液氯汽化技術(shù)在氯堿生產(chǎn)氯平衡中的應(yīng)用

高偉，張曉峰，王記孝

(陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100)

1 裝置產(chǎn)能介紹

陜西金泰氯堿化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“金泰氯堿”)現(xiàn)有2套生產(chǎn)裝置，一期裝置于2005年建成投產(chǎn)，二期裝置于2013年建成投產(chǎn)。形成了PVC裝置產(chǎn)能32萬(wàn)t/a，燒堿裝置產(chǎn)能23萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)液氯裝置產(chǎn)能4萬(wàn)t/a。西北地區(qū)液氯下游需求萎靡，價(jià)格低，運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)大，加之交通管制，液氯零庫(kù)存是氯堿行業(yè)的趨勢(shì)。技術(shù)改造增加了尾氣回收系統(tǒng)和水制氫項(xiàng)目，只能保證在正常運(yùn)行時(shí)液氯零產(chǎn)量，開停車過(guò)程中仍會(huì)產(chǎn)生液氯，直至液氯汽化項(xiàng)目投運(yùn)后實(shí)現(xiàn)了液氯零庫(kù)存、零銷售。

2 氯堿生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

金泰氯堿采用電解食鹽水的方法制備燒堿，副產(chǎn)氯氣和氫氣。副產(chǎn)的氫氣和氯氣進(jìn)入合成爐，經(jīng)過(guò)燃燒合成為氯化氫。氯氣和氫氣產(chǎn)出摩爾比為1∶1，為防止氯化氫過(guò)氯對(duì)氯乙烯轉(zhuǎn)化正常生產(chǎn)造成安全影響，氯堿企業(yè)在氯氣和氫氣合成氯化氫氣體時(shí)，氯氣和氫氣的體積比為1∶(1.05～1.1)。氫氣微過(guò)量生產(chǎn)，氯化氫純度控制在93%～96%。因部分氯氣無(wú)法進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將氯氣液化成液氯進(jìn)行儲(chǔ)存和銷售。

3 液氯汽化技術(shù)應(yīng)用背景

2016年6月，金泰氯堿將氯乙烯尾氣中的氫氣回收400 m3/h并入燒堿氫氣系統(tǒng)，再次送入合成爐生產(chǎn)氯化氫，同時(shí)降低了液氯產(chǎn)量。2017年9月金泰氯堿2×400 m3/h電解水制氫裝置順利投運(yùn)，投運(yùn)后液氯產(chǎn)量進(jìn)一步下降。實(shí)施完成了電解水制氫項(xiàng)目后，實(shí)現(xiàn)了液氯零產(chǎn)量。當(dāng)PVC裝置出現(xiàn)異常停車或大量降低氯化氫供氣時(shí)，氯化氫做酸量達(dá)到最大。此時(shí)，為了提高燒堿產(chǎn)量，電解槽保持高負(fù)荷，只有將多余部分氫氣排空，加大氯氣液化，增大液氯產(chǎn)量才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)物料平衡。PVC裝置出現(xiàn)異常時(shí)生產(chǎn)的液氯只有通過(guò)外運(yùn)銷售。當(dāng)燒堿裝置、水制氫裝置、PVC裝置、尾氣回收裝置均滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，氫氣剩余約400 m3/h。

為徹底消除液氯儲(chǔ)存、銷售過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，防止風(fēng)險(xiǎn)外溢，降低公司重大危險(xiǎn)源等級(jí)，有效提升安全生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)水平，在系統(tǒng)滿負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，須將液氯儲(chǔ)槽內(nèi)存儲(chǔ)的異常狀態(tài)下生產(chǎn)的液氯經(jīng)過(guò)汽化裝置釋放出來(lái)送入合成爐，合成氯化氫。經(jīng)過(guò)多次調(diào)研、論證，金泰氯堿液氯零庫(kù)存項(xiàng)目——液氯汽化裝置于2020年3月，正式建成并投運(yùn)。

4 液氯汽化工藝概況

液氯汽化裝置設(shè)計(jì)能力為200 m3/h，利用熱水在汽化器中與液氯進(jìn)行間接逆流換熱，從而使液氯由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的氯氣的過(guò)程。將液氯儲(chǔ)槽中的液態(tài)氯，通過(guò)液氯泵送至液氯汽化裝置，與加熱后的熱水進(jìn)行熱量交換，從而使液氯轉(zhuǎn)化為氯氣，汽化后的氯氣送至氯化氫合成工序。

