冷凝酸用于氯酸鹽分解槽的研究

李楊，張紅瑞，馬龍

(內蒙古君正化工有限責任公司，內蒙古 烏海 016040)

內蒙古君正化工有限責任公司(以下簡稱“君正化工”)氯氫裝置設計安裝7臺氯化氫石墨合成爐，合成爐上氣室及HCl緩沖罐中的冷凝酸沿回收管路連續自流進入冷凝酸回收罐，日產冷凝酸9 t左右。冷凝酸中含游離氯且不易處理，因此回用及外售均比較困難。

1 鹽酸中游離氯的產生

游離氯即Cl2、HClO、ClO-的總稱，高純鹽酸中游離氯的含量較少，但冷凝酸中游離氯的含量較多，以下分別對高純鹽酸和冷凝酸中游離氯的產生機制進行分析。

1.1 高純鹽酸中游離氯的產生

高純鹽酸中的游離氯主要是由于系統壓力波動、氯氣反應不完全生成的，大部分是在降膜吸收器中反應生成，可能的原因主要有以下幾點。

(1)進爐氯氫氣壓力波動。電解裝置升降負荷或氯氫氣壓縮機負荷波動，造成進爐氯氫氣壓力波動，流量配比短暫波動，氯氣反應不完全。

(2)水力噴射器抽力波動。水力噴射器泄漏或故障造成合成爐爐壓波動，進而影響進爐的氯氣和氫氣流量，氯氣反應不完全。

(3)合成爐燈頭安裝水平度不夠。合成爐石英燈頭由內外兩層組成，內層通入氯氣，外層通入氫氣，如果石英燈頭安裝水平度不夠，就會造成燈頭頂部氯氫氣流動方向偏斜，進而造成氯氫氣反應不均勻。

1.2 冷凝酸中游離氯的產生

HCl合成過程中的冷凝酸主要來源于合成爐上氣室及HCl緩沖罐，不同于高純鹽酸，冷凝酸中的游離氯大部分是在合成爐內產生的，其中反應所需的氯氣與前述來源相同。水分主要由氫氣夾帶，君正化工氫氣處理水霧捕集器濾芯已連續投用9年，分析顯示進爐氫氣含水質量分數在0.25%左右，氫氣含水偏高是造成合成爐冷凝酸產量大的根本原因。

2 氯酸鹽的分解

電解裝置氯酸鹽分解槽是控制系統中氯酸鹽含量的核心設備，鹽水系統中的氯酸鹽在高溫條件下與過量鹽酸反應生成氯氣，分解槽出口鹽水進入脫氯塔進行真空脫氯。

當鹽酸過量時，氯酸鹽分解反應方程式如下：

(1)

當鹽酸不足時，氯酸鹽分解反應方程式如下：

2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O。

(2)

實際生產過程中，希望按反應式(1)發生反應，因此鹽酸必須過量，即c(HCl)/c(NaClO3)>6。如果c(HCl)/c(NaClO3)≤2，反應將按照反應式(2)進行，甚至不發生分解。當氣相空間中ClO2體積分數>9.5%，在光和熱等條件下，存在爆炸風險[1]。

3 冷凝酸用于氯酸鹽分解系統

電解槽出槽淡鹽水中本身就含有一定的溶解氯(700～800 mg/L)，須進行脫氯處理，因此,將冷凝酸用至氯酸鹽分解槽無任何不良后果，而且在脫氯反應中還可以進一步回收冷凝酸中的氯氣。另一方面，可節約高純鹽酸的消耗，能夠為后續裝置輸送更多HCl氣體用于生產。

君正化工合成爐日產9 t左右的冷凝酸，而電解氯酸鹽分解槽每日消耗鹽酸28 t左右，僅合成冷凝酸無法滿足分解槽的加酸要求。基于以上原因，冷凝酸回用于氯酸鹽分解槽的設計方案(流程如圖1所示)如下：合成冷凝酸罐V-706液位設置單回路控制，當液位達到設定值，冷凝酸泵啟動，將冷凝酸輸送至電解新增冷凝酸罐V-370。電解高純鹽酸泵P-354A/B出口配管至電解槽冷凝酸回用罐V-370并增加自控閥，自動控制V-370液位。電解冷凝酸回用泵P-374A/B出口配管至原分解槽加酸管路流量計前,利用原加酸自控閥控制分解槽加酸量。新增冷凝酸回用設備需停車檢修時，現場切換手動閥，恢復原分解槽加酸工藝。

D-350—電解高純鹽酸罐;V-706—合成冷凝酸罐;V-370—電解冷凝酸回用罐;R-360—氯酸鹽分解槽。圖1 冷凝酸用于氯酸鹽分解槽工藝流程簡圖Fig.1 Process flow diagram of the use of condensed acid in chlorate decomposition tank

4 結語

合成爐冷凝酸用于氯酸鹽分解槽是君正化工比較成功的案例，不僅冷凝酸得到了有效回用，還創造了一定的經濟效益，對氯堿企業具有一定的借鑒作用。