氯氣干燥系統(tǒng)氯中水含量控制

唐繼平

(石河子天域新實化工有限公司，新疆 石河子 832000)

目前,新疆天業(yè)集團具有140萬t/a聚氯乙烯樹脂，100萬t/a離子膜法燒堿生產(chǎn)規(guī)模。旗下子公司天域新實化工有限公司(以下簡稱“天域新實化工”)始建于2004年，設計總規(guī)模為24萬t/a聚氯乙烯樹脂,配套18萬t/a離子膜燒堿，生產(chǎn)的食品衛(wèi)生級聚氯乙烯樹脂主要包括SG3、SG5和SG7 3種，廣泛應用于PVC管材、型材、門窗、裝飾板、電線、電纜等領(lǐng)域；離子膜液堿、片堿產(chǎn)品廣泛應用在石油化工、電力、建材、醫(yī)藥、食品等行業(yè)領(lǐng)域。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和天域新實化工對控制成本的要求，氯氣干燥在生產(chǎn)中顯得尤為重要。氯中水含量過高不但影響后續(xù)工段的使用，而且會對氯氣壓縮機及管道造成腐蝕，影響其使用壽命，對正常生產(chǎn)造成影響。氯含水低則酸耗高，達不到節(jié)能降耗要求。所以天域新實化工采取了一系列措施降低氯中水含量，達到了節(jié)能降本的目的。

1 氯氣處理工藝流程

本崗位采用“泡罩-填料三合一”工藝。濕氯氣須經(jīng)干燥除水后再進入透平機，常見的填料塔流程有三塔串聯(lián)和四塔串聯(lián)。四塔串聯(lián)可使氯中水含量更低一些,但是投資比較大、占地面積較大、耗酸量也大。所以天域新實化工采用三塔串聯(lián)方式，洗滌冷卻后的濕氯氣進入一段填料塔，經(jīng)稀硫酸脫水后進入二段填料塔，脫水后進入三段填料塔，經(jīng)濃硫酸脫水干燥處理。進三段硫酸濃度逐段提高，多余的硫酸溢流進入前一段塔,一段塔多余的酸進入廢酸儲罐。濃硫酸來自于濃硫酸罐，用計量泵通過計量打入三段填料塔，工藝流程圖如圖1所示。干燥塔采用玻璃鋼加強PVC材質(zhì)，具有優(yōu)異的整體防腐性能,價格合理，但濃度、垂直度要求較高。選用玻璃鋼加強PVC材料，要求溫度低于70 ℃。

天域新實化工三塔串聯(lián)工藝流程如圖1所示。

圖1 三塔串聯(lián)工藝流程圖

通過對天域新實化工氯氣干燥系統(tǒng)中前幾年氯含水超標情況的統(tǒng)計分析，其水含量略超過公司規(guī)定，大部分超標時間都是在新疆炎熱的夏季時間段。

近年來，部門及班組經(jīng)過不斷的技術(shù)改進和嚴格的工藝控制，最終將氯中水含量控制在0.02%以內(nèi)。

2019年5—6月的平均氯含水質(zhì)量分數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)依次為：0.022%、0.024%、0.025%、0.025%、0.022%。

2 影響氯中水含量的因素

當前各氯堿廠都對氯氣干燥非常重視，干燥過的氯氣進入壓縮機，經(jīng)壓縮后運往用氯單位,但透平機對氯氣含水量也有一定的要求,氯氣中水含量過高嚴重影響透平機的正常使用，腐蝕葉輪。氯氣中水含量低則增加硫酸單耗。

2.1 進一段干燥塔氯氣溫度

氯氣冷卻后溫度太高或太低都對氯氣后續(xù)處理帶來負面影響。進一段干燥塔氯氣溫度越高，水含量越大，水蒸氣分壓越大。濃硫酸酸耗量越大,濃硫酸因吸水放熱,一段干燥塔多采用玻璃鋼加強PVC材質(zhì),若放出的熱不能及時轉(zhuǎn)移,在溫度達到70 ℃時,塔身承受高溫而變形，使干燥無法正常運行。其次,要轉(zhuǎn)移濃硫酸放出的熱，須使用冷凍鹽水。若進干燥塔氯氣溫度過高，則會加劇冷凍負荷。再者進干燥塔氯氣溫度過高含水量大。若未經(jīng)吸水而進入透平機，因含水量過大而使葉輪腐蝕。所以要控制進干燥塔氯氣溫度即控制鈦冷卻器出口溫度。

