離子膜燒堿系統(tǒng)運(yùn)行模式探索

王黎麗，王萬力，龍航航，李陽

(1. 中國平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司,河南開封 475003；2. 天津辰耀化學(xué)工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司，天津 300000)

【氯氫處理】

離子膜燒堿系統(tǒng)運(yùn)行模式探索

王黎麗*1，王萬力2，龍航航1，李陽1

(1. 中國平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司,河南開封 475003；2. 天津辰耀化學(xué)工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司，天津 300000)

燒堿；離子膜法；運(yùn)行模式；氯氣

離子膜法電解裝置減負(fù)荷生產(chǎn)后，系統(tǒng)運(yùn)行模式發(fā)生改變。介紹改變后的工藝控制及連鎖模式。改造后，達(dá)到公司效益最大化的目的。

平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“開封東大”)原有離子膜燒堿規(guī)模18萬t/a，分別為2007年投產(chǎn)的規(guī)模為10萬t/a的北化機(jī)高電流密度自然循環(huán)電解槽6臺(tái)(新電解A-F槽)，2004年投產(chǎn)的2萬t/a北化機(jī)自然循環(huán)電解槽2臺(tái)(老電解A、B槽)、2009年投產(chǎn)的2.5萬t/a北化機(jī)高電流密度自然循環(huán)電解槽2臺(tái)(老電解C、D槽)和2011年投產(chǎn)的3.6萬t/a北化機(jī)膜極距電解槽2臺(tái)(老電解E、F槽)，由于老電解A、B槽陰極為不銹鋼材質(zhì)，電壓高，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，墊片嚴(yán)重老化，經(jīng)常泄漏，于2013年8月退出生產(chǎn)系統(tǒng)；E、F槽燒堿系統(tǒng)因?yàn)殛帢O管道材質(zhì)問題造成大量鐵粉沉積在陰極網(wǎng)，使得電解槽電壓較高，2014年3月和8月分別對(duì)新電解F槽和老電解系統(tǒng)C、E、F槽進(jìn)行了膜極距改造，改造完成后離子膜法燒堿規(guī)模達(dá)到17.5萬t/a。

受經(jīng)濟(jì)大環(huán)境影響，開封東大生產(chǎn)系統(tǒng)一直不能滿負(fù)荷運(yùn)行，特別是2016年6—8月，負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)率低至60%左右。通過經(jīng)濟(jì)核算，開封東大在8月6日大修完成開車后的第4天決定關(guān)停部分電解槽，停止新電解運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的C、D、E共3臺(tái)槽，保持老電解4臺(tái)槽和新電解3臺(tái)槽運(yùn)行，生產(chǎn)能力仍可保持12.5萬t/a，可保證后續(xù)吃氯產(chǎn)品不受影響，商品液氯量減少。相應(yīng)停止運(yùn)行老氯氣處理工序、老氯氣液化和冷凍工序、次氯工序，這樣可以停掉3臺(tái)160 kW的氯氣泵以及相應(yīng)的硫酸循環(huán)泵、冷凍機(jī)組和冷水機(jī)組、循環(huán)水泵、冷凍水泵、風(fēng)機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備以降低動(dòng)力電消耗。但老電解產(chǎn)生的氯氣是送往老氯氣處理，這樣就須增加1條去新氯氫處理工段的管線，且連鎖設(shè)施進(jìn)行相應(yīng)完善。

1 原有氯氣處理工藝

由于電解系統(tǒng)為不同時(shí)期投入運(yùn)行，相對(duì)應(yīng)的是新氯氫處理工序?yàn)榕涮仔码娊?，老氯氣處理工序配套老電解，共?jì)2套氯氫處理裝置，其中老氯氣處理裝置為8萬t/a生產(chǎn)能力，新氯氫處理設(shè)置1套10萬t/a氯氣處理裝置和2套10萬t/a氫氣處理裝置。

1.1原氯氣處理工藝

由離子膜老電解來的濕氯氣，進(jìn)入一級(jí)鈦冷卻器E0704A/B用循環(huán)水冷卻至30～40 ℃后，進(jìn)入二級(jí)鈦冷卻器E0705，用8 ℃冷凍水將氯氣冷卻至12～15 ℃。出來后的氯氣進(jìn)入水霧捕集器V0706除去夾帶的水霧后，進(jìn)入一級(jí)干燥塔T0707、二級(jí)干燥塔T0708，用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸直接噴淋吸收氯氣中少量的水分，干燥后的氯氣進(jìn)入氯氣泵(P0717～P0723)，加壓后的氯氣進(jìn)入硫酸分離器(V0717～V0723)進(jìn)行氣液分離，分離后的氯氣再經(jīng)酸霧捕集器V0724除去夾帶的硫酸后至氯氣分配臺(tái)，由此送至液氯、氯乙酸、ADC發(fā)泡劑、鹽酸等崗位。

