提升干燥自控能力 氯氣系統提質降耗

羅強

(宜賓海豐和銳有限公司，四川 宜賓 644002)

1 裝置背景

天原集團海豐和銳有限公司(以下簡稱“海豐和銳”)現有2套離子膜裝置,其中I線于2007年7月投產，有8臺高電流密度電解槽；II線于2012年2月投運，采用10臺藍星(北京)化工機械有限公司NBZ-2.7膜極距復極式電解槽。2套裝置都實現了長周期、安全、平穩、高效運行。

氯氣含水量過高，不但影響到后續工段的使用，而且會腐蝕氯壓機及管道，影響其使用壽命，給正常生產造成影響。氯氣在濃硫酸中的溶解度很小。使用濃硫酸作為干燥劑，干燥效果高、吸水性強，能可靠穩定保證在線氯中含水質量分數低于0.005%。

2 氯氣處理濃硫酸干燥自控提升

2.1 氯氣干燥濃硫酸濃度在線檢測

電解產生的氯氣要降溫減小飽和水蒸氣分壓，減少氯氣中的含水量。隨后氯氣進入填料干燥塔底部，由下至上經過填料層與塔頂噴淋下來的硫酸充分接觸，氯氣中的水分被硫酸充分吸收。硫酸質量分數降至75%～76%時，用泵送至稀硫酸儲槽。

在該工段實現硫酸濃度在線監控變化，否則硫酸質量分數下降至75%后，吸收水分的能力降低，不僅干燥效果差，而且腐蝕設備和管道。通過對現場工況進行深度分析推敲，在硫酸泵出口設計在線濃度檢測旁通管路回至填料塔。

改造前氯氣干燥工藝流程如圖1所示。

圖1 改造前氯氣干燥系統圖Fig.1 Process flow diagram of chlorine drying system before improvement

2.2 氯氣干燥濃硫酸濃度自控提升

本次改造采用InPro7250 PFA感應式電導率傳感器配套M400 IND智能數字濃度儀，內置實際濃度曲線H2SO4(32%～84%)，輸出模擬量接入DCS系統來實時監控硫酸濃度變化。

通過在線硫酸濃度檢測即可實現在線濃度—加酸流量自動串級控制。在硫酸循環泵出口處安裝自控調節閥，以液位作為主對象，控制泡罩—填料塔底液位，塔底循環液濃度在線檢測控制泡罩—填料塔濃硫酸加入量，實現濃度、濃硫酸加入流量串級控制。硫酸質量分數降至75.5%時，排酸調節閥將其送至稀硫酸儲槽，達到最優經濟高效運行的目的。

硫酸在線濃度安裝圖如圖2所示，檢測結果如圖3所示。

圖2 硫酸在線濃度安裝圖Fig.2 Installation diagram ofsulfuric acid concentration on-line analyzer

圖3 硫酸在線濃度曲線圖Fig.3 Curve of on-line detected sulfuric acid concentration

2.3 自控優化提升的實施情況

海豐和銳的氯氣干燥采用兩段填料塔+填料泡罩組合塔方式工藝，濃硫酸從儲槽下方出來后，經過濾器除去雜質，由隔膜泵打出，經板式換熱器降溫后進入填料泡罩組合塔頂部，填料泡罩組合塔中的硫酸通過溢流管溢流至二段填料塔。二段填料塔中的硫酸用泵打出，經過冷卻器后從塔頂噴淋下來，與至下而上的氯氣逆流接觸吸水。二段填料塔的硫酸通過溢流管溢流至一段填料塔,一段填料塔中的硫酸用泵打出后經冷卻器降溫，從塔頂噴淋下來，與從冷卻段出來的濕氯氣逆流接觸，吸收其中的水分。當硫酸質量分數下降至75%～76%時，通過自控閥打到廢酸儲槽存放并出售。

改造后氯氣干燥工藝流程如圖4所示。

圖4 改造后氯氣干燥流程圖Fig.4 Process flow diagram of chlorine drying system after improvement

氯氣干燥系統的濃度自動串級控制。這種控制方式同時兼顧濃硫酸加入量和排酸濃度控制，能有效快速控制新酸補充量，同時精準控制排酸濃度，實現排酸濃度穩定。

濃度串級控制方框圖如圖5所示。

圖5 濃度串級控制方框圖Fig.5 Block diagram of concentration cascade control

氯氣干燥系統第一填料干燥塔液位控制采用串級控制。液位波動時，這種控制方式能及時調整外排硫酸量，保證第一填料干燥塔液位穩定。

填料塔液位控制方框圖如圖6所示。

圖6 填料塔液位控制方框圖Fig.6 Block diagram of control of packed tower level

采用液位邏輯比例控制，當液位高于或低于工況設定偏差時，自動按照邏輯執行補充酸閥開關控制。硫酸儲槽配置方框圖如圖7所示。

圖7 硫酸儲槽配置方框圖Fig.7 Block diagram of sulfuric acidstorage tank configuration

2.4 工藝自控要點

保證氯氣的進口溫度、排酸濃度、填料塔液位等指標在工藝指標要求范圍內，以確保氯氣干燥處理自控可靠穩定[1]。①氯氣溫度經冷卻器控制指標12～13 ℃；②嚴格控制濃硫酸質量分數在75%～76%；③控制出塔氯氣溫度低于20 ℃。經過不斷改進自控技術和嚴格工藝控制，最終將硫酸酸耗控制在13.25 kg/t左右。

3 自控提升前后噸堿硫酸消耗情況

自控提升前，2019年8—12月的硫酸消耗統計依次為：15.30、14.96、15.01、15.11和14.89 kg/t，平均14.94 kg/t。

自控提升后，2020年1—5月的硫酸消耗統計依次為：13.51、13.03、13.11、13.23和13.30 kg/t，平均13.23 kg/t。

濃硫酸氯氣干燥自控邏輯效果圖如圖8所示。

圖8 濃硫酸氯氣干燥自控邏輯效果圖Fig.8 Logic effect diagram of automatic control of chlorine drying by concentrated sulfuric acid

4 結論

氯氣干燥系統通過裝置自控優化后，對運行工況數據指標進行了長時間運行數據分析。此次自控優化提升在設備管理、工藝管理、運行操作、裝置經濟性運行等多個方面得到了顯著提升，目前氯氣干燥裝置在保證氯中含水質量分數低于0.005%的前提下，噸堿濃硫酸消耗長期穩定控制在13.23 kg/t左右。直接經濟效益以燒堿產能42萬t/a、濃硫酸價格350元/t計，每年節約費用25.137萬元。