淺析SVP-L ITE法C lO2制備系統(tǒng)

劉 嘉

(中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司,北京,100026)

·ClO2制備·

淺析SVP-L ITE法C lO2制備系統(tǒng)

劉 嘉

(中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司,北京,100026)

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例論述了SVP-L ITE法ClO2制備系統(tǒng)的各主要設(shè)備單元、操作程序、系統(tǒng)安全。

ClO2制備;SVP-L ITE法;操作程序;系統(tǒng)安全

(E-mail:bcelliujia@vip.sina.com)

Abstract:Nowadays the SVP-L ITE process bywhich ClO2is generated based on oxidation-reduction usingmethanol as reducer iswidely used in paper industry.The main equipment units,operation sequence and system safety of the ClO2generation system are discussed based on a project example.

Key words:ClO2preparation;SVP-L ITE;operation sequence;system safety作者簡(jiǎn)介:劉 嘉先生,工程師;主要從事制漿造紙項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工作。

目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于ClO2的制備方法很多,總體而言,主要分為電解法和化學(xué)法兩大類。電解法是以成本低廉的食鹽為原料在隔膜電解槽裝置內(nèi)電解獲得ClO2混合液,但由于電解法生產(chǎn)的ClO2純度低,一次性設(shè)備投資大,對(duì)電極隔膜的材質(zhì)要求較高、電耗高以及電效率較低,因此影響了該法的推廣使用。研究最多、應(yīng)用最廣泛的還是化學(xué)法,化學(xué)法是以氯酸鈉或亞氯酸鈉為原料,通過(guò)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生ClO2。目前,以甲醇為還原劑的ClO2制備過(guò)程在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛,其商標(biāo)名稱有R8、SVP-甲醇、SVP-L ITE和Solvay。筆者結(jié)合與瑞典EKA化學(xué)品公司的合作項(xiàng)目主要介紹EKA公司的SVP-L ITE。SVPL ITE法以氯酸鈉為主要原料,在酸性條件下與還原劑甲醇反應(yīng)得到C lO2(見(jiàn)圖1)。

圖1 SVP-L ITE法ClO2制備工藝流程

SVP-L ITE法制備ClO2系統(tǒng)主要包括:生產(chǎn)系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、排氣洗滌系統(tǒng)、鹽餅處理系統(tǒng)以及化學(xué)品添加系統(tǒng)。在ClO2生產(chǎn)系統(tǒng)里,反應(yīng)器處于真空條件下,氯酸鈉與甲醇在硫酸溶液中反應(yīng)產(chǎn)生ClO2。該反應(yīng)的副產(chǎn)物為甲酸和倍半硫酸鈉[Na3H(SO4)2]。由于純C lO2極不穩(wěn)定且容易分解,分解會(huì)產(chǎn)生高溫高壓,對(duì)設(shè)備等的危害很大,所以ClO2需要由反應(yīng)液蒸發(fā)出的水蒸氣來(lái)稀釋。由反應(yīng)器溢出的ClO2混合氣體被吸至吸收塔的冷凝器,水蒸氣在冷卻器里冷凝,在冷凝器里被冷卻的C lO2氣體在吸收塔里被冷凍水吸收并形成C lO2溶液。冷凍水的溫度越低,ClO2氣體越容易被吸收。真空系統(tǒng)產(chǎn)生必要的真空,使ClO2氣體得以安全地通過(guò)生產(chǎn)系統(tǒng)及吸收系統(tǒng)。排氣洗滌系統(tǒng)使排出氣體中的ClO2盡可能地回收。鹽餅處理系統(tǒng)包括鹽餅過(guò)濾機(jī)、溶解槽和真空系統(tǒng)。鹽餅過(guò)濾機(jī)濾去反應(yīng)液中的固體結(jié)晶物,濾液則返回至反應(yīng)器內(nèi)。固體結(jié)晶物落入溶解槽內(nèi),并在槽內(nèi)被熱水溶解?；瘜W(xué)品添加系統(tǒng)提供了反應(yīng)所需要的氯酸鈉、硫酸和甲醇。下面就各組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 生產(chǎn)系統(tǒng)

圖2 ClO2生產(chǎn)系統(tǒng)

