氯堿生產(chǎn)氯氣干燥工藝研究

嚴(yán)成武 仲 霞

（江蘇成達(dá)化工工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 淮安 223003）

0 引言

氯堿工業(yè)作為基礎(chǔ)化工原料，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)有了較為雄厚的基礎(chǔ)。近年來(lái)在企業(yè)做大做強(qiáng)思想指導(dǎo)下，振興東北老工業(yè)基地及西部開發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施及大量下游氯產(chǎn)品民營(yíng)企業(yè)投資氯堿行業(yè)，將在國(guó)內(nèi)引起又一次氯堿建設(shè)和發(fā)展高潮。

由于電解生成的氯氣含有大量的水蒸氣，很容易生產(chǎn)鹽酸和次氯酸。而次氯酸又很不穩(wěn)定，容易分解生成鹽酸和初生態(tài)氧。次氯酸還會(huì)分解：

HClO→H++ClO-

次氯酸，次氯酸根，初生態(tài)氧的強(qiáng)烈氧化作用，再加上鹽酸的作用，使?jié)衤葰饩哂休^強(qiáng)的腐蝕性。因此，必須設(shè)法盡量將氯氣的多余水分移去，一般氯中含水在0.04%～0.06%以下，后序耗氯工段一般需要99.9%以上的氯氣，因此，電解出來(lái)的氯氣必須經(jīng)過干燥以去除雜質(zhì)。

1 氯氣干燥機(jī)理

用硫酸來(lái)干燥氯氣，可以理解為傳質(zhì)的單元操作—吸收過程（其中也伴隨著傳熱過程）。氯氣中的水蒸氣和硫酸一定條件下接觸，而使水蒸氣溶解于硫酸中的操作稱為吸收操作，能溶解于硫酸中的水蒸氣稱為吸收質(zhì)，所用的硫酸稱為吸收劑，不能溶解的氯氣叫做惰性氣體。

吸收過程主要是被吸收的水從氣相—氯氣中的水蒸氣轉(zhuǎn)移到液相—硫酸中去的擴(kuò)散過程，也稱為傳質(zhì)過程。硫酸對(duì)水分的吸收不伴有顯著的化學(xué)反應(yīng)，可以看作為單純的物理過程。

氯氣的冷卻：

根據(jù)對(duì)氯氣冷卻的方式不同，可分為直接冷卻，間接冷卻和氯水循環(huán)冷卻三種流程。

1）直接冷卻流程

從電解槽出來(lái)的濕氯氣通過耐腐蝕管道輸?shù)铰葰馓幚淼墓ば?，沿途散熱降溫，進(jìn)冷卻塔時(shí)約80℃左右冷卻塔內(nèi)。氯氣自下而上與由上往下的冷卻水直接噴淋接觸，將氯氣冷卻到20℃左右，由頂部導(dǎo)出。由于氯氣微溶于水，所以從冷卻塔排出的污水中含有氯氣。

2）間接冷卻流程

從電解來(lái)的濕氯氣進(jìn)入鈦（或玻璃）冷卻器，與冷卻水進(jìn)行熱交換后，氯氣被冷卻到15～20℃。在水溫較高的情況下，為了獲得較低溫度的氯氣，可以采用兩段冷卻。第一段用生產(chǎn)上水將氯氣冷卻至40℃左右；第二段用5～10℃的冷凍水將氯氣冷卻到15℃左右。

3）氯水循環(huán)冷卻流程

這種流程是氯水用水直接冷卻，冷卻后的氯水進(jìn)入氯水槽經(jīng)間接冷卻后，在系統(tǒng)里循環(huán)使用。定期排出的氯水去脫氯塔脫氯后排往下水道。此流程具有前兩種流程優(yōu)點(diǎn)：冷卻效率高，操作費(fèi)用于大大低于直接冷卻法，而稍高于間接冷卻法，投資比前者高而稍低于后者。

4）閉路循環(huán)氯水直接冷卻流程

這是目前最常用的方案，濕氯氣在第一冷卻塔內(nèi)溫室的氯水噴淋，使氯氣溫度冷卻至40℃左右，在進(jìn)入第二冷卻塔，在冷凍的氯水噴淋冷卻，使氯氣繼續(xù)冷卻至10℃左右。第二冷卻塔塔底的部分氯水，由泵進(jìn)入熱交換器，經(jīng)冷凍鹽水冷卻后循環(huán)使用，多余的氯水則進(jìn)入第一冷卻塔的底部，第一冷卻內(nèi)的氯水，經(jīng)泵送至熱交換器經(jīng)工業(yè)上水冷卻后循環(huán)使用，多余氯水則溢出另行處理。

2 氯氣干燥工藝

在濕氯氣經(jīng)過冷卻除沫之后，氣流中所含的水蒸汽含量已經(jīng)減少到不足2%。依據(jù)“先冷卻、后干燥”的工藝原理，干燥脫水是氯氣處理的主要單元操作，也是氯氣處理工藝成功的關(guān)鍵。干燥脫水采用成熟的 H2O—H2SO4系統(tǒng)的氣體吸收傳質(zhì)操作方式，是采用氣、液相在一個(gè)或若干個(gè)容器中，氣相所含的水蒸汽與不同濃度的硫酸溶液互相接觸，來(lái)完成氣相中的水蒸汽被硫酸所吸收的脫水任務(wù)。干燥脫水后，氣相最終的含水分量往往取決于最后一個(gè)接觸容器中硫酸液面上的水蒸汽分壓，就是說(shuō)取決于進(jìn)入最后一個(gè)傳質(zhì)吸收容器的干燥劑硫酸的濃度和溫度，才能使氯氣中含水分量達(dá)到工藝要求。經(jīng)過干燥脫水氯氣中的最終含水分0.01%以下。

