離子膜燒堿系統運行模式探索

王黎麗，王萬力，龍航航，李陽

(1. 中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司,河南開封 475003；2. 天津辰耀化學工程設計服務有限公司，天津 300000)

【氯氫處理】

離子膜燒堿系統運行模式探索

王黎麗*1，王萬力2，龍航航1，李陽1

(1. 中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司,河南開封 475003；2. 天津辰耀化學工程設計服務有限公司，天津 300000)

燒堿；離子膜法；運行模式；氯氣

離子膜法電解裝置減負荷生產后，系統運行模式發生改變。介紹改變后的工藝控制及連鎖模式。改造后，達到公司效益最大化的目的。

平煤神馬集團開封東大化工有限公司(以下簡稱“開封東大”)原有離子膜燒堿規模18萬t/a，分別為2007年投產的規模為10萬t/a的北化機高電流密度自然循環電解槽6臺(新電解A-F槽)，2004年投產的2萬t/a北化機自然循環電解槽2臺(老電解A、B槽)、2009年投產的2.5萬t/a北化機高電流密度自然循環電解槽2臺(老電解C、D槽)和2011年投產的3.6萬t/a北化機膜極距電解槽2臺(老電解E、F槽)，由于老電解A、B槽陰極為不銹鋼材質，電壓高，運行時間較長，墊片嚴重老化，經常泄漏，于2013年8月退出生產系統；E、F槽燒堿系統因為陰極管道材質問題造成大量鐵粉沉積在陰極網，使得電解槽電壓較高，2014年3月和8月分別對新電解F槽和老電解系統C、E、F槽進行了膜極距改造，改造完成后離子膜法燒堿規模達到17.5萬t/a。

受經濟大環境影響，開封東大生產系統一直不能滿負荷運行，特別是2016年6—8月，負荷運轉率低至60%左右。通過經濟核算，開封東大在8月6日大修完成開車后的第4天決定關停部分電解槽，停止新電解運行時間較長的C、D、E共3臺槽，保持老電解4臺槽和新電解3臺槽運行，生產能力仍可保持12.5萬t/a，可保證后續吃氯產品不受影響，商品液氯量減少。相應停止運行老氯氣處理工序、老氯氣液化和冷凍工序、次氯工序，這樣可以停掉3臺160 kW的氯氣泵以及相應的硫酸循環泵、冷凍機組和冷水機組、循環水泵、冷凍水泵、風機等運轉設備以降低動力電消耗。但老電解產生的氯氣是送往老氯氣處理，這樣就須增加1條去新氯氫處理工段的管線，且連鎖設施進行相應完善。

1 原有氯氣處理工藝

由于電解系統為不同時期投入運行，相對應的是新氯氫處理工序為配套新電解，老氯氣處理工序配套老電解，共計2套氯氫處理裝置，其中老氯氣處理裝置為8萬t/a生產能力，新氯氫處理設置1套10萬t/a氯氣處理裝置和2套10萬t/a氫氣處理裝置。

1.1原氯氣處理工藝

由離子膜老電解來的濕氯氣，進入一級鈦冷卻器E0704A/B用循環水冷卻至30～40 ℃后，進入二級鈦冷卻器E0705，用8 ℃冷凍水將氯氣冷卻至12～15 ℃。出來后的氯氣進入水霧捕集器V0706除去夾帶的水霧后，進入一級干燥塔T0707、二級干燥塔T0708，用不同質量分數的硫酸直接噴淋吸收氯氣中少量的水分，干燥后的氯氣進入氯氣泵(P0717～P0723)，加壓后的氯氣進入硫酸分離器(V0717～V0723)進行氣液分離，分離后的氯氣再經酸霧捕集器V0724除去夾帶的硫酸后至氯氣分配臺，由此送至液氯、氯乙酸、ADC發泡劑、鹽酸等崗位。