ClO2生產(chǎn)系統(tǒng)包括:發(fā)生器、再沸器、循環(huán)泵、冷凝水槽、緊急水槽、倒液槽,見(jiàn)圖2。應(yīng)保持在20～23 kPa之間,這樣可以增加C lO2氣體的穩(wěn)定性。在反應(yīng)器頂部裝有壓力傳感器,此壓力信號(hào)被傳送至集散控制系統(tǒng)(DCS)并參與安全連鎖控制,針對(duì)不同的壓力變化會(huì)有不同的操作模式,甚至停機(jī)。反應(yīng)器的氣體溫度是很重要的參數(shù),反應(yīng)器的溫度測(cè)點(diǎn)在溢出氣體的管道上,此溫度信號(hào)也接入DCS并參與安全連鎖控制。通常反應(yīng)器的氣體溫度應(yīng)在68～76℃之間。反應(yīng)液的溫度測(cè)點(diǎn)在反應(yīng)器底部循環(huán)管上,通常反應(yīng)器氣體溫度略低于反應(yīng)液的溫度,由此即可作為判定反應(yīng)器內(nèi)是否發(fā)生分解的因素之一。驟冷水是從反應(yīng)器頂部的噴嘴加入到反應(yīng)器內(nèi)的,其目的是瞬間從緊急水槽向反應(yīng)器內(nèi)加入大量的緊急水來(lái)避免分解的發(fā)生。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到有分解發(fā)生時(shí),因程序設(shè)定好自動(dòng)連鎖動(dòng)作,緊急水閥會(huì)在程序控制下自動(dòng)打開(kāi),緊急水加入到反應(yīng)器內(nèi),并由程序設(shè)定可持續(xù)加入的時(shí)間。操作員也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在DCS上手動(dòng)操作緊急水閥。

反應(yīng)器循環(huán)泵是鈦材的軸流泵,循環(huán)泵安裝在循環(huán)管的彎頭處。循環(huán)泵用于使反應(yīng)液通過(guò)再沸器,同時(shí)可以攪拌反應(yīng)液中的漿狀物并使之懸浮。循環(huán)泵具有雙機(jī)械密封,泵的密封水流量開(kāi)關(guān)信號(hào)引入DCS,密封水流量開(kāi)關(guān)參與連鎖是為避免循環(huán)泵因缺密封水而損壞。循環(huán)泵的電機(jī)裝有電流表,電流信號(hào)接入DCS,用來(lái)保護(hù)電機(jī)及根據(jù)不同的電流變化使操作員采取相應(yīng)的動(dòng)作。

再沸器的作用是蒸發(fā)反應(yīng)液的水分,進(jìn)而保證反應(yīng)器內(nèi)的液位。再沸器是由碳鋼殼體和鈦材管道組成的換熱器。反應(yīng)液流經(jīng)內(nèi)部管道并被殼體內(nèi)的飽和蒸汽加熱。在循環(huán)反應(yīng)液的過(guò)程中,再沸器的管道內(nèi)壁可能產(chǎn)生附著物,這可以從再沸器的出口壓力判斷或者循環(huán)泵的電機(jī)電流判斷,從保護(hù)設(shè)備角度出發(fā),應(yīng)該定期進(jìn)行設(shè)備清理,在運(yùn)行模式界面有“煮沸模式”(Boil Out),這種模式只用熱水進(jìn)行整體循環(huán),可以有效保護(hù)再沸器。

冷凝水槽用來(lái)收集和短時(shí)間保存來(lái)自再沸器的冷凝水。一部分冷凝水會(huì)由程序控制泵送至熱水槽,另一部分冷凝水會(huì)循環(huán)回至再沸器蒸汽入口噴嘴處,以保證飽和蒸汽的形成。另外,電導(dǎo)率分析儀安裝在冷凝水循環(huán)泵循環(huán)管處,此電導(dǎo)率信號(hào)接入DCS,并參與系統(tǒng)安全聯(lián)絡(luò),用以監(jiān)測(cè)再沸器管道是否有泄露。

緊急水槽用來(lái)向反應(yīng)器中加入緊急水。緊急水槽安裝位置要高于反應(yīng)器頂部,這樣緊急水可以靠自身

發(fā)生器是底部為錐形的鈦材容器。發(fā)生器主要有3種功能:①是化學(xué)品間相互反應(yīng)產(chǎn)生ClO2的反應(yīng)器;②是蒸發(fā)水蒸氣以稀釋ClO2氣體的蒸發(fā)器;③是結(jié)晶器,反應(yīng)的副產(chǎn)品倍半硫酸鈉結(jié)晶并經(jīng)由過(guò)濾器從發(fā)生器內(nèi)濾出。氯酸鈉溶液、稀硫酸以及甲醇經(jīng)流量控制加入反應(yīng)器。這些化學(xué)品反應(yīng)物及水的混合物稱作反應(yīng)液。反應(yīng)液約占反應(yīng)器容量的一半。循環(huán)泵將反應(yīng)液從反應(yīng)器的錐形底抽出,反應(yīng)液經(jīng)循環(huán)管后被泵送至再沸器,之后反應(yīng)液重新回到反應(yīng)器的中部,反應(yīng)液的液位要保持在循環(huán)返回管的回管嘴底邊。反應(yīng)液的液位及反應(yīng)器內(nèi)的狀況都可以通過(guò)安裝在視鏡上的攝像機(jī)在控制室監(jiān)測(cè)。反應(yīng)器內(nèi)的真空度重力流入到反應(yīng)器內(nèi)。通常有如下5種情況需要加入緊急水:①剛開(kāi)機(jī)時(shí)加水用于稀釋化學(xué)品;②在發(fā)生分解時(shí)加入緊急水進(jìn)行緊急處理;③加入緊急水用來(lái)執(zhí)行“BoilOut”模式,清潔再沸器的內(nèi)管;④溶解固態(tài)物;⑤用于沖洗系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。一定要保證緊急水槽的水位要超過(guò)程序連鎖設(shè)定的水位下限,若水位過(guò)低,因系統(tǒng)安全連鎖作用,則無(wú)法進(jìn)入“Stand By”模式。

