廢氯氣處理裝置的優(yōu)化

尹 睿

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100）

1 產(chǎn)生廢氯的途徑

某企業(yè)燒堿設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為10萬t/a，共有6臺(tái)離子膜電解槽，單臺(tái)生產(chǎn)能力為1.67萬t/a（按8000 h/a計(jì)），產(chǎn)氯量為1.48萬t/a，氯氣經(jīng)處理后，大部分在氯化氫合成工序合成氯化氫作為生產(chǎn)PVC的原料，其余通過液氯包裝來平衡。

廢氯氣處理裝置所處理的廢氯氣來有以下方面。

（1）電解工序，包括電解槽開車階段產(chǎn)生的低純度氯氣；停車后系統(tǒng)內(nèi)置換氯氣；電解脫氯單元產(chǎn)生的不合格氯氣；槽頭泄壓閥、高低壓水封、電解各儀表監(jiān)測(cè)點(diǎn)排放至D280的氯氣以及事故狀態(tài)下產(chǎn)生的廢氯。

（2）液氯工序的原氯分配臺(tái)、進(jìn)液化器原氯抽空管、納西姆機(jī)組泄壓；液氯貯槽安全閥、液化器安全閥泄壓；貯槽平衡管、貯槽排污罐、貯槽、機(jī)組檢修時(shí)排放的廢氯氣。

（3）鹽酸工序開、停車時(shí)泄壓氯氣；尾氯緩沖罐安全閥泄壓、事故泄壓。

（4）液氯包裝工序的包裝臺(tái)、鋼瓶取樣分析；包裝管、換瓶閥泄漏；事故排放、檢修時(shí)放出的廢氯氣。

（5）氯氫處理工序開、停車，氯壓機(jī)檢修，事故泄壓。

2 原廢氯氣處理工藝流程及存在問題

原廢氯氣處理工藝流程示意圖見圖1。

廢氯氣處理工藝為“雙塔四槽”流程，2個(gè)填料吸收塔串聯(lián)，第1塔規(guī)格為?2 000 m×10 999 mm，設(shè)計(jì)壓力為微負(fù)壓，設(shè)計(jì)溫度90℃，配備兩個(gè)69 m3循環(huán)槽。第二塔規(guī)格為?1 200 mm×10 670 mm，設(shè)計(jì)壓力為微負(fù)壓，設(shè)計(jì)溫度為60℃，配備2個(gè)69 m3配堿槽。2個(gè)塔塔體材質(zhì)均為PVC/FRP，填料分2段，采用PVC矩鞍環(huán)+CPVC鮑爾環(huán)，在塔內(nèi)不規(guī)則堆放。裝置設(shè)計(jì)能力為處理滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)15min的氯氣量。

來自各工序的廢氯氣進(jìn)入吸收塔的下部，與吸收液進(jìn)行逆流循環(huán)吸收，直到循環(huán)液中的氧化－還原電位接近580即有效氯含量≥10%，堿含量≤1.0%時(shí)，切換到另一臺(tái)循環(huán)槽吸收。有效氯≥10%的循環(huán)液送至次氯酸鈉成品槽外銷，再將配堿循環(huán)槽的吸收液送至循環(huán)槽，向配堿循環(huán)槽中加入電解工序來的32%堿液，并加水配制成16.36%的堿液，準(zhǔn)備下一次切換使用。從吸收塔頂部出來的未反應(yīng)完的含氯尾氣再進(jìn)入尾氣塔下部，與預(yù)先配置好的堿液再次逆流循環(huán)吸收，進(jìn)一步除去其中的氯，達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的尾氣經(jīng)風(fēng)機(jī)排入大氣中。為了保證廢氯氣管線有足夠和穩(wěn)定的負(fù)壓[-1.5（±0.3）kPa]，在風(fēng)機(jī)入口處設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過控制空氣進(jìn)入量來維持。吸收液循環(huán)泵、堿液循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)均配有事故電源，由外電網(wǎng)供電。

