降低氯氣干燥系統濃硫酸消耗的途徑

黃健

(焦作煤業(集團)有限責任公司，河南 焦作 454001)

1 氯氣處理濃硫酸使用要求

氯氣處理濃硫酸干燥工藝主要是利用濃硫酸具有的吸水性除去氯氣中夾帶的水分，輸出合格的干燥氯氣。濃硫酸具有強烈的吸水性，當它和含水物質相遇時，就會把該物質中的水分吸收出來，生成硫酸的水合物,達到脫去水分的目的。而且濃硫酸具有以下特性：①不與氯氣發生反應，氯在硫酸中的溶解度極小；②脫水效率高；③價廉易得；④濃硫酸對鋼鐵設備腐蝕性較小；⑤稀硫酸可回收利用。

硫酸的吸水性與濃度、溫度有關，要保證干燥塔的硫酸濃度及溫度，才能保證氯氣的干燥效果。焦作煤業(集團)有限責任公司開元化工20萬t/a燒堿項目氯氣干燥系統采用的是1#干燥塔(填料塔)和2#干燥塔(泡罩塔)兩塔串聯的方式，使氯氣和濃硫酸充分接觸。填料塔用硫酸質量分數為75%～90%，泡罩塔用硫酸質量分數為90%～98%，經過充分脫水后進入氯氣壓縮機將干燥氯氣加壓輸送出去。

2 氯氣處理濃硫酸干燥工藝流程

由電解來的高溫濕氯氣經過洗滌工序后進入1#干燥塔底部，1#干燥塔硫酸循環泵將稀硫酸送1#干燥塔冷卻器冷卻降溫后送入1#干燥塔上部，對濕氯氣進行初步干燥。干燥后的氯氣進入2#干燥塔底部，再用98%的濃硫酸進行干燥，98%的濃硫酸由濃硫酸高位槽供給進入2#干燥塔第一層塔板，經降液管逐步溢流至其他層塔板。2#干燥塔干燥后的氯氣經干氯氣過濾器去除酸霧和不潔物后，進入氯氣壓縮機壓縮加壓后分別送至液氯和氯化氫合成工序。濃硫酸吸收氯氣所放出的熱量由2#干燥塔冷卻器換熱后導出，2#干燥塔液位由2#干燥塔硫酸循環泵送入1#干燥塔內控制，1#干燥塔內的稀硫酸送入成品罐區銷售。

濃硫酸干燥工藝圖如圖1所示。

圖1 氯氣干燥流程圖Fig.1 Chlorine drying process flow

3 控制濃硫酸消耗的途徑

3.1 嚴格控制氯氣冷卻后溫度

電解工段過來的高溫濕氯氣經過氯氣預冷器和氯氣冷卻器兩級冷卻后，溫度指標情況會給氯氣干燥系統帶來較大影響，如果氯氣降溫脫水階段效果不良，溫度指標偏高，高于15 ℃甚至達到20 ℃左右，此時如果不加以控制，直接進入氯氣干燥系統，會造成塔溫升高，此時消耗的濃硫酸量明顯增加，濃硫酸吸水放熱也會導致干燥塔塔板及塔身發生形變直接影響干燥塔穩定運行；反之，氯氣冷卻后溫度過低，在溫度低于9.6 ℃時會生成Cl2·8H2O，堵塞氯氣管道，對生產造成不利影響。

實踐證明：冷卻后的氯氣溫度控制在11～15 ℃時，濃硫酸干燥效率最好，且可以降低濃硫酸消耗量。

氯氣溫度和含水量對濃硫酸單耗的影響如表1所示。

由表1可知：當控制進1#干燥塔濃硫酸質量分數98%，出2#干燥塔稀硫酸質量分數75%時，進2#干燥塔濕氯氣溫度越高，含水量越大，則濃硫酸的消耗量越高，因此，將氯氣溫度控制在11～15 ℃范圍內，濃硫酸消耗量顯著降低。

表1 氯氣溫度和含水量對濃硫酸單耗的影響Table 1 Effect of chlorine temperature and water content on unit consumption of concentrated sulfuric acid

3.2 合理選擇液體分布器，有效避免干燥塔內布液不均勻

氯氣干燥塔內件包括液體分布裝置、床層壓緊裝置、填料支撐裝置、液體收集再分布裝置、進料和采出裝置、氣體分布裝置等。氯氣干燥塔液體分布器、液體收集再分布器和氣體分布器的選擇十分關鍵。如果選擇不當，會導致填料的性能無法充分發揮，布液分布不均勻可使填料的性能下降50%～70%，從而增加了濃硫酸的消耗。

近年來，通過對規整填料的深入研究，改變內部的氣液流動方式，出現了很多效率高、壓降低、通量大的新型填料，這也使選擇合理的氣液分布器，充分發揮新型填料的使用效率，顯得十分重要。很多廠家采用重力型管式液體分布器，大大改善了填料干燥塔布液不均勻的問題。

重力型管式液體分布器是依靠管內液體提供的壓頭，通過分布管上的分布孔進行液體分布，分布器結構簡單、安裝便捷、分布效果好，截面上分布點多達180個/m2，有效提高了液體分布效果。但是由于液體與管壁的摩擦和分布管中液體流動速度的不同而影響分布孔出口壓力的變化，導致分布孔液體流動不均，設計時要充分考慮分布管的直徑與分布孔的孔徑選取。

3.3 確保水霧捕集器性能

水霧捕集器的工作原理：極其微小的霧粒由于氣體分子的撞擊會產生無規則熱運動。直徑為0.1 μm的霧滴的布朗運動會比直徑為1 μm的霧滴快10倍，加大了撞擊概率。采用3種方式進行捕集：①慣性碰撞；②直接攔截；③布朗擴散。大于3 μm的霧滴碰撞到纖維面離開了氣流，被纖維床捕集；0～0.3 μm的霧滴可用直接攔截的方式捕集；極其微小的霧粒由于氣體分子的撞擊會產生無規則熱運動而被捕集。

如果水霧捕集器使用效果不好會給后續干燥工序帶來影響，會直接導致過多的水分帶入干燥系統，增加了干燥系統的脫水負荷，濃硫酸消耗量隨之增加。

水霧捕集器可以保證氯氣進入干燥塔前盡量除去多余的水分。開元化工20萬t/a燒堿項目使用的除霧器原件(DN600×3 000)運行初期平均壓差為0.3～0.5 kPa，中期達到0.6 kPa左右，最終穩定在0.7 kPa左右。至今已經使用9年有余仍保持正常運行狀態。氯中含水質量分數穩定在0.03%～0.035%，硫酸單耗為13 kg/(t·NaOH)，使用效果非常明顯。曾在大修期間對該過濾器打開檢查過，除霧器元件良好，濾芯無堵塞現象。

水霧捕集器內部結構如圖2所示。

圖2 水霧捕集器內部結構圖Fig.2 Internal structure of mist trap

[1] 蔡海彥.氯氣干燥工序除霧器的選擇[J]. 氯堿工業，2007(3):16-18.

[2] 黃海.氯氣干燥工藝優化[J]. 氯堿工業,2007(12):24-26.