一級干燥塔T0707、二級干燥塔T0708的硫酸分別進入硫酸中間槽(V0709，V0711，V0713)，在此由泵(P0709A/B，P0711A/B，P0713)分別將硫酸送入硫酸冷卻器(E0710，E0712)，用水(循環水或一次水)冷卻后進入一級干燥塔T0707、二級干燥塔T0708上部。當一級干燥塔T0707的硫酸質量分數達到78%～83%時，經硫酸外管送去廢硫酸儲槽。同時將二級干燥塔T0708的硫酸置換到一級干燥塔T0707使用，二級干燥塔T0708用來自氯氣泵的濃硫酸干燥氯氣。把氯氣泵循環硫酸壓至硫酸中間槽V0713，供二級干燥塔T0708使用，同時從硫酸高位槽V0715補充98%的濃硫酸進入氯氣泵(P0717～P0723)。

原氯氣處理工藝流程如圖1所示。

1—陽極液卸料槽；2—正壓水封；3—負壓水封；4—氯水洗滌塔；5—氯水泵；6—氯水換熱器；7—事故廢氯氣吸收塔；8—堿液循環泵；9—事故堿換熱器；10—風機；11—氯水導淋儲罐；12—負壓水封；13—鈦冷卻器；14—水霧捕集器；15—干燥塔；16—稀硫酸罐；17—稀硫酸循環泵；18—干燥塔；19—濃硫酸罐；20—濃硫酸循環泵；21—納氏泵；22—酸霧捕集器圖1 原氯氣處理工藝流程圖Fig.1 Original process flow diagram of chlorine treatment

1.2新氯氣處理工藝

由離子膜新電解來的高溫濕氯氣，首先進入氯水洗滌塔T0401底部。氯水循環泵P0401將氯水經氯水冷卻器E0402用循環水冷卻后，由塔上部送入氯水洗滌塔內，直接將氯氣洗滌冷卻后，進入鈦管冷卻器E0401，用冷凍水間接冷卻至滿足工藝要求。氯氣從鈦管冷卻器出來后進入水霧捕集器X0401分離冷凝水，分離的冷凝水同鈦管冷卻器冷凝下來的氯水一起進入氯水洗滌塔循環使用，氯氣進入干燥塔。洗滌塔中的氯水因不斷冷凝濕氯氣中的含鹽水蒸氣而增多[2]，為了保持液位由氯水泵P0401排出一部分氯水去電解崗位，液位由自動閥LV0401控制。氯氣從干燥塔T0402下部進入，先進入填料段，在填料段，氯氣用稀硫酸干燥。稀硫酸由稀硫酸循環泵P0402輸送經稀硫酸冷卻器E0404冷卻降溫后由干燥塔填料段上部進入循環干燥氯氣。硫酸質量分數的控制要符合生產要求。經填料段干燥后的氯氣繼續上升，逐層通過六層泡罩式塔板被濃硫酸干燥。質量分數98%的濃硫酸由計量泵P0406供給，經濃硫酸冷卻器E0403用7 ℃水降溫后進入第一層塔板，經降液管逐步溢流至第二層、第三層、第四層、第五層、第六層塔板后進入填料段。濃硫酸由于吸收氯氣中的水分而稀釋，體積逐漸增大，干燥塔底層酸液面增高達到一定高度時，去稀硫酸罐內的自動閥LV0402自動打開，將稀硫酸自動排入稀硫酸罐V0403。干燥后的氯氣經酸霧捕集器X0402進入透平機，加壓后送入氯氣分配臺V0407，分別將氯氣輸送至液氯、氯乙酸、ADC發泡劑、鹽酸等崗位。

新氯氣處理工藝流程如圖2所示。

1—陽極液卸料槽；2—正壓水封；3—負壓水封；4—氯水洗滌塔；5—氯水泵；6—氯水換熱器；7—鈦冷卻器；8—水霧捕集器；9—廢硫酸儲罐；10—稀硫酸循環泵；11—氯氣干燥塔；12—濃硫酸計量泵；13—濃硫酸儲罐；14—酸霧捕集器；15—氯氣透平機；16—事故廢氯氣吸收塔；17—堿液循環泵；18—事故堿換熱器；19—風機圖2 新氯氣處理工藝流程圖Fig.2 New process flow diagram of chlorine treatment

