冷凝酸用于氯酸鹽分解槽的研究

李楊，張紅瑞，馬龍

(內(nèi)蒙古君正化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏海 016040)

內(nèi)蒙古君正化工有限責(zé)任公司(以下簡稱“君正化工”)氯氫裝置設(shè)計(jì)安裝7臺(tái)氯化氫石墨合成爐，合成爐上氣室及HCl緩沖罐中的冷凝酸沿回收管路連續(xù)自流進(jìn)入冷凝酸回收罐，日產(chǎn)冷凝酸9 t左右。冷凝酸中含游離氯且不易處理，因此回用及外售均比較困難。

1 鹽酸中游離氯的產(chǎn)生

游離氯即Cl2、HClO、ClO-的總稱，高純鹽酸中游離氯的含量較少，但冷凝酸中游離氯的含量較多，以下分別對(duì)高純鹽酸和冷凝酸中游離氯的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行分析。

1.1 高純鹽酸中游離氯的產(chǎn)生

高純鹽酸中的游離氯主要是由于系統(tǒng)壓力波動(dòng)、氯氣反應(yīng)不完全生成的，大部分是在降膜吸收器中反應(yīng)生成，可能的原因主要有以下幾點(diǎn)。

(1)進(jìn)爐氯氫氣壓力波動(dòng)。電解裝置升降負(fù)荷或氯氫氣壓縮機(jī)負(fù)荷波動(dòng)，造成進(jìn)爐氯氫氣壓力波動(dòng)，流量配比短暫波動(dòng)，氯氣反應(yīng)不完全。

(2)水力噴射器抽力波動(dòng)。水力噴射器泄漏或故障造成合成爐爐壓波動(dòng)，進(jìn)而影響進(jìn)爐的氯氣和氫氣流量，氯氣反應(yīng)不完全。

(3)合成爐燈頭安裝水平度不夠。合成爐石英燈頭由內(nèi)外兩層組成，內(nèi)層通入氯氣，外層通入氫氣，如果石英燈頭安裝水平度不夠，就會(huì)造成燈頭頂部氯氫氣流動(dòng)方向偏斜，進(jìn)而造成氯氫氣反應(yīng)不均勻。

1.2 冷凝酸中游離氯的產(chǎn)生

HCl合成過程中的冷凝酸主要來源于合成爐上氣室及HCl緩沖罐，不同于高純鹽酸，冷凝酸中的游離氯大部分是在合成爐內(nèi)產(chǎn)生的，其中反應(yīng)所需的氯氣與前述來源相同。水分主要由氫氣夾帶，君正化工氫氣處理水霧捕集器濾芯已連續(xù)投用9年，分析顯示進(jìn)爐氫氣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25%左右，氫氣含水偏高是造成合成爐冷凝酸產(chǎn)量大的根本原因。

2 氯酸鹽的分解

電解裝置氯酸鹽分解槽是控制系統(tǒng)中氯酸鹽含量的核心設(shè)備，鹽水系統(tǒng)中的氯酸鹽在高溫條件下與過量鹽酸反應(yīng)生成氯氣，分解槽出口鹽水進(jìn)入脫氯塔進(jìn)行真空脫氯。

當(dāng)鹽酸過量時(shí)，氯酸鹽分解反應(yīng)方程式如下：

(1)

當(dāng)鹽酸不足時(shí)，氯酸鹽分解反應(yīng)方程式如下：

2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O。

(2)

實(shí)際生產(chǎn)過程中，希望按反應(yīng)式(1)發(fā)生反應(yīng)，因此鹽酸必須過量，即c(HCl)/c(NaClO3)>6。如果c(HCl)/c(NaClO3)≤2，反應(yīng)將按照反應(yīng)式(2)進(jìn)行，甚至不發(fā)生分解。當(dāng)氣相空間中ClO2體積分?jǐn)?shù)>9.5%，在光和熱等條件下，存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)[1]。

3 冷凝酸用于氯酸鹽分解系統(tǒng)

電解槽出槽淡鹽水中本身就含有一定的溶解氯(700～800 mg/L)，須進(jìn)行脫氯處理，因此,將冷凝酸用至氯酸鹽分解槽無任何不良后果，而且在脫氯反應(yīng)中還可以進(jìn)一步回收冷凝酸中的氯氣。另一方面，可節(jié)約高純鹽酸的消耗，能夠?yàn)楹罄m(xù)裝置輸送更多HCl氣體用于生產(chǎn)。

君正化工合成爐日產(chǎn)9 t左右的冷凝酸，而電解氯酸鹽分解槽每日消耗鹽酸28 t左右，僅合成冷凝酸無法滿足分解槽的加酸要求?；谝陨显?，冷凝酸回用于氯酸鹽分解槽的設(shè)計(jì)方案(流程如圖1所示)如下：合成冷凝酸罐V-706液位設(shè)置單回路控制，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值，冷凝酸泵啟動(dòng)，將冷凝酸輸送至電解新增冷凝酸罐V-370。電解高純鹽酸泵P-354A/B出口配管至電解槽冷凝酸回用罐V-370并增加自控閥，自動(dòng)控制V-370液位。電解冷凝酸回用泵P-374A/B出口配管至原分解槽加酸管路流量計(jì)前,利用原加酸自控閥控制分解槽加酸量。新增冷凝酸回用設(shè)備需停車檢修時(shí)，現(xiàn)場切換手動(dòng)閥，恢復(fù)原分解槽加酸工藝。

D-350—電解高純鹽酸罐;V-706—合成冷凝酸罐;V-370—電解冷凝酸回用罐;R-360—氯酸鹽分解槽。圖1 冷凝酸用于氯酸鹽分解槽工藝流程簡圖Fig.1 Process flow diagram of the use of condensed acid in chlorate decomposition tank

4 結(jié)語

合成爐冷凝酸用于氯酸鹽分解槽是君正化工比較成功的案例，不僅冷凝酸得到了有效回用，還創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)氯堿企業(yè)具有一定的借鑒作用。