一級(jí)干燥塔T0707、二級(jí)干燥塔T0708的硫酸分別進(jìn)入硫酸中間槽(V0709，V0711，V0713)，在此由泵(P0709A/B，P0711A/B，P0713)分別將硫酸送入硫酸冷卻器(E0710，E0712)，用水(循環(huán)水或一次水)冷卻后進(jìn)入一級(jí)干燥塔T0707、二級(jí)干燥塔T0708上部。當(dāng)一級(jí)干燥塔T0707的硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到78%～83%時(shí)，經(jīng)硫酸外管送去廢硫酸儲(chǔ)槽。同時(shí)將二級(jí)干燥塔T0708的硫酸置換到一級(jí)干燥塔T0707使用，二級(jí)干燥塔T0708用來自氯氣泵的濃硫酸干燥氯氣。把氯氣泵循環(huán)硫酸壓至硫酸中間槽V0713，供二級(jí)干燥塔T0708使用，同時(shí)從硫酸高位槽V0715補(bǔ)充98%的濃硫酸進(jìn)入氯氣泵(P0717～P0723)。

原氯氣處理工藝流程如圖1所示。

1—陽極液卸料槽；2—正壓水封；3—負(fù)壓水封；4—氯水洗滌塔；5—氯水泵；6—氯水換熱器；7—事故廢氯氣吸收塔；8—堿液循環(huán)泵；9—事故堿換熱器；10—風(fēng)機(jī)；11—氯水導(dǎo)淋儲(chǔ)罐；12—負(fù)壓水封；13—鈦冷卻器；14—水霧捕集器；15—干燥塔；16—稀硫酸罐；17—稀硫酸循環(huán)泵；18—干燥塔；19—濃硫酸罐；20—濃硫酸循環(huán)泵；21—納氏泵；22—酸霧捕集器圖1 原氯氣處理工藝流程圖Fig.1 Original process flow diagram of chlorine treatment

1.2新氯氣處理工藝

由離子膜新電解來的高溫濕氯氣，首先進(jìn)入氯水洗滌塔T0401底部。氯水循環(huán)泵P0401將氯水經(jīng)氯水冷卻器E0402用循環(huán)水冷卻后，由塔上部送入氯水洗滌塔內(nèi)，直接將氯氣洗滌冷卻后，進(jìn)入鈦管冷卻器E0401，用冷凍水間接冷卻至滿足工藝要求。氯氣從鈦管冷卻器出來后進(jìn)入水霧捕集器X0401分離冷凝水，分離的冷凝水同鈦管冷卻器冷凝下來的氯水一起進(jìn)入氯水洗滌塔循環(huán)使用，氯氣進(jìn)入干燥塔。洗滌塔中的氯水因不斷冷凝濕氯氣中的含鹽水蒸氣而增多[2]，為了保持液位由氯水泵P0401排出一部分氯水去電解崗位，液位由自動(dòng)閥LV0401控制。氯氣從干燥塔T0402下部進(jìn)入，先進(jìn)入填料段，在填料段，氯氣用稀硫酸干燥。稀硫酸由稀硫酸循環(huán)泵P0402輸送經(jīng)稀硫酸冷卻器E0404冷卻降溫后由干燥塔填料段上部進(jìn)入循環(huán)干燥氯氣。硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制要符合生產(chǎn)要求。經(jīng)填料段干燥后的氯氣繼續(xù)上升，逐層通過六層泡罩式塔板被濃硫酸干燥。質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的濃硫酸由計(jì)量泵P0406供給，經(jīng)濃硫酸冷卻器E0403用7 ℃水降溫后進(jìn)入第一層塔板，經(jīng)降液管逐步溢流至第二層、第三層、第四層、第五層、第六層塔板后進(jìn)入填料段。濃硫酸由于吸收氯氣中的水分而稀釋，體積逐漸增大，干燥塔底層酸液面增高達(dá)到一定高度時(shí)，去稀硫酸罐內(nèi)的自動(dòng)閥LV0402自動(dòng)打開，將稀硫酸自動(dòng)排入稀硫酸罐V0403。干燥后的氯氣經(jīng)酸霧捕集器X0402進(jìn)入透平機(jī)，加壓后送入氯氣分配臺(tái)V0407，分別將氯氣輸送至液氯、氯乙酸、ADC發(fā)泡劑、鹽酸等崗位。

新氯氣處理工藝流程如圖2所示。

1—陽極液卸料槽；2—正壓水封；3—負(fù)壓水封；4—氯水洗滌塔；5—氯水泵；6—氯水換熱器；7—鈦冷卻器；8—水霧捕集器；9—廢硫酸儲(chǔ)罐；10—稀硫酸循環(huán)泵；11—氯氣干燥塔；12—濃硫酸計(jì)量泵；13—濃硫酸儲(chǔ)罐；14—酸霧捕集器；15—氯氣透平機(jī)；16—事故廢氯氣吸收塔；17—堿液循環(huán)泵；18—事故堿換熱器；19—風(fēng)機(jī)圖2 新氯氣處理工藝流程圖Fig.2 New process flow diagram of chlorine treatment

