影響氯氣含水的因素及對策

李寶琨，李書念

（東明石化集團(tuán)萬海氯堿公司，山東 東明 274500）

影響氯氣含水的因素及對策

李寶琨，李書念

（東明石化集團(tuán)萬海氯堿公司，山東 東明 274500）

結(jié)合正常生產(chǎn)時(shí)的情況，通過對工藝流程的分析，總結(jié)出了影響氯氣含水的因素并提出了相應(yīng)的解決辦法。

氯氣；含水；溫度；透平機(jī)

1 公司現(xiàn)狀

氯氣處理是氯堿生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，氯氣處理運(yùn)行質(zhì)量直接影響電解裝置安全、穩(wěn)定生產(chǎn)以及電解槽運(yùn)行的質(zhì)量和壽命。

目前，國內(nèi)各氯堿企業(yè)選擇不同的氯氣處理生產(chǎn)工藝，控制水平和操作要求不盡相同，處理后的氯氣質(zhì)量特別是氯中含水也有差異。近年來，離子膜電解技術(shù)的普遍采用，對氯處理工序提出了更高要求。各企業(yè)在氯處理上對工藝、設(shè)備、控制方式上不斷改進(jìn)。

東明萬海氯堿化工有限公司10萬t/a(以100%燒堿計(jì))離子膜燒堿裝置是由中國成達(dá)工程公司設(shè)計(jì)，于2007年1月動(dòng)工建設(shè)，2008年4月開車一次成功。

目前，采用的是離子膜電解技術(shù)及用德國產(chǎn)VRZ200/405/15G型透平機(jī)壓縮機(jī)壓縮輸送，對處理后的氯氣質(zhì)量提出了更高要求。所采用的處理流程為洗滌、加壓、冷卻、干燥、壓縮(流程簡圖見圖1)。通過這樣的處理方式使處理后氯氣含水小于100× 10-6，合乎工藝要求。

圖1 工藝流程簡圖

2 工藝流程簡述

2.1 洗滌

由電解工序來溫度約85℃的濕氯氣進(jìn)入氯氣洗滌塔底部，循環(huán)氯水由氯水循環(huán)泵打出，經(jīng)氯水冷卻器用循環(huán)水冷卻換熱后，進(jìn)入氯氣洗滌塔上部與氯氣直接逆流接觸，氯氣冷卻到約40～45℃，氯氣中大約85%～90%水分得到冷凝，并除去了氯氣中所夾帶的鹽霧。

2.2 加壓

出塔氯氣經(jīng)噴水飽和后，由氯氣風(fēng)機(jī)加壓至約60℃、1 500 mm水柱以下。

2.3 冷卻

氯氣再次經(jīng)噴水飽和后進(jìn)入前冷卻器用循環(huán)上水冷卻到35℃以下。然后氯氣進(jìn)入后冷卻器用冷凍水進(jìn)一步冷卻，氯氣出口溫度控制在12～18℃。在此冷卻過程中，氯氣中大約80%水分被冷凝下來。

2.4 干燥

冷卻后的氯氣經(jīng)水霧分離器過濾后進(jìn)入干燥系統(tǒng)，該分離器的水霧捕集率在99%以上。通過水霧分離器過濾后的12～18℃的氯氣進(jìn)入填料干燥塔下部，循環(huán)酸由硫酸循環(huán)泵加壓后經(jīng)循環(huán)酸冷卻器用冷凍水冷卻到約15℃后進(jìn)入填料干燥塔上部，與氯氣逆流接觸除去氯中水分。氯氣中的水分被硫酸吸收而放熱，這部分熱量大部分由循環(huán)酸冷卻器帶走，少部分熱由氯氣吸收，出填料干燥塔氯氣溫度升到約19℃。

出填料塔的氯氣，進(jìn)入泡罩干燥塔下部，與濃硫酸逆流直接接觸干燥，從泡罩干燥塔頂出來的氯氣含水量＜100×10-6、溫度約20℃。

2.5 壓縮

干燥后的氯氣經(jīng)酸霧捕沫器捕集酸霧后，進(jìn)入氯氣壓縮系統(tǒng)，經(jīng)氯氣壓縮機(jī)壓縮到0.15 MPaG，氯氣壓縮系統(tǒng)設(shè)有級間冷卻器，用循環(huán)水冷卻壓縮后的氯氣送到液氯工序液化。