圖3 ClO2吸收系統(tǒng)

倒液槽是當(dāng)生產(chǎn)進(jìn)行短時(shí)檢修或維護(hù)時(shí)用來(lái)暫存反應(yīng)液的,當(dāng)檢修或維護(hù)完成后,反應(yīng)液會(huì)被注回至反應(yīng)器。

2 吸收系統(tǒng)

ClO2吸收系統(tǒng)是使從反應(yīng)器溢出的混合氣體冷卻,并用冷凍水吸收其中的ClO2氣體進(jìn)而形成ClO2溶液。吸收系統(tǒng)包括:冷凝器、吸收塔、ClO2分析儀,見(jiàn)圖3。內(nèi)裝有鞍狀陶瓷芯,自吸收塔頂部而下的冷凍水通過(guò)陶瓷芯后與自吸收塔底部而上的混合氣體完全接觸,并在吸收塔底部形成ClO2溶液。吸收塔底部的ClO2溶液在液位控制下被泵送至C lO2儲(chǔ)槽,吸收塔的液位信號(hào)參與系統(tǒng)安全連鎖,若吸收塔液位過(guò)高,則觸發(fā)短時(shí)停機(jī)。混合氣體與冷凍水接觸后,會(huì)有部分氣體繼續(xù)上升,這些氣體會(huì)被真空泵直接抽到氣體洗滌器內(nèi),氣體洗滌器用來(lái)收集從各處排出的余氣,如倒液槽、儲(chǔ)槽等。

ClO2分析儀持續(xù)監(jiān)測(cè)被泵送至儲(chǔ)槽的C lO2溶液的濃度。ClO2分析儀是分光光度計(jì),工作原理是通過(guò)分析儀傳感器對(duì)可見(jiàn)光的吸收來(lái)測(cè)量通過(guò)介質(zhì)的濃度。其安裝方式為旁路循環(huán)回路安裝,安裝位置在移液泵排出側(cè),ClO2溶液經(jīng)過(guò)C lO2分析儀后,回流至移液泵的吸入端。ClO2分析儀的信號(hào)也要接入DCS系統(tǒng)。為了能夠保持系統(tǒng)運(yùn)行在“RUN”狀態(tài),ClO2溶液濃度不能超出工藝要求的上限,若超出上限,則控制系統(tǒng)的安全連鎖發(fā)生作用,并自動(dòng)停機(jī)。

3 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)的目的是為反應(yīng)器與吸收塔提供真空。真空系統(tǒng)包括工藝噴射器及冷凝器。工藝噴射器是利用中壓蒸汽的噴射器,鈦材,由蒸汽噴嘴、吸收室、擴(kuò)散器組成。吸收塔的溢出氣管道連接到噴射器的吸收室,中壓蒸汽流經(jīng)蒸汽噴嘴,并在擴(kuò)散器被推至超音速。擴(kuò)散器內(nèi)的高速蒸汽拖走吸收室的反應(yīng)氣體,進(jìn)而使吸收塔與噴射器相連的管道形成真空,并且真空可以逆向在吸收塔、反應(yīng)器內(nèi)形成。蒸汽和被拖出的反應(yīng)氣體被從擴(kuò)散器推出,并在噴射器冷凝器內(nèi)冷卻。一小部分從冷凝器排出的氣體回流至噴射器的吸收室,系統(tǒng)的真空度可以由DCS通過(guò)回流至噴射器的氣體流量進(jìn)行控制。持續(xù)穩(wěn)定的中壓蒸汽能保證噴射器的良好性能,使發(fā)生器保持真空的安全條件。中壓蒸汽的流量、壓力信號(hào)接入DCS并在控制系統(tǒng)上設(shè)有最低流量值、最低壓力值,任何參數(shù)低于設(shè)定值都會(huì)使系統(tǒng)安全連鎖發(fā)生作用,甚至停機(jī)。