5 液氯汽化工藝流程及安全措施

液氯儲(chǔ)槽中的液氯通過(guò)液氯液下泵輸送至汽化器，汽化器入口處設(shè)置調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥與氯氣緩沖罐壓力聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。汽化器入口管道設(shè)置有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，與汽化器出口溫度聯(lián)鎖，防止液氯進(jìn)入緩沖罐。液氯在汽化器管程內(nèi)與殼程熱水進(jìn)行熱量交換轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氯氣進(jìn)入氯氣緩沖罐，然后根據(jù)生產(chǎn)需要并入一、二線廢氯分配臺(tái)送至氯化氫鹽酸合成工序。經(jīng)換熱后的低溫?zé)崴祷責(zé)崴訜崞髦?，在加熱器中與蒸汽進(jìn)行熱量交換，使其溫度達(dá)到71～85 ℃后，經(jīng)熱水循環(huán)泵打入汽化器中再次與液氯進(jìn)行熱量交換。汽化器殼程循環(huán)熱水為閉路循環(huán)，通過(guò)熱水循環(huán)泵循環(huán)使用。蒸汽通入熱水加熱器，蒸汽入口自控閥與熱水加熱器溫度聯(lián)鎖，通過(guò)控制蒸汽閥門開度控制熱水溫度。流程示意圖見圖1。

圖1 液氯汽化工藝流程示意圖Fig.1 Process flow of liquid chlorine gasification

6 汽化裝置實(shí)現(xiàn)液氯零庫(kù)存和零銷售

為消除系統(tǒng)升降負(fù)荷、開停車產(chǎn)生的液氯，汽化裝置投運(yùn)后，對(duì)運(yùn)行情況，進(jìn)行了生產(chǎn)安全、液氯實(shí)際產(chǎn)量鑒定，情況如下。

汽化系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，累計(jì)運(yùn)行35天，累計(jì)汽化液氯320 t，裝置平均汽化量500 kg/h，最大時(shí)為700 kg/h，壓力為120 kPa，能滿足合成爐用氯的要求。

6.1 汽化裝置的安全性

經(jīng)過(guò)三個(gè)月的間斷運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)中三氯化氮取樣抽檢，汽化緩沖罐內(nèi)三氯化氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.005%，液氯汽化系統(tǒng)內(nèi)三氯化氮富集量較少，汽化裝置是在安全指標(biāo)范圍內(nèi)運(yùn)行，系統(tǒng)是安全可靠的。

6.2 液氯產(chǎn)量情況

2020年3月，金泰氯堿液氯汽化裝置投運(yùn)，汽化的氯氣并入燒堿氯氣系統(tǒng)。2019年第二季度和2020年第二季度液氯產(chǎn)量對(duì)比如表1所示。

表1 液氯汽化投運(yùn)前后液氯產(chǎn)量對(duì)比表Table 1 Liquid chlorine output before and after liquid chlorine gasification item is put into operation

通過(guò)表1可以看出：液氯汽化投運(yùn)后，液氯產(chǎn)量同比降低了100%，2019年第2季度共生產(chǎn)液氯449.54 t，2020年第2季度液氯產(chǎn)量為零。至此，制約金泰氯堿在氯堿生產(chǎn)中的內(nèi)部氯平衡問(wèn)題得以攻克，實(shí)現(xiàn)了液氯零產(chǎn)量、零庫(kù)存。液氯銷售運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)徹底消除，液氯儲(chǔ)槽儲(chǔ)存量由原來(lái)的225 t下降至現(xiàn)在的25 t，與此同時(shí)液氯儲(chǔ)槽重大危險(xiǎn)源等級(jí)由一級(jí)下降為二級(jí)。

7 結(jié)語(yǔ)

金泰氯堿始終秉承切實(shí)將安全和環(huán)保作為一切工作的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)的安全管理理念，不斷從技術(shù)改造、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、氯氣泄漏預(yù)防、應(yīng)急處理等方面完善安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)了液氯零庫(kù)存、零銷售，保障液氯儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程的安全可靠性，杜絕氯氣泄漏和中毒事件，改善企業(yè)周邊的生存環(huán)境，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展壯大，使企業(yè)發(fā)展與安全環(huán)保相協(xié)調(diào)。