2 改造后氯氣處理工藝

將老電解去老氯氣處理的氯氣管線加裝盲板，增加1條DN500PVC+FRP管線，與新電解去新氯氣處理的氯氣管線連通，老電解生產(chǎn)的氯氣輸送至新氯氣處理工序。

新老電解為2套生產(chǎn)系統(tǒng)，有各自獨(dú)立的DCS操作系統(tǒng)，連鎖裝置也各自獨(dú)立。改造前的連鎖設(shè)置為新電解系統(tǒng)電解裝置全部停車氯氣透平機(jī)和氫氣壓縮機(jī)連鎖停機(jī)，氯氣透平機(jī)或氫氣壓縮機(jī)停機(jī)電解裝置連鎖停車，相應(yīng)事故氯系統(tǒng)投入運(yùn)行；老電解系統(tǒng)電解裝置全部停車氯氣泵和氫氣壓縮機(jī)連鎖停機(jī)，氯氣泵停機(jī)電解裝置連鎖停車，但是氫氣壓縮機(jī)停機(jī)，電解裝置不連鎖停車，氫氣通過水封排放出去。

改造完成后，將老電解氯氣并入新氯氫工段處理，關(guān)鍵的問題是解決連鎖問題。為確保安全，經(jīng)過討論，制定出具體方案，連鎖停車以新系統(tǒng)為先導(dǎo)。將新氯氫處理3臺(tái)氯氣透平機(jī)的運(yùn)行信號(hào)用通信電纜接至老氯氣處理原有1#、2#、3#氯氣泵，將原有老的1#、2#、3#氯氣泵運(yùn)行信號(hào)開關(guān)解除，新電解、新氯氫的原有連鎖方式不變，老電解與新氯氫處理的氯氣透平機(jī)相連鎖，即氯氣透平機(jī)停機(jī)新老電解整流連鎖停車，新老系統(tǒng)氫氣壓縮機(jī)連鎖停機(jī)，但老電解系統(tǒng)全部停車時(shí)，老系統(tǒng)氫氣壓縮機(jī)連鎖停機(jī)，氯氣透平機(jī)不停，新電解系統(tǒng)不連鎖停車；老電解的連鎖畫面，只掛氯氣泵與電解的連鎖，電解槽與氯氣泵的連鎖不掛。老電解的事故氯裝置停止使用，相應(yīng)與老電解的整流信號(hào)連鎖解除，事故氯氣由新氯氫事故氯裝置進(jìn)行處理。

改造后氯氣處理工藝流程如圖3所示。

1—陽極液卸料槽；2—正壓水封；3—負(fù)壓水封；4—氯水洗滌塔；5—氯水泵；6—氯水換熱器；7—陽極液卸料槽；8—正壓水封；9—負(fù)壓水封；10—氯水洗滌塔；11—氯水循環(huán)泵；12—氯水換熱器；13—鈦冷卻器；14—水霧捕集器；15—廢硫酸儲(chǔ)罐；16—稀硫酸循環(huán)泵；17—氯氣干燥塔；18—濃硫酸計(jì)量泵；19—濃硫酸儲(chǔ)罐；20—酸霧捕集器；21—氯氣透平機(jī)；22—事故氯氣吸收塔；23—堿液循環(huán)泵；24—事故堿換熱器；25—風(fēng)機(jī)圖3 改造后氯氣處理工藝流程圖Fig.3 Improved process flow diagram of chlorine treatment

3 結(jié)語

生產(chǎn)運(yùn)行模式改變后，經(jīng)過7個(gè)月的實(shí)際生產(chǎn)操作，系統(tǒng)運(yùn)行較為平穩(wěn)，人員得到合理安排，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，企業(yè)挖潛增效，精細(xì)化管理很重要，在實(shí)際生產(chǎn)中不斷探索新的工藝運(yùn)行模式，合理調(diào)配產(chǎn)能，對(duì)促進(jìn)企業(yè)發(fā)展意義重大。

[1] 馬驥，楊茂勤，張柱，等.2套氯氫處理裝置合并運(yùn)行的生產(chǎn)實(shí)踐[J].氯堿工業(yè)，2016，52(8)：18-22.

[2] 韋其興.氯堿生產(chǎn)中廢氯氣的處理方法[J].中國氯堿，2009(8)：36-37.

[編輯：蔡春艷]

Explorationofrunningmodeofion-exchangemembranecausticsodasystem

WANGLili1，WANGWanli2，LONGHanghang1，LIYang1

( 1.China Pingmei Shenma Group Kaifeng Dongda Chemical Co.,Ltd,Kaifeng 475003,China;2. Tianjin Chenyao Chemical Engineering Design and Service Co.,Ltd.,Tianjin 300000,China )

caustic soda; ion-exchange membrane；running mode； chlorine gas

After the production load of ion-exchange membrane electrolysis devices was reduced,the operation mode of the production system changed. The changed process control and interlock pattern was introduced. The objective of maximizing the benefits of the company was achieved.

TQ028.2

B

1008-133X(2017)07-0013-04

*

王黎麗(1972—)，女，工程師，畢業(yè)于河南大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)任中國平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司離子膜分廠主任工程師。

2017-02-02