液氯氣化節(jié)能技術(shù)改造

陳秀原

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西 鹿寨545600）

廣西柳化氯堿有限公司（以下簡稱“柳化氯堿”）的氯堿項(xiàng)目設(shè)計(jì)為20萬t/a燒堿和20萬t/a PVC，一期工程10萬t/a燒堿和10萬t/a PVC于2010年初建成并順利投產(chǎn)，PVC項(xiàng)目因電石價(jià)格過高而PVC價(jià)格偏低，虧損嚴(yán)重，于2013年徹底停產(chǎn)。燒堿項(xiàng)目經(jīng)兩次擴(kuò)大產(chǎn)能，于2019年初形成20萬t/a燒堿生產(chǎn)規(guī)模。液氯產(chǎn)能從設(shè)計(jì)初期的4萬t/a上升至12.55萬t/a。氯氣液化崗位每小時生產(chǎn)10～12 m3，日產(chǎn)近400 t液氯。堿氯平衡矛盾一直以來都是氯堿行業(yè)中影響產(chǎn)量的主要因素，特別是在PVC項(xiàng)目停產(chǎn)后，這一矛盾就更為突出。在經(jīng)歷燒堿價(jià)格因貨源緊俏而快速上行，液氯市場則因國內(nèi)下游需求不振而持續(xù)低迷的過程，外加國家對危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸?shù)膰?yán)格管控，使企業(yè)意識到必須建立化工園區(qū)，氯氣盡量在園區(qū)內(nèi)消化。

為解決氯堿公司氯堿平衡問題，柳化鹿寨基地積極引進(jìn)了多家下游耗氯產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，目前有柳州市隆達(dá)豐化工科技有限公司（以氯堿公司氯為原料生產(chǎn)10萬t/a氯化石蠟）、廣西盛亞化工有限公司（以氯堿公司氯為原料生產(chǎn)3萬t/a無水三氯化鋁）、柳州市天盛化工科技有限公司（以氯堿公司氯為原料生產(chǎn)3萬t/a漂白粉）和柳州市柳化泰潤新材料有限公司（以氯堿公司氯為原料生產(chǎn)0.5萬t/a CPP）4家企業(yè)，目前這些企業(yè)（除柳化泰潤新材料有限公司外）生產(chǎn)運(yùn)行正常。其中柳州市隆達(dá)豐化工科技有限公司、廣西盛亞化工有限公司和柳州市柳化泰潤新材料有限公司所用氯氣需先液化再氣化才能使用。

1 氯氣及液氯生產(chǎn)工藝

目前公司液氯生產(chǎn)采用低溫低壓液化法。離子膜電解槽電解出的高溫氯氣，首先進(jìn)入洗滌塔底部，氯水泵將氯水送經(jīng)氯水冷卻器，用循環(huán)冷卻水間接冷卻后，由塔上部送入氯水洗滌塔，直接將氯氣洗滌冷卻。冷卻后氯氣進(jìn)入鈦管冷卻器，用5℃冷凍水間接冷卻至12～15℃，鈦管冷卻器中5℃冷凍水的通量由自動閥控制，確保氯氣溫度，從鈦管冷卻器出來的氯氣經(jīng)水霧捕集器分離冷凝水及不潔物后去氯氣干燥塔進(jìn)行干燥。

水霧捕集器分離的冷凝水同鈦管冷卻器冷凝下來的氯水一起進(jìn)入氯水洗滌塔循環(huán)使用。洗滌塔中的氯水因不斷冷凝濕氯氣中的水蒸氣而增多，為了保持液位而由氯水泵排除一部分氯水去離子膜電解脫氯系統(tǒng)，洗滌塔底部液面高度由自動閥控制。

經(jīng)捕集器除水霧后，氯氣進(jìn)入氯氣干燥塔下部填料段。稀硫酸用稀硫酸循環(huán)泵輸送，經(jīng)稀硫酸冷卻器用5℃冷凍水間接冷卻，降溫后自填料段上部進(jìn)入，循環(huán)干燥氯氣。填料段硫酸濃度控制在78%～90%，填料段干燥后的氯氣繼續(xù)上升，逐層通過泡罩段被98%的濃硫酸干燥，98%的濃硫酸由濃硫酸高位槽供給進(jìn)入第一層塔板，經(jīng)降液管逐步溢流至其他層塔板和填料段，各層塔板內(nèi)產(chǎn)生的熱量由冷卻盤管通過5℃冷凍水帶走。

干燥塔中的硫酸由于不斷吸收氯氣中的水分而被稀釋,為了保持干燥塔底液位，由稀硫酸循環(huán)泵排除一部分稀硫酸去成品罐區(qū)待處理，干燥塔底部酸液面高度由自動閥控制。

干燥后氯氣經(jīng)酸霧捕集器將酸霧和不潔物去除后，經(jīng)氯氣壓縮機(jī)一級葉輪壓縮后進(jìn)入中間冷卻器用循環(huán)冷卻水間接冷卻，再進(jìn)入壓縮機(jī)二級葉輪壓縮后，進(jìn)入后冷卻器用循環(huán)冷卻水間接冷卻后通過氯氣分配臺分別送往氯化氫合成工段和冷凍分廠液化工段。

由氯壓機(jī)送來的氯氣，進(jìn)入氯氣液化器內(nèi)與氟利昂熱交換進(jìn)行液化。經(jīng)氯氣液化器冷凝的液氯和含有不凝性氣體的廢氯氣同時進(jìn)入氣液分離器。已冷凝的液氯流入貯槽，含有不凝性氣體的尾氯送往氯化氫、氯氫處理崗位進(jìn)行處理。氣液分離器底部液氯定期進(jìn)行排污，排入排污罐處理。液氯貯槽內(nèi)的液氯通過屏蔽泵送往下游單位。