該裝置自開車運(yùn)行以來，主要存在以下問題。

（1）吸收液溫度偏高，影響吸收效果。該裝置采用燒堿吸收法處理氯氣并生產(chǎn)次氯酸鈉成品。此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以必須及時(shí)移走反應(yīng)熱，否則會(huì)使吸收液溫度上升，當(dāng)吸收液溫度高于40℃時(shí)，容易發(fā)生如下副反應(yīng)：3NaClO→NaClO3+2NaCl。要抑制副反應(yīng)的發(fā)生，吸收液溫度不能過高。而現(xiàn)工藝吸收液換熱器所用的冷卻水為循環(huán)水，夏季氣溫最高時(shí)水溫可達(dá)28℃左右，起不到很好的換熱效果。當(dāng)系統(tǒng)開﹑停車或各種事故狀態(tài)下需處理的氯氣量較大時(shí)，換熱器無法及時(shí)移走反應(yīng)熱，使副反應(yīng)發(fā)生，造成吸收液起沫，導(dǎo)致吸收塔下液不暢而淹塔，氯氣外逸。吸收液溫度過高，還會(huì)降低設(shè)備的使用壽命，同時(shí)，循環(huán)水的水質(zhì)較臟，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易在板式換熱器內(nèi)部形成垢層，嚴(yán)重影響換熱效果。

（2）能耗浪費(fèi)。當(dāng)正常生產(chǎn)時(shí)，只有氯氣液化和包裝崗位向廢氯氣處理裝置間歇地排放少量的廢氯氣，吸收塔循環(huán)吸收可保證尾氣達(dá)標(biāo)排放。而原設(shè)計(jì)吸收塔、尾氣塔循環(huán)吸收系統(tǒng)平時(shí)同時(shí)連續(xù)運(yùn)行24h，導(dǎo)致尾氣吸收塔無作用運(yùn)行，白白消耗動(dòng)力。

（3）企業(yè)所在地電網(wǎng)比較薄弱，遇到極端天氣，容易造成全廠生產(chǎn)電源與事故電源同時(shí)失電。當(dāng)遇到雙電源同時(shí)失電時(shí)，廢氯氣處理裝置的吸收液循環(huán)泵、堿液循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)都無法啟動(dòng)，裝置起不到作用，各崗位只能將去廢氯氣處理裝置的閥門關(guān)閉以防止氯氣泄漏，但部分閥門內(nèi)漏，仍有少量氯氣外泄。

（4）快速安全地吸收廢氯氣，必須保證吸收塔有足夠和穩(wěn)定的負(fù)壓?，F(xiàn)工藝在風(fēng)機(jī)入口處設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)旁路閥，平時(shí)手動(dòng)旁路閥開1/3，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過廢氯氣總管的壓力信號(hào)控制空氣進(jìn)人量來維持一定的負(fù)壓。當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障時(shí)，由人工調(diào)節(jié)手動(dòng)旁路閥來保證吸收塔的負(fù)壓。而當(dāng)外界環(huán)境溫度變化較大或有大量廢氯氣進(jìn)入吸收塔時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥往往不能及時(shí)動(dòng)作，容易使塔內(nèi)正壓導(dǎo)致氯氣外泄。

3 優(yōu)化后的工藝流程及性能

優(yōu)化后的工藝流程如圖2所示。

與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后主要有以下的改進(jìn)。

（1）將吸收堿液換熱器所用的冷卻水由循環(huán)水更改為冷凍站來的10℃水。換熱器離10℃水管線很近，改造方便且費(fèi)用較低。10℃水溫度平時(shí)控制為9～11℃，在夏季外界氣溫高或系統(tǒng)開﹑停車需處理大量氯氣時(shí)，可及時(shí)有效地移走反應(yīng)熱，將吸收堿液溫度控制在理想值，很好地平衡2個(gè)塔的溫度，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。10℃水為純水，較循環(huán)水水質(zhì)好，不易結(jié)垢。