4 排氣洗滌系統(tǒng)

排氣洗滌系統(tǒng)主要設(shè)備為排氣洗滌器,此系統(tǒng)回收來(lái)自各設(shè)備、容器、儲(chǔ)槽的ClO2氣體,并在氣體排入大氣前進(jìn)行凈化。排氣洗滌器是由玻璃纖維制成的柱狀吸收器,且內(nèi)部填充鞍狀陶瓷芯。洗滌

冷凝器是由碳鋼殼體和鈦材管道制成的換熱器。其目的是給反應(yīng)器溢出的混合氣體降溫,同時(shí)冷凝水蒸氣。由反應(yīng)器來(lái)的混合氣體包含ClO2氣體、甲酸氣體、水蒸氣,混合氣體通過(guò)冷凝器的內(nèi)管并自上而下流動(dòng),而外加的冷卻水與氣體逆流方向流經(jīng)冷凝器殼內(nèi),因此可達(dá)到降溫效果。從冷凝器底部出來(lái)的氣體溫度可通過(guò)從DCS上控制冷卻水的流量來(lái)調(diào)整。水蒸氣被冷凝后,冷凝水沿著內(nèi)管壁靠自身重力流入冷凝器底部進(jìn)而流入吸收塔。在冷凝器的內(nèi)管上部裝有冷凍水噴嘴,流量約為30 L/min的冷凍水噴入內(nèi)管,用以防止冷凝器內(nèi)管壁上形成附著物。

圖4 鹽餅處理系統(tǒng)

在吸收塔里,ClO2氣體溶入冷凍水中形成ClO2溶液。吸收塔是由玻璃纖維制成的柱狀容器,吸收塔器頂部裝有冷凍水噴嘴,冷凍水經(jīng)過(guò)鞍狀陶瓷芯后與從各部分收集而來(lái)的C lO2氣體相結(jié)合并形成稀ClO2溶液,稀C lO2溶液被泵回至吸收塔。各部分的排氣由安置在洗滌塔排氣口外的風(fēng)機(jī)引至洗滌器,風(fēng)機(jī)在洗滌器底部產(chǎn)生弱真空并且此真空度可被DCS控制。排氣洗滌器的真空度和冷凍水的流量信號(hào)都接入DCS,并在DCS上設(shè)定最小真空度和最小流量值,只要真空度和流量低于最小值都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。

5 鹽餅處理系統(tǒng)

SVP-L ITE的鹽餅處理系統(tǒng)的作用是除去反應(yīng)器內(nèi)的酸性副產(chǎn)物鹽餅(倍半硫酸鈉)并洗滌。此系統(tǒng)包括鹽餅過(guò)濾機(jī)、溶解槽及溶液儲(chǔ)存槽,見(jiàn)圖4。

鹽餅過(guò)濾機(jī)用于除去反應(yīng)器混合漿液中的鹽餅,鹽餅經(jīng)溜槽在溶解槽內(nèi)溶解。鹽餅過(guò)濾機(jī)是底部裝有鈦材轉(zhuǎn)鼓的真空過(guò)濾機(jī)。小流量的反應(yīng)器漿液從循環(huán)管底部被泵送至過(guò)濾機(jī)。漿液進(jìn)入過(guò)濾機(jī)底部的過(guò)濾缸并逐漸充滿直至溢流,溢流出的漿液在自身重力作用下回流至循環(huán)管。過(guò)濾機(jī)喂料泵帶有變頻器,這樣操作員可以調(diào)整由反應(yīng)器送至過(guò)濾機(jī)的漿液流量。喂料泵的速度應(yīng)調(diào)整至使?jié){液在過(guò)濾機(jī)的溢流堰上始終保持溢流。喂料速度可以在現(xiàn)場(chǎng)控制盤上操作也可以在DCS控制室操作。持續(xù)的漿液溢流非常重要,這樣可以使?jié){液中的固體顆粒物保持懸浮狀態(tài),避免沉淀。

過(guò)濾機(jī)的轉(zhuǎn)鼓部分浸入到過(guò)濾缸內(nèi)。轉(zhuǎn)鼓表面覆蓋一層鈦材或鉭材的多孔過(guò)濾布,這樣能使空氣與溶液通過(guò)轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾布并使鹽餅附著在過(guò)濾布上。蒸汽噴射器會(huì)在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部形成60～80 kPa的真空。轉(zhuǎn)鼓真空可以由壓力變送器進(jìn)行監(jiān)測(cè),并在現(xiàn)場(chǎng)控制盤或DCS操作員站顯示。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓浸入漿液時(shí),轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部真空會(huì)使?jié){液通過(guò)濾布,鹽餅則無(wú)法通過(guò)濾布,在濾布表面累積。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)出過(guò)濾缸時(shí),過(guò)濾布上會(huì)附著一層鹽餅。