3 影響氯氣含水因素及解決方法

3.1 出氯氣洗滌塔氯氣溫度控制

一般氯氣進(jìn)塔溫度為60～90℃，濕氯氣中水蒸氣含量與溫度的關(guān)系見表1。

表1 濕氯氣中水蒸氣含量與溫度的關(guān)系

從表1可看出，飽和濕氯氣從90℃降到40℃以下，氯氣中水分可降低到90℃時(shí)的3.47%，由此可見，通過對濕氯氣降溫可以除去其中的96.3%的水蒸氣，大大降低后續(xù)設(shè)備的負(fù)擔(dān)和輔料消耗。

介于洗滌塔的洗滌降溫能力及氯水冷卻器冷卻介質(zhì)循環(huán)水的溫度一般為20～30℃，因此出塔氯溫控制在25～45℃，正常生產(chǎn)時(shí)控制在30～40℃。

該裝置通過幾年運(yùn)行，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，氯氣處理滿足透平機(jī)要求。在2012年檢修中發(fā)現(xiàn)氯氣洗滌塔內(nèi)PVC材質(zhì)的花環(huán)填料變脆且其表面及塔內(nèi)壁遍布一層白色物質(zhì)。另外，在塔底有一層黃色粘稠物質(zhì)，分析認(rèn)為此2種現(xiàn)象是脫落的樹脂氯化物。由于氯氣的強(qiáng)腐蝕性，所用FRP材質(zhì)的氯氣洗滌塔在2014年3月出現(xiàn)塔體中部腐蝕變薄甚至輕微凹陷情況，該公司在此年度檢修中對此塔進(jìn)行了更換。

3.2 出二段鈦冷的氯氣溫度控制

經(jīng)過鈦風(fēng)機(jī)加壓的氯氣溫度一般在60℃左右，為防止鈦質(zhì)風(fēng)機(jī)、一段鈦冷發(fā)生燃燒，故而對其進(jìn)行噴濕處理，這樣無形中又增加了氯氣的含水量，因此在二段鈦冷換熱介質(zhì)采用冷凍水，把出二段鈦冷的氯氣溫度控制在11～15℃，一是防止氯氣溫度低于9.6℃出現(xiàn)Cl2·8H2O結(jié)晶；二是降低后續(xù)輔料消耗；三是冷凍水溫度、流量限制。正常生產(chǎn)時(shí)控制在11～14℃，這樣氯氣中含水量就降低到了原先的0.75%。

這里的影響因素就是二段鈦冷的換熱介質(zhì)冷凍水的溫度和壓力，該公司二段鈦冷卻器在裝置區(qū)二樓，故而冷凍水壓力影響不大，主要是溫度和流量。溫度在9～10℃，滿足生產(chǎn)需要。

3.3 循環(huán)酸酸量、濃度、溫度控制

要保證循環(huán)酸的酸量，如果酸量太小，會造成硫酸通過填料塔填料層酸分布不均，與逆流而上的氯氣接觸面積太小，干燥不能充分進(jìn)行，最終導(dǎo)致氯氣含水超標(biāo)。該公司填料塔塔高約14 m，循環(huán)酸泵出口壓力一般在0.5 MPa，滿足生產(chǎn)要求。

要確保酸濃度符合要求且濃度保持穩(wěn)定，以免造成液面上水蒸氣分壓或高或低，氯中含水不易被吸收，致使干燥效果下降。一般控制填料塔酸濃度在75%以上；泡罩塔酸濃度在98%以上。

當(dāng)酸濃度一定時(shí)，降低溫度，則液面上水蒸氣分壓降低，硫酸吸水干燥效果會提高，因此，應(yīng)盡可能降低酸溫，一般填料塔循環(huán)酸溫度控制在13～20℃，泡罩塔酸溫控制在12～18℃，資料表明，濃硫酸溫度在12～15℃時(shí)，吸水干燥效果最好。因?yàn)樵O(shè)備固定，所以這里未考慮氯氣與酸的接觸面積。

3.4 其他因素

(1)維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。系統(tǒng)壓力穩(wěn)定是一切操作的基礎(chǔ)，由PV＝nRT知系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，系統(tǒng)溫度從理論上即可達(dá)到穩(wěn)定，含水量也就處于一定值，干燥效果會更好。

系統(tǒng)壓力穩(wěn)定還可保證氯氣與洗滌液或硫酸的接觸面積，保證洗滌冷卻或干燥效果。

(2)循環(huán)水量。這里循環(huán)水量考慮的主要是各換熱器的冷卻介質(zhì)循環(huán)水的量，充足而且適量的循環(huán)水可使氯氣或循環(huán)酸的溫度在最佳值，從而降低氯氣含水。

