhì)量達(dá)到各項(xiàng)工藝指標(biāo)，而且大大降低了濃硫酸的用量，降低了生產(chǎn)成本。

[1]譚天恩，等．化工原理.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998：20-30.

[2]李風(fēng)格.氯氣干燥工藝流程選擇.氯堿工業(yè)，2008，44（12）：17-18.

[3]沈志良．強(qiáng)化型氯氣泡沫干燥塔的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.中國(guó)氯堿，2002（6）：23-26.

[4]方度，蔣蘭蓀，等.氯堿工藝學(xué).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

[5]曾宇峰.氯氣及液氯精制技術(shù).中國(guó)氯堿，2000（8）：17-19.

Innovation and optim ization of drying processof chlorinegas

WANGChang,LIUGang,JIANGYu-feng
(Shenma Chlor-alkaliChemicalCo.,Ltd.,Pingdingshan,467000,China)

The treatmentmodel of chlorine gas with the two towers in series was used in 200 kt/a ionic membrane caustic soda new project for the solution ofexisting problems in old ionicmembrane caustic soda project.The load capacity figure of the tower was computed and drawn,and the operation system was optimized.The quality of the chlorine after treatmentmet each technology requirements with new stale operation system,and the usage ofsulfuric acid was reduced largely.The production coastand dischargewere reduced.

chlorine gas;sulfuric acid;packing tower;pubble tower;dry

book=10,ebook=216

TQ124.4+16

B

1009－1785(2010)06－0010-02

2010-02-02