濾布上的鹽餅被清水噴嘴噴出的清水清洗并被空氣干燥。空氣和濾液的混合液通過(guò)鹽餅進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓中心,隨后沿著轉(zhuǎn)鼓流入氣液分離器,在分離器內(nèi)氣體被過(guò)濾器噴射器的真空吸出,送至噴射器冷凝器。而含有反應(yīng)液的濾液聚集在分離器底部并重力回流至反應(yīng)器循環(huán)管。

轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速由變頻器控制,可以在現(xiàn)場(chǎng)控制盤或DCS控制室進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速調(diào)整到使過(guò)濾布上盡可能充分形成鹽餅及過(guò)濾機(jī)發(fā)揮最佳過(guò)濾效率。通常轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為15～25 r/min。

過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)出過(guò)濾缸且鹽餅被干燥后,會(huì)經(jīng)過(guò)裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部的吹掃器。吹掃器利用儀表壓縮空氣把鹽餅吹落至鹽餅溜槽里,后直接落入溶解槽。吹掃氣與低壓蒸汽混合,混后氣體溫度可達(dá)60℃。吹掃氣的溫度可由通過(guò)調(diào)整手動(dòng)控制閥的蒸汽進(jìn)行控制。在吹掃器的入口,吹掃氣的壓力可由孔板和手動(dòng)控制閥調(diào)整到110～120 kPa。加在鹽餅溜槽頂部的熱水用來(lái)調(diào)整溶解槽內(nèi)溶液的密度,同時(shí)也用于沖洗鹽餅溜槽。

在過(guò)濾機(jī)運(yùn)行期間,過(guò)濾布可能被鹽餅堵塞,影響過(guò)濾器的過(guò)濾效果。因此,過(guò)濾器安裝了反洗器,當(dāng)操作員認(rèn)為有必要反洗時(shí),反洗器可自動(dòng)用熱水清洗過(guò)濾布。反洗器可在現(xiàn)場(chǎng)或DCS控制室進(jìn)行手動(dòng)操作。

過(guò)濾器噴射器是以低壓蒸汽作為動(dòng)力源的蒸汽噴射器。噴射器由鈦材制成,包括蒸汽噴嘴、混合吸收室和擴(kuò)散器。過(guò)濾器轉(zhuǎn)鼓中心直接連至噴射器的混合吸收室。低壓蒸汽流通過(guò)蒸汽噴嘴,并在擴(kuò)散器內(nèi)達(dá)到超音速。擴(kuò)散器的高速蒸汽拖出吸收室的氣體并在過(guò)濾器內(nèi)形成真空。蒸汽混合氣排出擴(kuò)散器并在蒸汽冷凝器內(nèi)冷卻。

過(guò)濾機(jī)冷凝器是由殼體和內(nèi)管組成的熱交換器,用于冷卻冷凝噴射器的蒸汽。冷凝器由鈦材內(nèi)管和碳鋼殼體組成。混合氣體在噴射器內(nèi)管自上而下排出,冷卻水在噴射器殼內(nèi)自下而上循環(huán)。冷卻的氣體和冷凝水排出冷凝器并被引至排氣洗滌器。冷卻水流量可由冷凝器出口的冷凝水回流隔離閥來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)。參考現(xiàn)場(chǎng)就地溫度表可以調(diào)節(jié)到期望的排氣溫度。

溶解槽是用來(lái)溶解從過(guò)濾機(jī)溜槽掉下的鹽餅。在溶解槽內(nèi)必須保持持續(xù)攪拌并控制加水量。溶解槽的攪拌是通過(guò)鹽餅溶解泵的回流循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。加水量由在DCS編程好的密度控制回路來(lái)控制。燒堿經(jīng)流量控制閥加入到溶解槽內(nèi)用于調(diào)整溶解液的pH值。反應(yīng)后的硫酸鈉溶液被泵送至現(xiàn)場(chǎng)其他工段。

6 化學(xué)品添加系統(tǒng)

用于SVP-L ITE系統(tǒng)的化學(xué)品反應(yīng)物彼此獨(dú)立儲(chǔ)存并由各自獨(dú)立的供給系統(tǒng)傳送至反應(yīng)器。下面分別就各系統(tǒng)作一簡(jiǎn)要介紹。

6.1 氯酸鈉系統(tǒng)

氯酸鈉系統(tǒng)包括溶解槽(FRP)、儲(chǔ)存槽(FRP)、過(guò)濾器(耐酸鋼)、磁力泵、耐酸管道,氯酸鈉系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 氯酸鈉系統(tǒng)

