氯氣干燥工藝的改進與優化

王昌，劉剛，姜宇峰

（神馬氯堿化工有限責任公司，河南平頂山467000）

氯氣干燥工藝的改進與優化

王昌，劉剛，姜宇峰

（神馬氯堿化工有限責任公司，河南平頂山467000）

為解決原離子膜燒堿項目中氯氣處理工藝存在的問題，在新建的20萬t/a離子膜燒堿項目中采用2種塔型串聯的氯氣處理模式，并計算和繪制了塔的負荷性能圖。按照負荷性能圖對操作系統進行了優化。實踐證明，改進后的干燥系統操作穩定，不但使處理后的氯氣質量達到工藝指標，而且大大降低了濃硫酸的用量。既降低了生產成本，又減少了排放量。

氯氣；硫酸；填料塔；泡罩塔；干燥

氯氣處理主要任務是降低氯氣中水含量，減少夾帶的鹽霧等雜質，并加壓輸送到下一工序。它關系著系統的安全、可靠、經濟、穩定運行。提高氯氣質量對延長設備和工藝管線的壽命，保障安全生產尤為重要。因此，河南神馬氯堿化工公司在新建的20萬t/a離子膜燒堿項目建設中把氯氣處理工序作為項目建設的重點之一。

1 原工藝概況

該公司10萬t/a離子膜燒堿生產中，氯氣干燥工藝流程是在負壓條件下，高溫、高濕氯氣首先進入氯水洗滌塔降溫、除去夾帶鹽等雜質，接著，進入鈦管冷卻器和水霧捕集器，然后在進入組合式干燥塔的填料段與稀硫酸逆向接觸干燥后，進入組合式干燥塔的泡罩塔段被濃硫酸進一步干燥，最后，經過酸霧捕集器除去酸霧得到符合工藝指標的氯氣。該干燥生產工藝雖安全、穩定，但不適合更大量的氯氣處理，而且濃硫酸消耗量大。夏季噸氯消耗濃硫酸23 kg，冬季噸氯消耗濃硫酸21 kg。

經過分析發現，濃硫酸消耗大的主要原因是原有干燥工藝流程較短，若要達到氯氣干燥的工藝指標，就不得不加大濃硫酸量。理論上，98%硫酸從泡罩塔的頂層塔板加入，依次通過塔板自流至塔底后，質量分數達到88%～94%時，才排到填料塔。實際操作中，為了實現氯中含水≤0.02%；氯氣純度≥98%的工藝指標，不得不加大濃硫酸的流量。這樣就導致大量高濃度的硫酸過早地溢流入填料塔，使填料塔排出的廢酸濃度提高。

濃硫酸消耗量大的另外一個原因是所用濃硫酸雜質多。

因此，為了滿足20萬t/a離子膜燒堿生產中的氯氣處理要求、降低濃硫酸消耗，必須對現有的氯氣處理工藝進行改進。

2 工藝優化

氯氣的干燥實質是硫酸與濕氯氣接觸后，水從氯氣擴散到硫酸中的傳質過程。該過程是靠氯氣中的水蒸氣分壓P1與硫酸中組分水的平衡水蒸氣分壓P2之差ΔP推動的，即傳質推動力為ΔP=P1-P2[1]。傳質推動力越大，干燥效果就越好。由于硫酸吸收水分時放出大量熱，而硫酸濃度一定時，溫度高時水蒸氣分壓就高，則傳質推動力ΔP降低。因此，在干燥操作時應控制濃硫酸的溫度。特別是最后一塔的進酸溫度，因為被干燥后的氯氣中含水量取決于最后一塔內硫酸液面上的水蒸氣分壓[2]。

目前，常用的氯氣干燥設備有3種，即填料塔、強化泡沫塔和泡罩塔。

填料塔操作平穩，彈性較大，塔的阻力降小，但占地面積大，投資較多，大修時清理檢修難度較大[3]。強化泡沫干燥塔易操作，且彌補了填料塔投資大、占地大的不足，但該塔的阻力降大，動力消耗大[4]。因此，該公司與成達化工設計院合作，對原工藝進行了改進，采用填料塔與泡罩塔組合流程，設計建設了20萬t/a離子膜燒堿項目中氯氣處理工序，改進后的氯氣干燥工藝流程見圖1。該流程結構緊湊，占地面積較小，充分發揮了填料塔操作彈性大和泡罩塔處理量大、干燥效率高的優勢。

氯氣中被干燥后的水含量取決于最后一塔工藝指標的控制，因此，需要知道泡罩塔的負荷性能。

要降低濃硫酸消耗，首先要在保證氯氣質量合格、安全生產的前提下，盡可能地降低泡罩塔中濃硫酸的流量。因此，結合目前泡罩塔的規格參數，計算出它的水力學性能，并繪出塔板的負荷性能圖（見圖2）。圖中通過原點的線是操作線，其余5條曲線圍成的閉合區域為適宜的操作區域。

由圖2可以看出，同樣的氯氣量可以有多個硫酸流量與之匹配。如要降低硫酸的消耗，就要在操作區域內，盡量使硫酸流量接近下限。通常，為了安全穩定生產，保持流量稍大于下限流量。只要根據氯氣流量適時調節硫酸流量，就能節約大量硫酸。

在此基礎上，還應該提高濃硫酸的質量，降低雜質含量。這樣，也可以延長塔的大修周期。濃硫酸的質量控制標準見表1。

表1 濃硫酸的質量標準

3 結論

20萬t/a離子膜燒堿項目建成投產半年以來，經氯處理工序處理后的氯氣均達到各項工藝指標，氯中含水≤0.01%；氯氣純度≥98%。而且，濃硫酸消耗量大大降低，即使在夏季，每干燥1噸氯氣，濃硫酸消耗未超過20 kg。

改進工藝后，干燥系統穩定，干燥后的氯氣質量達到各項工藝指標，而且大大降低了濃硫酸的用量，降低了生產成本。

[1]譚天恩，等．化工原理.北京：化學工業出版社，1998：20-30.

[2]李風格.氯氣干燥工藝流程選擇.氯堿工業，2008，44（12）：17-18.

[3]沈志良．強化型氯氣泡沫干燥塔的設計與應用.中國氯堿，2002（6）：23-26.

[4]方度，蔣蘭蓀，等.氯堿工藝學.北京：化學工業出版社，1990.

[5]曾宇峰.氯氣及液氯精制技術.中國氯堿，2000（8）：17-19.

Innovation and optim ization of drying processof chlorinegas

WANGChang,LIUGang,JIANGYu-feng
(Shenma Chlor-alkaliChemicalCo.,Ltd.,Pingdingshan,467000,China)

The treatmentmodel of chlorine gas with the two towers in series was used in 200 kt/a ionic membrane caustic soda new project for the solution ofexisting problems in old ionicmembrane caustic soda project.The load capacity figure of the tower was computed and drawn,and the operation system was optimized.The quality of the chlorine after treatmentmet each technology requirements with new stale operation system,and the usage ofsulfuric acid was reduced largely.The production coastand dischargewere reduced.

chlorine gas;sulfuric acid;packing tower;pubble tower;dry

book=10,ebook=216

TQ124.4+16

B

1009－1785(2010)06－0010-02

2010-02-02