2.2 硫酸溫度過高，脫水性差

硫酸吸水最佳溫度為12～18 ℃，進塔硫酸溫度越高,硫酸液面上的水蒸氣分壓越大,不僅硫酸消耗越大而且脫水性差,不能充分吸收氯氣中夾帶的水蒸氣。

因此必須控制好酸溫度，使其能最大程度吸收氯氣中水蒸氣，降低氯中水含量。

夏季的氯中水含量要高于冬季，一個重要原因是進泡罩塔的硫酸溫度過高，雖然在進泡罩塔時加了換熱器,但由于管線過長,在實際生產(chǎn)中進泡罩塔的溫度一直都在20 ℃，因此須進一步控制硫酸溫度。

2.3 稀酸濃度太低

出干燥塔的酸濃度反映了干燥酸總體濃度,稀酸濃度太低,硫酸吸水效果不佳,使氯氣中夾帶的水蒸氣不能充分吸收而進入透平機,腐蝕透平機葉輪。所以控制稀酸質(zhì)量分數(shù)在70%以上，使其能最大程度吸收氯氣中水蒸氣[1]。

2.4 填料塔偏流

若填料塔傾斜或填料塔堵塞，會造成循環(huán)酸偏流不能與進入填料塔的氯氣充分接觸，導致部分水蒸氣被帶出至透平機，腐蝕葉輪。生產(chǎn)中密切觀察填料塔酸視鏡有無偏流現(xiàn)象，若有則需要停車檢修。

2.5 泡罩塔傾斜或塔板斷裂

泡罩塔傾斜會使酸不能充分與氯氣接觸，塔板斷裂則塔板上的液體無法留在塔板上，全部由斷裂處泄漏下來，干燥效果極差，可通過酸霧捕集器觀察下酸量大小判斷[2]。

3 降低氯中水含量采取的措施

經(jīng)過分析,酸溫是影響氯中水含量指標的重要因素之一，在其他因素無法改變的前提下，只有降低酸溫才能降低氯含水，為此天域新實化工通過以下方法解決酸溫問題,從而降低了氯含水。

3.1 濃硫酸罐增加降溫管線

氯含水超標多發(fā)生在夏季[3]。新疆夏季氣溫干燥炎熱，硫酸罐外壁氣溫達到40 ℃以上，因此在硫酸罐外壁纏繞一圈碳鋼管線，在管線里面通入7 ℃的水，這樣保證了外界傳給硫酸的溫度是較低的，進而保證了硫酸的溫度，這樣進泡罩塔的溫度最終控制在13 ℃左右。

3.2 增加酸板式換熱器的換熱面積

為降低氯氣溫度、循環(huán)酸溫度，經(jīng)計算增加了循環(huán)酸板式換熱器的換熱面積。增加面積的計算過程如下。

若干燥塔中無氯氣,則循環(huán)酸溫度等于冷凍水溫度[4]。按7 ℃計算，循環(huán)酸溫度的上升是由于氯氣中水分溶解到硫酸中放熱產(chǎn)生的。

產(chǎn)生的熱量為：

Q1硫酸=C硫酸M硫酸ΔT1，

式中，C硫酸為硫酸的比熱容；M硫酸為單位時間內(nèi)硫酸的流量；ΔT1為循環(huán)酸的溫度上升量，15 ℃。

循環(huán)酸溫度如表1所示。

表1 循環(huán)酸溫度

循環(huán)酸平均溫度為22 ℃，則ΔT2=7 ℃。

C硫酸·M硫酸·ΔT1·S現(xiàn)·A=

C硫酸·M硫酸·ΔT2·S需·A，

因為S需=2.14S現(xiàn)，即將酸板式換熱器面積增加至原來的2.14倍。

即將一段、二段酸板式換熱器面積增加22.8 m2，共4臺；新酸板式換熱器換熱面積增加1.14 m2，共2臺板式換熱器(現(xiàn)有一段、二段板換換熱面積為20 m2，新酸板換換熱面積1 m2)。針對新疆夏季炎熱干燥的氣溫，酸板換設計偏小，經(jīng)過計算分析，對板式換熱器進行了增大面積的處理，解決了酸溫高的問題。

通過增大酸板式換熱器和降低硫酸罐內(nèi)硫酸溫度，徹底避免了夏季酸溫過高對氯中水含量的影響，從而將氯中水含量控制在指標范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

當前5—9月氯含水質(zhì)量分數(shù)依次為：0.016%、0.018%、0.018%、0.018%和0.016%。

從天域新實化工實際操作來看，近年來氯中水含量超標都是在夏季偏高0.006%左右，經(jīng)過一系列措施最終將氯含水控制在0.02%以下。氯中水含量高低是生產(chǎn)中相當重要的一環(huán)，在生產(chǎn)中應當注意觀察，多分析查找原因，保證氯中水含量控制在指標內(nèi)，為后續(xù)透平機的安全運行奠定基礎，為化工生產(chǎn)的安全保駕護航。