2 改造后氯氣處理工藝

將老電解去老氯氣處理的氯氣管線加裝盲板，增加1條DN500PVC+FRP管線，與新電解去新氯氣處理的氯氣管線連通，老電解生產的氯氣輸送至新氯氣處理工序。

新老電解為2套生產系統，有各自獨立的DCS操作系統，連鎖裝置也各自獨立。改造前的連鎖設置為新電解系統電解裝置全部停車氯氣透平機和氫氣壓縮機連鎖停機，氯氣透平機或氫氣壓縮機停機電解裝置連鎖停車，相應事故氯系統投入運行；老電解系統電解裝置全部停車氯氣泵和氫氣壓縮機連鎖停機，氯氣泵停機電解裝置連鎖停車，但是氫氣壓縮機停機，電解裝置不連鎖停車，氫氣通過水封排放出去。

改造完成后，將老電解氯氣并入新氯氫工段處理，關鍵的問題是解決連鎖問題。為確保安全，經過討論，制定出具體方案，連鎖停車以新系統為先導。將新氯氫處理3臺氯氣透平機的運行信號用通信電纜接至老氯氣處理原有1#、2#、3#氯氣泵，將原有老的1#、2#、3#氯氣泵運行信號開關解除，新電解、新氯氫的原有連鎖方式不變，老電解與新氯氫處理的氯氣透平機相連鎖，即氯氣透平機停機新老電解整流連鎖停車，新老系統氫氣壓縮機連鎖停機，但老電解系統全部停車時，老系統氫氣壓縮機連鎖停機，氯氣透平機不停，新電解系統不連鎖停車；老電解的連鎖畫面，只掛氯氣泵與電解的連鎖，電解槽與氯氣泵的連鎖不掛。老電解的事故氯裝置停止使用，相應與老電解的整流信號連鎖解除，事故氯氣由新氯氫事故氯裝置進行處理。

改造后氯氣處理工藝流程如圖3所示。

1—陽極液卸料槽；2—正壓水封；3—負壓水封；4—氯水洗滌塔；5—氯水泵；6—氯水換熱器；7—陽極液卸料槽；8—正壓水封；9—負壓水封；10—氯水洗滌塔；11—氯水循環泵；12—氯水換熱器；13—鈦冷卻器；14—水霧捕集器；15—廢硫酸儲罐；16—稀硫酸循環泵；17—氯氣干燥塔；18—濃硫酸計量泵；19—濃硫酸儲罐；20—酸霧捕集器；21—氯氣透平機；22—事故氯氣吸收塔；23—堿液循環泵；24—事故堿換熱器；25—風機圖3 改造后氯氣處理工藝流程圖Fig.3 Improved process flow diagram of chlorine treatment

3 結語

生產運行模式改變后，經過7個月的實際生產操作，系統運行較為平穩，人員得到合理安排，經濟效益顯著。在當前的經濟形勢下，企業挖潛增效，精細化管理很重要，在實際生產中不斷探索新的工藝運行模式，合理調配產能，對促進企業發展意義重大。

[1] 馬驥，楊茂勤，張柱，等.2套氯氫處理裝置合并運行的生產實踐[J].氯堿工業，2016，52(8)：18-22.

[2] 韋其興.氯堿生產中廢氯氣的處理方法[J].中國氯堿，2009(8)：36-37.

[編輯：蔡春艷]

Explorationofrunningmodeofion-exchangemembranecausticsodasystem

WANGLili1，WANGWanli2，LONGHanghang1，LIYang1

( 1.China Pingmei Shenma Group Kaifeng Dongda Chemical Co.,Ltd,Kaifeng 475003,China;2. Tianjin Chenyao Chemical Engineering Design and Service Co.,Ltd.,Tianjin 300000,China )

caustic soda; ion-exchange membrane；running mode； chlorine gas

After the production load of ion-exchange membrane electrolysis devices was reduced,the operation mode of the production system changed. The changed process control and interlock pattern was introduced. The objective of maximizing the benefits of the company was achieved.

TQ028.2

B

1008-133X(2017)07-0013-04

*

王黎麗(1972—)，女，工程師，畢業于河南大學化學工程與工藝專業，現任中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司離子膜分廠主任工程師。

2017-02-02