降低氯氣干燥系統(tǒng)濃硫酸消耗的途徑

黃健

(焦作煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河南 焦作 454001)

1 氯氣處理濃硫酸使用要求

氯氣處理濃硫酸干燥工藝主要是利用濃硫酸具有的吸水性除去氯氣中夾帶的水分，輸出合格的干燥氯氣。濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水性，當(dāng)它和含水物質(zhì)相遇時(shí)，就會(huì)把該物質(zhì)中的水分吸收出來(lái)，生成硫酸的水合物,達(dá)到脫去水分的目的。而且濃硫酸具有以下特性：①不與氯氣發(fā)生反應(yīng)，氯在硫酸中的溶解度極??；②脫水效率高；③價(jià)廉易得；④濃硫酸對(duì)鋼鐵設(shè)備腐蝕性較?。虎菹×蛩峥苫厥绽?。

硫酸的吸水性與濃度、溫度有關(guān)，要保證干燥塔的硫酸濃度及溫度，才能保證氯氣的干燥效果。焦作煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司開(kāi)元化工20萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目氯氣干燥系統(tǒng)采用的是1#干燥塔(填料塔)和2#干燥塔(泡罩塔)兩塔串聯(lián)的方式，使氯氣和濃硫酸充分接觸。填料塔用硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%～90%，泡罩塔用硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%～98%，經(jīng)過(guò)充分脫水后進(jìn)入氯氣壓縮機(jī)將干燥氯氣加壓輸送出去。

2 氯氣處理濃硫酸干燥工藝流程

由電解來(lái)的高溫濕氯氣經(jīng)過(guò)洗滌工序后進(jìn)入1#干燥塔底部，1#干燥塔硫酸循環(huán)泵將稀硫酸送1#干燥塔冷卻器冷卻降溫后送入1#干燥塔上部，對(duì)濕氯氣進(jìn)行初步干燥。干燥后的氯氣進(jìn)入2#干燥塔底部，再用98%的濃硫酸進(jìn)行干燥，98%的濃硫酸由濃硫酸高位槽供給進(jìn)入2#干燥塔第一層塔板，經(jīng)降液管逐步溢流至其他層塔板。2#干燥塔干燥后的氯氣經(jīng)干氯氣過(guò)濾器去除酸霧和不潔物后，進(jìn)入氯氣壓縮機(jī)壓縮加壓后分別送至液氯和氯化氫合成工序。濃硫酸吸收氯氣所放出的熱量由2#干燥塔冷卻器換熱后導(dǎo)出，2#干燥塔液位由2#干燥塔硫酸循環(huán)泵送入1#干燥塔內(nèi)控制，1#干燥塔內(nèi)的稀硫酸送入成品罐區(qū)銷(xiāo)售。

濃硫酸干燥工藝圖如圖1所示。

圖1 氯氣干燥流程圖Fig.1 Chlorine drying process flow

3 控制濃硫酸消耗的途徑

3.1 嚴(yán)格控制氯氣冷卻后溫度

電解工段過(guò)來(lái)的高溫濕氯氣經(jīng)過(guò)氯氣預(yù)冷器和氯氣冷卻器兩級(jí)冷卻后，溫度指標(biāo)情況會(huì)給氯氣干燥系統(tǒng)帶來(lái)較大影響，如果氯氣降溫脫水階段效果不良，溫度指標(biāo)偏高，高于15 ℃甚至達(dá)到20 ℃左右，此時(shí)如果不加以控制，直接進(jìn)入氯氣干燥系統(tǒng)，會(huì)造成塔溫升高，此時(shí)消耗的濃硫酸量明顯增加，濃硫酸吸水放熱也會(huì)導(dǎo)致干燥塔塔板及塔身發(fā)生形變直接影響干燥塔穩(wěn)定運(yùn)行；反之，氯氣冷卻后溫度過(guò)低，在溫度低于9.6 ℃時(shí)會(huì)生成Cl2·8H2O，堵塞氯氣管道，對(duì)生產(chǎn)造成不利影響。

