氯氣處理工序中氯氣含水量的控制

沈海軍

（中鹽常州化工股份有限公司氯堿分廠，江蘇 常州 213000）

離子膜法制堿技術以能耗低、出堿質量高、污染小等優點，越來越多地被氯堿企業所采用，氯氣處理是生產中的關鍵工序之一，氯氣質量直接影響氯氣用戶的使用和安全生產。氯氣處理后含水量不達標，會造成設備管道的腐蝕，給后續工段帶來不安全因素，尤其是會損害氯壓機、腐蝕葉輪等，因此，要嚴格控制氯氣干燥后的含水量，中鹽常州化工股份有限公司氯堿分廠控制氯氣含水量為50×10-9以下。

1 氯氣含水量的影響因素

1.1 濕氯氣溫度

來自電解槽的濕氯氣所夾帶的水蒸氣量與其溫度密切相關，溫度越低，濕氯氣中的水蒸氣含量也越低。

壓力為101.3kPa下飽和濕氯氣的含水量見表1。

表1 濕氯氣溫度和含水量的關系

由表1可以看出，濕氯氣中水蒸氣的含量隨溫度的降低而大幅下降，因此，可以通過降低電解槽來的濕氯氣的溫度除去其中大部分水分，再用濃硫酸吸收余下的水分。

1.2 干燥溫度和硫酸濃度

硫酸的含水量越小，溫度越低，則傳質推動力越大，干燥效果越好。硫酸吸收氯氣中水分的干燥過程，實際上就是通過控制其濃度差和壓力差來提高傳質推動力的過程。在硫酸干燥氯氣的過程中，存在著下列關系式：

濃硫酸吸收水的速率GA=K×F×（PH2O-P*H2O）式中，K為吸收系數；F為吸收面積；PH2O為濕氯氣中飽和水蒸氣分壓；P*H2O為硫酸液面上方飽和水蒸氣分壓。濕氯氣經冷卻后，當進入干燥塔的溫度一定時，氯氣中飽和水蒸氣分壓PH2O也是一定的。對于給定的干燥塔，在吸收面積不變的情況下，硫酸吸收水的速率主要取決于吸收推動力（PH2O-P*H2O），因此，降低P*H2O會提高硫酸吸收水的速率GA。

提高硫酸濃度和降低硫酸溫度都能降低硫酸液面上飽和水蒸氣分壓，是提高硫酸吸水速率的有效途徑。

2 氯氣含水量的控制要求

對于一定的氯氣處理工序，如果工藝流程設計合理、設備配置和狀況良好，配套的循環水和冷凍水等條件滿足工藝設計要求，控制氯氣含水量的關鍵在于正確的操作。

2.1 氯氣洗滌冷卻

氯氣循環洗滌技術是高級的氯氣降溫、除鹽、除水和除雜質技術，在國外被廣泛采用。該技術的核心設備是氯氣洗滌塔。由于是采用氯水作為循環介質來循環洗滌高溫氯氣，其對設備、管道的材質要求非常高，氯氣洗滌塔普遍采用鈦、增強玻璃鋼或鋼襯膠材料，氯氣冷卻器和循環泵采用鈦材。該廠選用玻璃鋼氯氣洗滌塔和管道，造價低，同樣取得了明顯的效果，濕氯氣的溫度降到35℃左右，氯氣中鹽分和水分大幅度降低。具體工藝流程為電解槽來的50～90℃的濕氯氣經過洗滌塔和循環氯水洗滌冷卻后，溫度降至30～45℃，并除去夾帶雜質，通過氯氣冷卻器冷卻，溫度降至15～20℃后，再通過氯水水霧除霧器，以除去氯氣中的水霧后進干燥塔。進干燥塔的氯氣溫度不可太高，否則，氯中含水量高，增大干燥系統的負荷，影響干燥效果，應嚴格控制鈦管冷卻器溫度，含水量保持在0.44%～0.54%。氯氣溫度也不能太低，如果低于9.6℃，就會形成氯水結晶，阻塞設備和管道。濕氯氣冷卻溫度偏高的處理方法，一是按工藝指標要求控制好氯水洗滌時的氯水溫度和流量，確保洗滌效果；二是按工藝指標要求控制好間冷冷卻器冷卻水流量和溫度，確保間冷后的氯氣溫度達標。

2.2 氯氣干燥

氯氣干燥工藝基本采用98%硫酸作為干燥介質，通過填料塔或泡罩塔循環噴淋吸收氯氣中的水分。該廠采用的干燥塔是氯氣“填料+泡罩”二合一干燥塔，由下部填料段和上部泡罩段組成，從氯氣水除霧器來的氯氣進入干燥塔下部，經過填料段稀硫酸和泡罩塔板段濃硫酸干燥后從塔頂出來，再進入氯氣酸霧除霧器除去夾帶的硫酸送至氯壓機，通過這套硫酸干燥工藝技術，硫酸耗通常能夠低至18～20 kg/t，氯氣中水質量分數能夠控制為0.004%左右。出干燥塔的稀硫酸的濃度最好控制為75%以上，在濃硫酸用量一定的情況下，濃硫酸濃度越高，吸水效果越好，氯氣中的含水越低。另外，在濃硫酸濃度一定的情況下，嚴格按照氯堿生產負荷調節好進干燥塔的濃硫酸的流量也非常重要。出干燥塔的硫酸濃度偏低的處理方法，一是調節好進塔酸濃度和流量；二是調節好硫酸循環量，使干燥塔在適宜的液氣比條件下操作。

2.3 氯氣干燥溫度

干燥塔出口的氯氣溫度一般控制為15～25℃，主要通過調節稀硫酸的溫度進行控制。硫酸的溫度是影響干燥效果的重要因素，硫酸溫度過高，則硫酸液面上的蒸汽分壓過高，壓力差減少，干燥效果不好。硫酸的溫度過低，在降到一定溫度時會結晶。正常情況下，稀硫酸溫度控制在20℃左右，濃硫酸溫度控制在10℃以上。出干燥塔氯氣溫度偏高的處理方法，一是降低進塔酸溫；二是調整干燥塔的液氣比，加大塔酸循環量到適宜狀態；三是降低進塔濕氯氣溫度。平時加強巡回檢查，嚴格監控中控指標尤為重要。該廠在2009年5月發生過因為干燥塔內置冷卻器發生破損，導致冷凍鹽水進入塔內，進而引起出塔氯氣溫度不正常升高的情況，因為發現及時，采取緊急停車，避免了事態的發展，后加緊進行塔內清理，幾天后，得以順利開車。總結經驗教訓，認識到加強班組員工的培訓，提高員工的工作責任心很關鍵，要及時發現問題并正確處理。