(3)環(huán)境因素。由于該公司從離子膜電解到氯氫處理距離較長，氯氣采用?700 mm玻璃鋼管線輸送，故而受環(huán)境因素影響比較明顯。夏季時(shí)氯氣溫度達(dá)85℃，春秋時(shí)一般在60～70℃，冬季時(shí)會再低一些。另外，洗滌塔、填料塔、泡罩塔處于裸塔狀態(tài)，也會受到環(huán)境因素的較大影響，所以氯氣含水量會隨時(shí)間改變而有所改變。

4 方案分析

通過對影響氯氣含水的因素分析，應(yīng)從提高氯水冷卻器、鈦冷卻器的冷卻能力、降低冷卻介質(zhì)溫度入手來降低氯中含水量，注重工藝指標(biāo)的控制和設(shè)備操作法的控制等等是降低氯中含水的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

東明石化集團(tuán)氯堿公司利用當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)和其他廠家的操作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身特點(diǎn)，投產(chǎn)以來通過對氯氣處理系統(tǒng)的摸索、測試、技改，對各設(shè)備的除水情況進(jìn)行了精確總結(jié)，為對癥下藥采取措施指明了方向，從而進(jìn)一步提高了氯氣質(zhì)量。通過強(qiáng)化冷卻、干燥效果，降低了氯中含水，為氯堿裝置的平穩(wěn)、安全運(yùn)行起到了積極作用。

山東工業(yè)去產(chǎn)能顯成效產(chǎn)能利用率回升至77%

目前山東供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革取得積極進(jìn)展，其中化解過剩產(chǎn)能效果逐步顯現(xiàn)，產(chǎn)能利用率逐步提高，調(diào)查顯示2016年三季度山東全省工業(yè)企業(yè)產(chǎn)能利用率回升到77%。

據(jù)山東省統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2016年9月末，全省規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)中，化學(xué)原料及化學(xué)制品企業(yè)淘汰288家，水泥企業(yè)淘汰158家，黑色金屬冶煉及壓延加工企業(yè)淘汰85家，煉油企業(yè)淘汰45家，煤炭開采和洗選企業(yè)淘汰42家，輪胎制造企業(yè)淘汰14家，船舶制造企業(yè)淘汰9家，鋁冶煉企業(yè)淘汰2家。

在此推動(dòng)下，山東工業(yè)企業(yè)產(chǎn)能利用率穩(wěn)步提高。山東對全省7 119家企業(yè)進(jìn)行的主要行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營景氣狀況調(diào)查顯示，2016年三季度全省工業(yè)企業(yè)產(chǎn)能利用率為77%，比去年四季度提高1.0個(gè)百分點(diǎn)，化解過剩產(chǎn)能效果逐步顯現(xiàn)，產(chǎn)能利用率逐步提高。其中，煤炭、電解鋁、平板玻璃和煉油等產(chǎn)能過剩行業(yè)產(chǎn)能利用率比二季度分別提高3.0、2.0、1.0和2.0個(gè)百分點(diǎn)。

從產(chǎn)品產(chǎn)量看，大部分產(chǎn)能過剩行業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量增長趨緩或下降。2016年前三季度，山東全省硅酸鹽水泥熟料產(chǎn)量增長5.2%，粗鋼產(chǎn)量增長5.6%；個(gè)別產(chǎn)品產(chǎn)量出現(xiàn)下降，平板玻璃產(chǎn)量下降14.3%，純堿產(chǎn)量下降12.7%，合成氨產(chǎn)量下降6.3%，電解鋁產(chǎn)量下降0.7%。

“總體來看，山東全省去產(chǎn)能工作已經(jīng)取得初步成效，淘汰了一批落后產(chǎn)能和高污染工業(yè)企業(yè)，為高端產(chǎn)業(yè)騰出發(fā)展空間，也為今后山東省工業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”山東省統(tǒng)計(jì)局相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

Factors affecting the water content of chlorine gas and countermeasures

LI Bao-kun，LI Shu-nian
（Dongming Petrochemical Group Wanhai Chlor Alkali Company，Dongming 274500，China）

Combined with the normal production situation，summing up the impact factors of chlorine water through the analysis of the technological process，and putting forward the corresponding solutions.

：chlorine；water content；temperature；turbine

TQ124.4+16

：B

：1009-1785(2016)10-0029-03

2016-09-07