實(shí)踐證明：冷卻后的氯氣溫度控制在11～15 ℃時(shí)，濃硫酸干燥效率最好，且可以降低濃硫酸消耗量。

氯氣溫度和含水量對(duì)濃硫酸單耗的影響如表1所示。

由表1可知：當(dāng)控制進(jìn)1#干燥塔濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%，出2#干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%時(shí)，進(jìn)2#干燥塔濕氯氣溫度越高，含水量越大，則濃硫酸的消耗量越高，因此，將氯氣溫度控制在11～15 ℃范圍內(nèi)，濃硫酸消耗量顯著降低。

表1 氯氣溫度和含水量對(duì)濃硫酸單耗的影響Table 1 Effect of chlorine temperature and water content on unit consumption of concentrated sulfuric acid

3.2 合理選擇液體分布器，有效避免干燥塔內(nèi)布液不均勻

氯氣干燥塔內(nèi)件包括液體分布裝置、床層壓緊裝置、填料支撐裝置、液體收集再分布裝置、進(jìn)料和采出裝置、氣體分布裝置等。氯氣干燥塔液體分布器、液體收集再分布器和氣體分布器的選擇十分關(guān)鍵。如果選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致填料的性能無(wú)法充分發(fā)揮，布液分布不均勻可使填料的性能下降50%～70%，從而增加了濃硫酸的消耗。

近年來(lái)，通過(guò)對(duì)規(guī)整填料的深入研究，改變內(nèi)部的氣液流動(dòng)方式，出現(xiàn)了很多效率高、壓降低、通量大的新型填料，這也使選擇合理的氣液分布器，充分發(fā)揮新型填料的使用效率，顯得十分重要。很多廠家采用重力型管式液體分布器，大大改善了填料干燥塔布液不均勻的問(wèn)題。

重力型管式液體分布器是依靠管內(nèi)液體提供的壓頭，通過(guò)分布管上的分布孔進(jìn)行液體分布，分布器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷、分布效果好，截面上分布點(diǎn)多達(dá)180個(gè)/m2，有效提高了液體分布效果。但是由于液體與管壁的摩擦和分布管中液體流動(dòng)速度的不同而影響分布孔出口壓力的變化，導(dǎo)致分布孔液體流動(dòng)不均，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮分布管的直徑與分布孔的孔徑選取。

3.3 確保水霧捕集器性能

水霧捕集器的工作原理：極其微小的霧粒由于氣體分子的撞擊會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。直徑為0.1 μm的霧滴的布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)比直徑為1 μm的霧滴快10倍，加大了撞擊概率。采用3種方式進(jìn)行捕集：①慣性碰撞；②直接攔截；③布朗擴(kuò)散。大于3 μm的霧滴碰撞到纖維面離開(kāi)了氣流，被纖維床捕集；0～0.3 μm的霧滴可用直接攔截的方式捕集；極其微小的霧粒由于氣體分子的撞擊會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而被捕集。

如果水霧捕集器使用效果不好會(huì)給后續(xù)干燥工序帶來(lái)影響，會(huì)直接導(dǎo)致過(guò)多的水分帶入干燥系統(tǒng)，增加了干燥系統(tǒng)的脫水負(fù)荷，濃硫酸消耗量隨之增加。

水霧捕集器可以保證氯氣進(jìn)入干燥塔前盡量除去多余的水分。開(kāi)元化工20萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目使用的除霧器原件(DN600×3 000)運(yùn)行初期平均壓差為0.3～0.5 kPa，中期達(dá)到0.6 kPa左右，最終穩(wěn)定在0.7 kPa左右。至今已經(jīng)使用9年有余仍保持正常運(yùn)行狀態(tài)。氯中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在0.03%～0.035%，硫酸單耗為13 kg/(t·NaOH)，使用效果非常明顯。曾在大修期間對(duì)該過(guò)濾器打開(kāi)檢查過(guò)，除霧器元件良好，濾芯無(wú)堵塞現(xiàn)象。

水霧捕集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 水霧捕集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Internal structure of mist trap

[1] 蔡海彥.氯氣干燥工序除霧器的選擇[J]. 氯堿工業(yè)，2007(3):16-18.

[2] 黃海.氯氣干燥工藝優(yōu)化[J]. 氯堿工業(yè),2007(12):24-26.