綜合法二氧化氯制備中發生器工藝的對比

李麗萍 謝 勤

(海南金海漿紙業有限公司, 海南洋浦, 578101)

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·ClO2制備·

綜合法二氧化氯制備中發生器工藝的對比

李麗萍 謝 勤

(海南金海漿紙業有限公司, 海南洋浦, 578101)

主要介紹了目前綜合法(R6法)制備二氧化氯(ClO2)的發生器類型,闡述了臥式發生器和立式發生器的結構及操作條件,并對兩種發生器在設計、安裝、操作上進行了對比。

二氧化氯；綜合法；臥式發生器；立式發生器

(*E-mail: abcxq1@126.com)

從20世紀80年代后期開始,世界各國對元素氯作為生產化學漂白漿的主要漂白劑而帶來的生態環境問題越來越重視[1],并著手于無元素氯紙漿漂白(ECF)和全無氯紙漿漂白(TCF)的研究。但從目前工藝流程的設計和資金投入上來看,完全采用無氯紙漿漂白(TCF)難度相當大[2],為此目前在國內的大型漿紙廠基本上都是采用無元素氯紙漿漂白(ECF),如海南金海漿紙業有限公司、日照森博日照漿紙有限公司、山東晨鳴紙業集團股份有限公司等都是采用二氧化氯(ClO2)作為漂白劑。

國內大型的ClO2制造方法基本上采用的是綜合法(R6),即將從氯酸鈉電解槽出來的強氯酸鈉溶液與鹽酸混合在ClO2發生器反應生成ClO2[3]。而發生器的結構和控制參數不同,反應生成效率也不同。目前ClO2發生器可分為臥式發生器和立式發生器,國內大部分綜合法的ClO2發生器以臥式為主,而部分大型紙漿廠則有立式結構的發生器,其特點是單線產量較大,如山東亞太森博日照漿紙有限公司105 t/d 的立式結構的發生器(EKA公司生產),海南金海漿紙業有限公司70 t/d的立式結構的發生器(加拿大C公司生產)等。本文就ClO2臥式發生器和立式發生器的結構及操作分別介紹。

1 臥式發生器結構及操作說明

1.1 臥式發生器的結構及工藝流程

ClO2臥式發生器的結構及工藝流程見圖1。從圖1可見，臥式發生器內部設計為隔板式，隔板將內部分隔成9個反應室,參與反應的強氯酸鈉溶液和HCl混合后進入第一反應室后，通過溢流的方式逐步進入下一個反應室完成整個反應,系統生成的ClO2氣體通過稀氯風機的抽吸進入ClO2吸收塔進行吸收,發生器反應后的稀氯酸鹽溶液溢流到稀氯酸鹽蒸發器進一步反應消耗其中殘酸,其生成的氣體通過發生器蒸發冷凝器冷卻送往吸收塔吸收,而最終的溶液通過稀氯酸鹽泵送回電解系統,完成系統的一個反應循環[4],臥式發生器在設計上對反應的負壓需求較低,通過稀釋空氣壓縮機進行輸送。

1.2 臥式發生器相關操作參數

(1)進入發生器的強氯酸鹽溫度25℃。

(2)進入發生器的強氯酸鹽和HCl加入比例4.1∶1(體積比)。

(3)進入發生器的NaCl濃度110～130 g/L,NaClO3濃度420～450 g/L。

(4)進入發生器的HCl質量分數32%。

(5)維持發生器氣壓在-1.0 kPa真空度。

(6)維持稀釋空氣壓力在70 kPa(g)。

(7)出發生器氣體溫度控制在60～65℃。

(8)返回電解系統稀氯酸鹽殘酸含量<3 g/L。

圖1 臥式發生器的結構及工藝流程

圖2 立式發生器結構及工藝流程

發生器的溫度控制是通過在3、5、7、9反應室的蒸汽加熱器來進行控制,蒸汽加熱器是以列管式設計的,1～9號反應室溫度依次設定為22℃、28℃、33℃、42℃、52℃、63℃、71℃、76℃、80℃。每個反應室都通有稀釋空氣,根據不同的產量調節其流量,維持進吸收塔的ClO2氣體濃度在10%(體積分數),當一個或多個發生器反應室空氣流量小,將導致ClO2氣體分解。強氯酸鈉溶液通過發生器反應后回電解系統溶液濃度(即稀氯酸鹽蒸發器出口溶液)：

NaCl濃度145～160 g/L,NaClO3濃度300～350 g/L。

2 立式發生器結構及操作說明

2.1 立式發生器結構及工藝流程

立式發生器的結構較為簡單，以加拿大C公司立式發生器為例(見圖2),其設計形狀為立式圓筒形狀容器,發生器底部為錐形結構連接底部大循環管,循環管直接和循環泵鏈接,循環泵上方為列管式設計的加熱器,加熱器用于加熱濃氯酸鹽溶液提升溫度與HCl反應,加熱器上方有一個噴射器用于加酸,噴射器設計為外碳鋼內襯PTFE的直管,兩側插入兩根小于10 mm的小管，讓400 kPa壓力的HCl進入時能更好的和強氯酸鈉溶液混合,HCl和濃氯酸鹽混合反應生成的氣體通過真空泵的高真空抽吸作用[3],將氣體抽吸到ClO2冷凝器使溫度降低到45℃,再進入ClO2吸收塔完成吸收[5]。反應后的稀氯酸鹽溶液一部分再和新進入系統的濃氯酸鹽溶液混合再參與反應,另一部分則通過稀氯酸鹽反回泵將溶液送到稀氯酸鹽加熱器加熱到110℃后進入氣體分離氣進一步反應[6],除去內部多余殘酸,生成的氣體通過真空泵抽吸直接送往鹽酸系統,最終反應后的稀氯酸鹽溶液通過安裝于高位氣體分離器直接溢流回電解系統。

