鎂電解槽緊急事故氯氣凈化系統的研究

劉莉（青海鹽湖鎂業有限公司，青海 格爾木 816000）

鎂電解槽緊急事故氯氣凈化系統的研究

劉莉（青海鹽湖鎂業有限公司，青海 格爾木 816000）

電解金屬鎂工藝采用氯化鎂熔鹽電解生產金屬鎂，生產原料為無水氯化鎂，電解過程中通過消耗電解質中的MgCl2生產出金屬鎂，同時產生副產品氯氣。氯氣由專用的管道送至下游工廠生產各種PVC產品。當PVC工廠出現突然停車事故無法接收氯氣，而電解槽又不能停止生產。氯氣需要輸送到緊急事故凈化系統處理。另外，電解槽初始工作或結束工作時，由于氯氣濃度小于PVC工廠要求的濃度而不能接收氯氣，此時低濃度氯氣同樣需要送到緊急事故氯氣凈化系統處理。

鎂電解槽;事故氯氣;凈化;研究

電解槽生產的氯氣是一種溫度高、濃度大、毒性大的酸性氣體，它對人體產生極大的危害，同時對一般金屬設備和部件具有較大的腐蝕性，因此，緊急事故氯氣的凈化和處理尤為重要。

1 氯氣凈化系統方法

緊急事故氯氣的處理主要采用濕法凈化技術，即采用堿性（如NaOH）溶液作吸收劑來中和吸收氯氣。濕法凈化氯氣又分為熱法化學反應法和冷法化學反應法兩種。

2 熱法凈化

熱法凈化法采用熱法化學反應法，一般指將工況的高溫氯氣直接與NaOH溶液在凈化塔中進行中和吸收反應。此時，氯氣與NaOH發生的化學反應生成氯酸鈉、氯化鈉和水，其化學反應議程式為：3Cl2+6NaOH=5NaCl+NaClO3+3H2O，熱法凈化法的特點是：高溫氯氣可以直接與NaOH溶液在凈化塔內進行中和吸收反應，反應充分。相對冷態凈化方案，不需要降溫設備，相對可減少一次投資。但是反應生成的NaClO3第一是性能不穩定，與磷、硫及有機物接觸易發生燃燒和爆炸。第二是能為人體皮膚所吸收，在人體內積累而引起中毒。NaClO3可以用于生產消毒液，除草劑等。介于熱法凈化法存在一定的不安全性，故本文將重點論述冷發凈化法。

3 冷法凈化

一般指氯氣與NaOH溶液在凈化塔（反應體系）的溫度在49℃以下。反應后生成次氯酸鈉、氯化鈉和水，從而吸收了氯氣。吸收后含有NaClO的液體，儲存在NaClO貯槽內，等待統一送至次鈉廠生產次鈉產品，其化學反應方程式：CL2+2NaOH→ NaClO+NaCl+H2O，冷法凈化法的特點是：氯氣在過量的NaOH溶劑中和充分，凈化后的氣體中含氯氣濃度小于60mg/Nm3。中和吸收后的產品NaClO在低溫情況下，化學性質穩定，用途極為廣泛。相對熱態凈化方案需要增加氯氣降溫措施相對增加一次投資。

4 冷法氯氣凈化工作原理

當PVC工廠出現突然停車事故而無法接收氯氣時，通過專用氯氣輸送管道上的自動切換閥將氯氣導入緊急事故氯氣凈化系統。事故氯氣處理系統主要由兩個工藝步驟組成：氯氣降溫；氯氣吸收。

1）氯氣降溫工藝，該工藝極為簡單——設備只有一臺板式換熱器，事故氯氣一般是在電解槽正常工作時產生的，正常氣體溫度為50-115℃，最高可達150℃。大量的高濃度，高溫度的氯氣只有在充分降溫處理后，才能進行冷法凈化系統，氯氣進入換熱器前，溫度為150℃，經過板式換熱器換熱后，氯氣溫度降至40℃以下。冷卻水進入溫度為22℃，經換熱器吸收氯氣的熱量后，冷卻水回水溫度升至37℃左右，需要冷卻水量35390m3/ h。板式換熱器材質為鉿CT276，板式換熱器前段的氯氣管道為碳鋼材質，板式換熱器后段的氯氣管道為玻璃鋼復合材料或PVC管。

5 氯氣吸收工藝設計

氯氣吸收的工藝設計容量按兩種情況考慮；一種是電解槽在初始開車階段和終結工作階段。這兩個階段的氯氣濃度極不穩定，氯氣流量、濃度、溫度均小于正常值，無法滿足PVC工廠生產的要求，該階段的氯氣不能進入PVC工廠而需要處理。另一種是事故氯氣，該階段的氯氣是電解槽正常工作時產生的。氯氣的流量、濃度、溫度均為正常值，并大于第一種情況。因此，氯氣吸收設計容量按二種情況中的最大一種選擇，即按事故氯氣容量確定。氯氣吸收工藝設計由一套二級三塔（其中一塔備用）串聯構成，每臺凈化塔后部設有循環槽1個，循環泵2臺（1備用），換熱器1臺。每級凈化塔均采用雙噴、雙霧口、雙層填料式。該凈化填料塔的特點是；對高濃度，大氣量的氯氣能進行有效吸收，工作效率穩定，維護及維護工作量小。工作原理：氯氣由凈化塔下部進入，之后向上穿過底板和填料層。NaOH溶液是從凈化塔頂部和中部加入，然后通過環形管道分布器將NaOH液體以霧化狀態噴向霧區和填料層。氯氣與NaOH液體在塔內以接觸、碰撞、起泡、霧化、噴淋、吸收等多種機理的作用下進行化學反應，反應后有85-90%的氯氣被中和吸收，余于的10%-15%氯氣進入到第二級凈化吸收塔吸收，經第二級凈化吸收后，氣體的濃度達到≤60mg/Nm3，滿足國家排放標準，經風機排至煙囪進入大氣中。氯氣與NaOH溶液在凈化塔內進行的中和吸收反應是放熱過程，因此，反應體系的溫度有所升高，為避免熱量在混合液中累積，在循環液的管路中必須采用換熱器將混合液溫度降至40℃以下，然后再次送入凈化吸收塔內重新中和吸收氯氣。當混合液中的NaClO濃度達10%以上時，系統將部分混合液排送至NaClO貯槽中儲存，同時自動補充17%的NaOH溶液至循環槽中。凈化吸收塔循環槽材質為玻璃鋼內襯聚四氟乙烯復合材料，循環泵為鈦質材料，液/液換熱器為鈦質材料，閥門等為鈦質品，管道為PVC材質。工藝設計中考慮17%NaOH溶液制做攪拌槽1個，NaClO貯槽1個，廢液槽1個，這些槽均為玻璃鋼復合材料，純堿片庫房1個。另外，設計中沒有考慮單獨設置17%NaOH貯槽，而是采用循環槽代替NaOH貯槽作用，一槽二用。

6 結語

本凈化工藝系統為緊急事故氯氣凈化處理，由于處理的氣體為高濃度、高溫度的氯氣，它對人和設備的危害是巨大的。因此要求系統內的所有設備、儀表等元器件要在接到緊急事故氯氣信號后，在第一時間內的最快的時間反應并動遷。

[1]周云英,石玉英，《鎂電解氯氣凈化系統的優化研究》湖南有色金屬，2014.12

[2]周文高，周世偉《緊急事故氯氣凈化系統的工程設計》科技傳播，2012.04

劉莉（1985-）女，專業:冶金工程 學歷:本科 職稱:化工工藝助理工程師

研究方向:冶金工程專業。