縱觀干燥脫水流程，大致可以分成兩大類，即以填料塔為主的多臺(tái)干燥塔串接流程和強(qiáng)化型的板式塔流程。下面詳細(xì)介紹這兩類流程：

2.1 強(qiáng)化型板式塔流程

強(qiáng)化型的板式塔完全克服了傳統(tǒng)泡沫塔的缺點(diǎn)，使其在先進(jìn)的干燥脫水技術(shù)中占據(jù)一席之地。強(qiáng)化型的板式塔（下稱“強(qiáng)化塔”）與填料塔的容積之比為1∶12～20，兩者的體積相差甚大；而氣流的“空塔速度”卻是填料塔的1倍左右，在填料塔中需要48秒鐘完成的干燥操作，在強(qiáng)化塔內(nèi)只需數(shù)秒鐘即可完成，這就是強(qiáng)化塔的優(yōu)點(diǎn)。另外，在強(qiáng)制硫酸干燥的循環(huán)上加大了力度：由傳統(tǒng)的硫酸“小液流”改成“大液流”、由硫酸自上而下“內(nèi)溢流”改成硫酸的“外溢流”、由硫酸上進(jìn)下出不循環(huán)改為上下兩段硫酸大循環(huán)、由傳統(tǒng)的“小液氣比”改成“大液氣比”、由傳統(tǒng)的絕熱干燥吸收改為等溫干燥吸收。

2.2 多臺(tái)干燥塔串接

常見的多臺(tái)干燥塔串接流程，一般有數(shù)臺(tái)填料干燥塔串接流程或填料塔與板式塔的組合型雙塔流程。

三臺(tái)或四臺(tái)填料塔串聯(lián)在一起對(duì)氯氣進(jìn)行干燥脫水，應(yīng)該說(shuō)冷卻后的濕氯氣分別經(jīng)歷多臺(tái)填料塔的不同濃度硫酸溶液的傳質(zhì)吸收，出填料塔組合的氯氣含水分可以降低到15ppm以下。而不同濃度的硫酸重復(fù)在前一個(gè)塔中循環(huán)使用，因此硫酸的單耗十分低。

采取填料塔與板式塔雙塔組合對(duì)氯氣進(jìn)行干燥脫水，其優(yōu)點(diǎn)在于：操作互補(bǔ)性強(qiáng)，充分發(fā)揮這兩種不同類型的干燥設(shè)備優(yōu)點(diǎn)。操作平穩(wěn)，氯氣處理量大；尤其適用于大流量氯氣進(jìn)行干燥脫水的要求。

采取填料干燥塔組對(duì)氯氣進(jìn)行干燥脫水，其優(yōu)點(diǎn)在于：操作平穩(wěn)簡(jiǎn)單、操作彈性較大、生產(chǎn)管理方便；對(duì)于氣相流量并沒有要求，尤其適用于低流量的氯氣進(jìn)行干燥作業(yè)，其干燥效果不隨氣體流量負(fù)荷的變化而變化。這樣就特別適應(yīng)電解負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)（西部地區(qū)）、頻繁實(shí)施開停車作業(yè)的要求。

2.2.1 填料塔特點(diǎn)

填料塔為連續(xù)接觸式的氣、液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔與板式塔相比，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有生產(chǎn)能力大、分離效率高、持液量小、操作彈性大、壓強(qiáng)降低等特點(diǎn)。通過填料材質(zhì)的選擇，可處理腐蝕性的物料。尤其對(duì)于壓強(qiáng)降較低的真空精餾操作，填料塔更顯示出其優(yōu)越性。但是，填料塔的造價(jià)通常高于板式塔，對(duì)于含有懸浮物的料液，易聚合的物系則不能適用。而且對(duì)于有側(cè)線出料的場(chǎng)合等也不大適宜。

2.2.2 填料選擇

在填料塔內(nèi)，氣體由填料間的空隙流過，液體在填料表面形成的液膜并沿填料間的空隙而下流。氣、液兩相間的傳質(zhì)過程在潤(rùn)濕的填料表面上進(jìn)行。因此，填料塔的生產(chǎn)能力和傳質(zhì)速率均與填料特性密切相關(guān)。

填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)通量、效率及壓降三要素來(lái)衡量。表示填料性能的幾何參數(shù)有以下三項(xiàng)：（1）比表面積；（2）空隙率；（3）填料因子。

在選擇填料時(shí)，一般要求比表面積及空隙率要大，填料的潤(rùn)濕性能好，單位體積填料的質(zhì)量輕，造價(jià)低，并有足夠的力學(xué)強(qiáng)度。填料的種類很多，大致可分為實(shí)體填料與網(wǎng)體填料兩大類。實(shí)體填料有環(huán)形填料和鞍形填料以及柵板、波紋板填料。網(wǎng)體填料主要是由金屬絲網(wǎng)制成的各種填料。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)氯氣干燥機(jī)理與工藝做了分析，由于多臺(tái)干燥塔串接流程具有操作平穩(wěn)簡(jiǎn)單、操作彈性較大、生產(chǎn)管理方便；對(duì)于氣相流量并沒有要求，尤其適用于低流量的氯氣進(jìn)行干燥作業(yè)，其干燥效果不隨氣體流量負(fù)荷的變化而變化等特點(diǎn)，因此采用此法的較多。

［1］王新龍.氯堿生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展建議[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù).

［2］李福明.氯氣泡沫干燥塔設(shè)計(jì)中值得注意的幾個(gè)問題[J].氯堿工業(yè),1995(9).

［3］王景春,吳懷聚.國(guó)產(chǎn)氯氣小透平機(jī)的應(yīng)用[J].中國(guó)氯堿,2003(12).