2.2 立式發生器相關操作參數

(1)進入發生器的氯酸鹽溫度45℃。

(2)進入發生器的氯酸鹽和HCl加入比例3.7∶1(體積比)。

(3)進入發生器的NaCl濃度105～115 g/L,NaClO3濃度490～530 g/L。

(4)進入發生器的HCl質量分數32%。

(5)維持發生器氣壓在-69～-75 kPa真空度(以加拿大C公司目前在海南及印尼的兩條生產線，均可將真空度控制到-75 kPa)。

(6)經過加熱后與HCl反應的氯酸鹽溫度73～75℃。

(7)發生器的溶液溫度70～73℃(越高真空度條件下溫度越低)。

(8)出發生器氣體溫度控制在64～69℃(以加拿大C公司系統為例，超出70℃則判定為系統分解,會自動噴水降溫)。

(9)返回電解系統稀氯酸鹽殘酸含量<3 g/L。

強氯酸鈉溶液通過發生器反應后回電解系統溶液濃度(即氣體分離器出口溶液)：NaCl濃度160～180 g/L,NaClO3濃度350～400 g/L。

3 臥式發生器和立式發生器的對比

立式發生器系統主設備安裝分別有[2]:①立式反應器內部裝有噴射器；②氯酸鹽循環泵[7]；③稀氯酸鹽返回泵；④稀氯酸鹽加熱器;⑤氣體分離器;⑥ClO2氣體冷凝器;⑦ClO2吸收塔;⑧真空泵。

臥式發生器系統主設備安裝分別有：①臥式反應器;②氯酸鹽酸鹽蒸發器;③稀釋空氣壓縮機;④稀氯酸鹽泵;⑤發生器蒸發冷凝器;⑥ClO2吸收塔;⑦稀氯風機。

(1)在設備安裝上，立式發生器因采用強制循環方式,因此ClO2發生器底部裝有循環泵用于循環氯酸鹽溶液與鹽酸反應；而臥式ClO2發生器不需要安裝該設備,只通過反應內逐步溢流在反應室內完成反應。雖然在此設計上，臥式發生器比立式發生器減少了循環泵的安裝,但因臥式發生器需要不同流量空氣進行壓力控制,需要安裝稀釋空氣壓縮機。

(2)立式反應器系統在后段降低殘酸部分，先通過稀氯酸鹽返回泵將殘酸含量為8 g/L溶液輸送到稀氯酸鹽加熱器加熱，將多余的殘酸進行反應,再到輸送到高位的氣體分離器將產生的氯氣分離,最終殘酸含量低于3 g/L的稀氯酸鹽溶液通過溢流的方式送回電解槽；而臥式反應器系統,將反應器安裝于高位，通過溶液的溢流進入低位氯酸鹽酸鹽蒸發器,在稀氯酸鹽酸鹽蒸發器內，將殘酸含量為8 g/L的稀氯酸直接加熱，將多余的殘酸反應掉,最終殘酸含量低于3 g/L的稀氯酸鹽溶液通過稀氯酸鹽泵送回電解槽,在此設計上，立式發生器系統增加了稀氯酸鹽加熱器,而臥式發生器直接在稀氯酸鹽蒸發器內加熱反應更為簡潔。

(3)在生產的ClO2氣體后段輸送部分，兩種發生器安裝部分基本一樣,均有冷凝器、吸收塔和產生負壓的風機(或是真空泵)。

(4)兩種反應器在生產調節上,臥式發生器在不同產量調節上需要分段式的調節溫度及壓力,而立式發生器在產量調節時,只需根據相對應的產量調整蒸汽溫度,而壓力控制是通過真空泵回流閥實現自動穩壓在-69～-75 kPa,調節更為簡易。

(5)若因系統內部污染造成的ClO2分解[8],立式發生器在處理ClO2分解異常時會更為快捷,立式發生器可通過強制循環方式加大進出液的置換,一般在1 h內便可重新開啟運行；而臥式發生器處理時間往往需要3～4 h。

5 結 語

面對世界范圍內日益擴大的紙漿生產行業和我國環境保護的日益加強,ClO2已成為無元素氯(ECF)制漿的主要漂白劑,國內現階段綜合法生產ClO2的臥式發生器已經成為一種成熟的工藝,但著眼于大型漿紙企業以逐步使用更大型的ClO2生產系統,系統如何完善、提高國內ClO2制造工藝,使設備更具有操作性和便利性,還需要不斷地去探索、應用和完善。

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(責任編輯：常 青)

Comparison of Application of Horizontal and Vertical Generators in R6-ClO2Synthesis Process

LI Li-ping*XIE Qin

(HainanJinhaiPulp&PaperIndustryCo.,Ltd.,Yangpu,HainanProvince, 578101)

Tht paper mainly the introduced the structures and the operating conditions of horizontal and vertical generators in R6 chlorine dioxide synthesis process, The design, installation and operation of two kinds of generators were compared．

ClO2; R6; horizontal generators; rertical generators

2017- 03- 20(修改稿)

李麗萍女士,助理工程師；主要從事二氧化氯項目的建設、生產管理及異常處理工作。

TS745

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.06.013