（2）在吸收塔頂部氣體出口管線上設(shè)置1個(gè)氯氣濃度檢測(cè)儀，將此信號(hào)送至DCS控制系統(tǒng)。在事故狀態(tài)下，若吸收塔不能完全吸收廢氯氣，在其出口管線上的氯氣濃度檢測(cè)儀將報(bào)警信號(hào)送至DCS控制系統(tǒng)，連鎖啟動(dòng)堿液循環(huán)泵，將尾氣塔投入運(yùn)行，在正常生產(chǎn)時(shí)尾氣吸收塔不投入運(yùn)行。尾氣吸收塔堿液循環(huán)泵的功率為18 kW，按1年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，電價(jià)0.5元／kW·h計(jì)算 ，可節(jié)約電費(fèi) 18×8 000×0.5=72 000（元）。

（3）在2個(gè)塔之間，增設(shè)堿液高位槽。當(dāng)2個(gè)吸收系統(tǒng)的堿液循環(huán)泵停電或故障全部無法啟動(dòng)時(shí)，可以通過DCS控制系統(tǒng)連鎖打開堿液高位槽去2個(gè)塔的自動(dòng)閥，堿液靠位差從塔頂流入塔內(nèi)吸收氯氣，可有效地解決循環(huán)泵故障或系統(tǒng)停電時(shí)堿液噴淋吸收的問題。堿液高位槽貯堿液量是按一次故障所需處理的氯氣總量而定，其處理量一般以5～10 min內(nèi)電解槽產(chǎn)氯氣總量為基準(zhǔn)。經(jīng)計(jì)算，選用4.0 m3左右的堿液高位槽較為合適。平時(shí)應(yīng)注意高位槽的液位，定期啟用堿液高位槽，確保放堿閥操作自如。

（4）2臺(tái)風(fēng)機(jī)加裝與風(fēng)機(jī)額定功率相適配的變頻調(diào)速裝置。安裝后，系統(tǒng)通過檢測(cè)吸收塔負(fù)壓，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)化為4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送至智能數(shù)字調(diào)節(jié)器與設(shè)定的吸收塔負(fù)壓指標(biāo)進(jìn)行比較，運(yùn)算，并按照設(shè)定的調(diào)節(jié)方式輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速而達(dá)到負(fù)壓的穩(wěn)定。變頻器代替了調(diào)節(jié)閥，減少了儀表控制帶來的滯后現(xiàn)象，使系統(tǒng)控制精度提高，壓力穩(wěn)定，解決了由于調(diào)節(jié)閥故障高給生產(chǎn)帶來的影響。另外，變頻器還能大大改善電機(jī)啟動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少電機(jī)振動(dòng)，降低機(jī)泵磨損和電機(jī)溫升，設(shè)備維護(hù)周期延長(zhǎng)。運(yùn)行結(jié)果表明，變頻器運(yùn)行可靠，自動(dòng)化程度高，節(jié)能效果顯著，按年運(yùn)行8 000 h，電價(jià)0.5元/kW·h計(jì)算，風(fēng)機(jī)1年節(jié)約電費(fèi)為節(jié)電率×電動(dòng)機(jī)工頻功率×工作時(shí)間×電價(jià)=60%×15×8 000×0.5=36 000（元），而變頻器改造費(fèi)用僅為4萬元左右，只需一年左右，就可收回投資。

4 結(jié)語

合理的工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型，使廢氯氣處理裝置在緊急狀態(tài)下，能最大限度地吸收處理氯氣。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，加強(qiáng)事故氯處理系統(tǒng)的日常操作和設(shè)備維護(hù)也十分重要。通過上述改進(jìn)，廢氯氣處理裝置能夠更有效地運(yùn)行，為緊急情況下處理大量的外逸氯氣提供了保證，保證了職工和廠區(qū)周圍群眾的生命安全，保護(hù)了環(huán)境，使企業(yè)取得很好的社會(huì)效益和環(huán)保效益。