氯酸鈉以50 kg/袋的標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)入現(xiàn)場(chǎng)。每袋氯酸鈉被清空至氯酸鈉溶解槽內(nèi)。溶解槽內(nèi)通入低壓蒸汽并在攪拌器作用下溶解氯酸鈉,當(dāng)氯酸鈉溶液的濃度達(dá)到700 g/L后被泵送至氯酸鈉儲(chǔ)存槽。氯酸鈉從儲(chǔ)槽被泵送至反應(yīng)器前要經(jīng)過(guò)2套并聯(lián)的過(guò)濾器來(lái)除去溶液中的雜質(zhì)。每個(gè)過(guò)濾器均可獨(dú)立工作,當(dāng)一個(gè)過(guò)濾器工作時(shí),另一個(gè)處于備用狀態(tài)。過(guò)濾器進(jìn)出口的壓差信號(hào)、給料泵的轉(zhuǎn)速、氯酸鈉溶液流量等信號(hào)均接入DCS,操作員可以根據(jù)這些信號(hào)的報(bào)警來(lái)確定過(guò)濾器是否堵塞。氯酸鈉溶液用于在進(jìn)入反應(yīng)器前稀釋甲醇。氯酸鈉溶液流量控制系統(tǒng)由一套質(zhì)量流量計(jì)和一套流量控制閥組成。另外,在流量控制閥下流裝有自動(dòng)開(kāi)關(guān)切斷球閥,并且切斷閥上裝有限位開(kāi)關(guān)可以準(zhǔn)確地在DCS操作畫(huà)面上顯示閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定的連鎖程序條件都滿足時(shí)才可以按操作要求打開(kāi)切斷閥、開(kāi)啟給料泵并對(duì)氯酸鈉溶液流量控制回路進(jìn)行操作。

氯酸鈉系統(tǒng)的注意事項(xiàng):結(jié)晶、雜質(zhì)、設(shè)備腐蝕。結(jié)晶會(huì)堵塞管道,所以要保證氯酸鈉溶液的溫度高于25℃,通常溫度應(yīng)控制在40～50℃,做好保溫、管道循環(huán)以及沖洗。雜質(zhì)可以通過(guò)過(guò)濾器除掉,但要定期維護(hù),以保證系統(tǒng)的純凈。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),氯酸鈉的初始濃度為220～280 g/L,硫酸的初始濃度為180 ～220 g/L,正常運(yùn)行后,氯酸鈉的濃度為320～360 g/L,硫酸的濃度為310～350 g/L。

6.2 硫酸系統(tǒng)

硫酸系統(tǒng)包括磁力卸料泵、儲(chǔ)存槽(碳鋼)、耐酸磁力給料泵、過(guò)濾器(陶瓷濾芯)、鉭材噴射器,見(jiàn)圖6。

圖6 硫酸系統(tǒng)

質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸溶液由卡車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)并直接卸至硫酸儲(chǔ)槽,卸料時(shí)卡車接地、卸料泵接地、硫酸儲(chǔ)槽接地、硫酸給料泵接地都非常重要。硫酸進(jìn)入反應(yīng)器前要經(jīng)過(guò)過(guò)濾器除去雜質(zhì)。過(guò)濾后的硫酸要用水稀釋,這樣可以保證反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)液的穩(wěn)定性。稀釋后的硫酸溶液從再沸器上部進(jìn)入反應(yīng)器的循環(huán)回路。2套鉭材硫酸噴射器可以阻止硫酸的腐蝕并使硫酸與水充分混合,防止局部過(guò)熱。若將質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸溶液直接加入到反應(yīng)器內(nèi)則會(huì)形成局部過(guò)熱,這會(huì)引起C lO2的強(qiáng)烈分解。通常硫酸由質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%。操作員可以設(shè)定硫酸的流量來(lái)保證反應(yīng)液的濃度在規(guī)定的范圍內(nèi),進(jìn)而保證理想的ClO2產(chǎn)量。

過(guò)濾后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸控制系統(tǒng)包括一套電磁流量計(jì)、一套控制硫酸加入量的流量控制閥。在流量控制閥下游裝有一套自控開(kāi)關(guān)切斷閥。這是一套安全裝置,用來(lái)防止流量控制閥泄漏時(shí)硫酸流入反應(yīng)器。在DCS的自動(dòng)模式下,操作員可以給定硫酸流量回路的流量設(shè)定值,這樣DCS可以自動(dòng)調(diào)節(jié)硫酸流量達(dá)到設(shè)定值。

硫酸稀釋水的控制系統(tǒng)由一套電磁流量計(jì)、一套水流量控制閥組成。稀釋水控制系統(tǒng)可采用P ID控制或比率控制。當(dāng)處于P ID控制時(shí),操作員可以給定稀釋水流量設(shè)定值,DCS會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié);當(dāng)處于比率控制時(shí),稀釋水流量的設(shè)定值會(huì)根據(jù)在DCS上程序設(shè)定好的與硫酸的比例關(guān)系來(lái)給定,實(shí)際上是串級(jí)控制。

當(dāng)系統(tǒng)的安全連鎖程序都滿足時(shí)才可以將硫酸加入到反應(yīng)器內(nèi),按照操作程序開(kāi)啟硫酸切斷閥、開(kāi)啟喂料泵、設(shè)定硫酸流量給定值。在系統(tǒng)連鎖停機(jī)時(shí),稀釋水控制必須由比率控制轉(zhuǎn)換成P ID控制并使設(shè)定值保持在最后的流量設(shè)定值上。

硫酸過(guò)濾器一定不能用水反洗,否則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

硫酸系統(tǒng)的注意事項(xiàng):①硫酸具有腐蝕性,要防止硫酸對(duì)槽罐及管道的腐蝕,要絕對(duì)保證槽體及管道的干燥;②要除去鐵及有機(jī)物等雜質(zhì),過(guò)大的鐵粒子會(huì)引起ClO2的分解,可用過(guò)濾器清除,并定期檢查系統(tǒng)的雜質(zhì)情況;③稀釋散熱高于200℃。

6.3 甲醇系統(tǒng)

甲醇系統(tǒng)包括磁力卸料泵、儲(chǔ)存槽(碳鋼,配安全閥及火焰捕集器)、耐酸磁力給料泵、過(guò)濾器,甲醇系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖7。

圖7 甲醇系統(tǒng)

由卡車運(yùn)至廠里的甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%,被氯酸鈉溶液稀釋后質(zhì)量分?jǐn)?shù)要低于20%?？ㄜ囆兑簳r(shí)務(wù)必要做好接地,并且甲醇卸料泵、甲醇儲(chǔ)存槽、甲醇給料泵都要做好接地,接地對(duì)于甲醇添加系統(tǒng)非常重要。甲醇溶液進(jìn)入反應(yīng)器前要經(jīng)過(guò)濾器去除雜質(zhì)。過(guò)濾后的甲醇溶液在進(jìn)入反應(yīng)器前被氯酸鈉溶液稀釋。操作員根據(jù)C lO2的產(chǎn)量來(lái)設(shè)定甲醇的流量值,甲醇流量通常作為ClO2產(chǎn)量的設(shè)定參數(shù)。

過(guò)濾后的甲醇流量控制系統(tǒng)包括一套質(zhì)量流量計(jì)和一套流量控制閥。另外,在流量控制閥下游裝有一套自動(dòng)開(kāi)關(guān)切斷閥。這是一套安全裝置,用來(lái)防止當(dāng)流量控制閥泄露時(shí)甲醇流入反應(yīng)器以及阻止反應(yīng)液回流至甲醇處理系統(tǒng)。自動(dòng)切斷閥上裝有限位開(kāi)關(guān),這樣操作員可以在DCS上準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到切斷閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行連鎖條件滿足時(shí)才可以向反應(yīng)器加入甲醇。

7 系統(tǒng)運(yùn)行

系統(tǒng)啟動(dòng)分為3種狀態(tài):OFF(準(zhǔn)備)、Stand By(待機(jī))、Run(運(yùn)行);系統(tǒng)停止分為2種狀態(tài): Short Stop(短時(shí)停機(jī))、Long Stop(長(zhǎng)時(shí)停機(jī))。下面分別就系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止程序進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

7.1 啟動(dòng)

(1)OFF

①啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)排氣扇。

②開(kāi)啟冷凍水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)。

③向ClO2發(fā)生器內(nèi)注水。

④中壓蒸汽加至工藝噴射器,使C lO2發(fā)生器內(nèi)形成真空。

⑤ClO2發(fā)生器混合泵開(kāi)啟。

(2)Stand By

向ClO2發(fā)生器內(nèi)通入蒸汽,使反應(yīng)液沸騰。

(3)Run

①加入質(zhì)量濃度大于100 g/L的氯酸鈉。

②加入質(zhì)量濃度大于100 g/L的硫酸。

③加入甲醇,隨后會(huì)產(chǎn)生少量的ClO2。

④把產(chǎn)生的C lO2溶液泵送至儲(chǔ)槽。

⑤調(diào)整化學(xué)品的給予量至運(yùn)行值,隨后ClO2的產(chǎn)量趨于穩(wěn)定,并可調(diào)整產(chǎn)量。

7.2 停止

(1)Short Stop

①停止甲醇給予,反應(yīng)隨即停止。

②停止硫酸給予。

③停止氯酸鈉給予。

④使反應(yīng)液繼續(xù)沸騰約30 min,直至ClO2排出反應(yīng)液。

⑤調(diào)整冷凍水的加入量。

⑥保證鹽餅過(guò)濾機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

⑦保證反應(yīng)器的真空。

(2)Long Stop

①停止甲醇給予。

②停止硫酸給予。

③停止氯酸鈉給予。

④加入緊急水,調(diào)整冷凍水量。

⑤使反應(yīng)液繼續(xù)沸騰約30 min,直至ClO2排出反應(yīng)液。

⑥停止真空的保持。

⑦停止鹽餅過(guò)濾機(jī)。

⑧根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇反應(yīng)液是否倒入倒液槽。

8 系統(tǒng)安全

ClO2在濃度過(guò)高、夾帶雜質(zhì)、強(qiáng)光、熱等條件下不穩(wěn)定,極易分解。

甲醇易燃、易爆,所以其存儲(chǔ)區(qū)域要注意管道接地,儲(chǔ)槽要裝配火焰捕捉器及安全閥,安裝雙液位變送器以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)液位情況。甲醇泵送至發(fā)生器前做好稀釋,卸料時(shí)要做好接地,防止電火花?；瘜W(xué)品的濃度決定系統(tǒng)的反應(yīng)率及操作的穩(wěn)定性。如果化學(xué)品量過(guò)大,則會(huì)增大系統(tǒng)的反應(yīng)率,同時(shí)會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性,存在ClO2分解的風(fēng)險(xiǎn)。

反應(yīng)器的溫度、壓力也是至關(guān)重要的因素。當(dāng)反應(yīng)器的壓力恒定時(shí),溫度也趨于恒定。若壓力升高,會(huì)使沸騰溫度升高,同時(shí)反應(yīng)會(huì)加快,這樣會(huì)使反應(yīng)不穩(wěn)定,有分解的危險(xiǎn)。若壓力降低,會(huì)使沸騰溫度降低,同時(shí)反應(yīng)變慢,影響產(chǎn)量。通常反應(yīng)器內(nèi)的壓力為18～22 kPa,反應(yīng)液沸騰時(shí)混合氣體溫度為64 ～72℃,反應(yīng)液溫度為70～77℃。

在DCS上也做了安全連鎖,具體細(xì)分為Partial Shutdown(局部停車)和Total Shutdown(全部停車)。局部停車是在不全部停機(jī)的情況下進(jìn)行局部的調(diào)整,以使系統(tǒng)重新運(yùn)行穩(wěn)定。全部停車是按停車順序立即停機(jī)。

在DCS上位機(jī)畫(huà)面上設(shè)置有單獨(dú)的安全聯(lián)絡(luò)畫(huà)面(見(jiàn)圖8),現(xiàn)場(chǎng)的安全控制信號(hào)點(diǎn)在畫(huà)面上都有顯示,滿足任意條件,都會(huì)觸發(fā)相對(duì)應(yīng)的模式。如:當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的壓力高高限(HH)達(dá)到25 kPa時(shí);則會(huì)觸發(fā)局部停車。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的壓力高高限達(dá)到27 kPa時(shí),則觸發(fā)全部停車。這樣做的目的是為了增加系統(tǒng)操作的安全性、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及對(duì)于出現(xiàn)分解現(xiàn)象的及時(shí)處理。

另外,為了避免分解,還應(yīng)注意以下各因素:倒液槽內(nèi)反應(yīng)液可能發(fā)生的分解反應(yīng)、C lO2儲(chǔ)槽內(nèi)可能發(fā)生的分解反應(yīng)、保證反應(yīng)器內(nèi)的真空度、保證反應(yīng)液的沸騰、注意冷卻水的給予、視鏡的密封及保護(hù)、壓力變送器等接液部分的密封防腐等,最需要注意的是在加入化學(xué)品之前一定要保證反應(yīng)液的沸騰,這直接決定著是否有足夠的水蒸氣來(lái)稀釋ClO2進(jìn)而避免分解。

9 結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司經(jīng)過(guò)與瑞典EKA公司在重慶、四川項(xiàng)目上的成功合作,現(xiàn)已掌握了SVP-L ITE法制備C lO2的工藝、設(shè)備、儀表、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型、安裝以及調(diào)試運(yùn)行,為日后獨(dú)立承接ClO2制備工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(責(zé)任編輯:郭彩云)

Introduce to a ClO2Generation Process:SVP-L ITE

L IU Jia

(China BCEL International Engineering Co.,Ltd.,Beijing,100026)

TS727+.2

B

0254-508X(2010)03-0049-07

2009-11-10