2 液氯氣化的必要性

化工園區(qū)最先引進(jìn)的耗氯企業(yè)是生產(chǎn)3萬t/a漂白粉的柳州市天盛化工科技有限公司，該公司使用的氯氣從柳化氯堿公司送往液化工段的原氯管上接管，直接使用氯壓機(jī)送出來的氯氣就能產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。第二個引進(jìn)的耗氯企業(yè)是生產(chǎn)10萬t/a氯化石蠟的柳州市隆達(dá)豐化工科技有限公司，該公司最初試產(chǎn)時使用的氯氣也是從柳化氯堿公司送往液化工段的原氯管上接管，直接使用氯壓機(jī)送出來的氯氣，但試產(chǎn)一個月后，產(chǎn)品質(zhì)量一直達(dá)不到要求，產(chǎn)品顏色發(fā)紅致品相不佳。而柳化氯堿生產(chǎn)的液氯送往其他氯化石蠟廠生產(chǎn)的產(chǎn)品都是優(yōu)等品。經(jīng)過分析確認(rèn)氯壓機(jī)送來的原氯氣中含有氯化鈉、硫酸鈉、有機(jī)物、氯化鐵、水、硫酸酸霧、氧氣和三氯化氮等雜質(zhì)。而液化后灌裝的液氯再氣化的氯氣純度可達(dá)99.99%，主要是因?yàn)槁葰庖夯蠼?jīng)過氣液分離器底部沉降大部分含鐵和硫酸鹽雜質(zhì)，頂部只分離少量水、酸霧和氧氣等雜質(zhì)。

柳化氯堿公司將液氯氣化后再送去試產(chǎn)，并為此建設(shè)了液氯氣化裝置—?dú)饣兀郝荣A槽里的液氯由屏蔽泵抽出，經(jīng)氣化池氣化后送給氯化石蠟裝置試產(chǎn)，結(jié)果一次就得到了優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。之后引入園區(qū)的廣西盛亞化工有限公司和柳州市柳化泰潤新材料有限公司對氯氣的品質(zhì)要求更高，所以這幾家公司所用氯氣都是先將氯壓機(jī)送出來的氯氣液化成液氯，再把液氯氣化成氯氣使用。

雖然氯氣液化后再氣化會增加一定的生產(chǎn)成本，但用其他化學(xué)或物理方法凈化原氯的難度更大且成本更高。

3 液氯氣化器及工藝技術(shù)改造

3.1 改造前氣化器及生產(chǎn)工藝

柳化氯堿冷凍分廠原來建設(shè)的液氯氣化裝置為氣化池，液氯氣化所需熱量由低壓蒸汽直接通入加熱池子里的水，再由熱水經(jīng)盤管傳熱給液氯進(jìn)行氣化，蒸汽冷凝水從池子上部的溢流口外排。液氯貯槽里的液氯由屏蔽泵抽出，經(jīng)自動調(diào)節(jié)閥或旁路閥（自動調(diào)節(jié)閥全開都不能滿足生產(chǎn)時開）后由氣化池的分配臺分成3個接口進(jìn)分別入氣化池內(nèi)不同的盤管，在盤管內(nèi)與熱水進(jìn)行熱交換并氣化，然后匯入同一根氯氣管再接入送往下游耗氯企業(yè)的分配臺。在分配臺處安裝遠(yuǎn)傳壓力計(jì)，在DCS上與自動調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，設(shè)定壓力后自動調(diào)節(jié)閥會自動調(diào)節(jié)閥門開度維持壓力穩(wěn)定。這種加熱方式要不斷地通入蒸汽，不僅大量消耗蒸汽，而且熱水溫度控制不穩(wěn)定，液氯經(jīng)常氣化不完全，氣氯夾帶有液氯從而造成分配臺底部結(jié)冰，送往下游企業(yè)的氯氣管結(jié)水，管道易被腐蝕。池子上面還冒起大量水蒸氣，對附近的鐵質(zhì)設(shè)備和鐵質(zhì)管道造成腐蝕，外排廢熱水造成環(huán)境污染等問題，不利于生產(chǎn)穩(wěn)定，既不節(jié)能又不環(huán)保。改造前液氯氣化生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 改造前液氯氣化工藝流程

3.2 改造后氣化工藝

改造后氣化裝置由氣化池改為氣化器，但保留原來的氣化池作為備用或作為氣化器保護(hù)。液氯氣化所需熱量由通過氣化器殼程的循環(huán)水經(jīng)盤管傳熱給液氯進(jìn)行氣化，循環(huán)水通過熱交換后，溫度降低1.5～2.5℃。為防止液氯或氯氣泄漏進(jìn)入循環(huán)水腐蝕氯氣液化機(jī)組冷凝器，在循環(huán)水出氣化器后的管子上引出微小長流水，進(jìn)入氣化池，隨時監(jiān)測循環(huán)水的ORP，在DCS上設(shè)置報(bào)警值，一旦ORP突然升高達(dá)到報(bào)警值，說明有氯氣進(jìn)入循環(huán)水，立即停用氣化器進(jìn)行處理。液氯的氣化路線與改造前基本相同，差別為氣化器的分配臺分成9個接口分別進(jìn)入氣化器不同的盤管，出氣化器后進(jìn)入總管，氣化的液氯走上部去分配臺，如有未氣化的液氯則進(jìn)入氣化池再進(jìn)行氣化。氣化池也做了個小改造，將原來氣化池上部的溢流口接一根短管到池子底部，將蒸汽冷凝水從池子上部的溢流口外排改為蒸汽冷凝水從池子底部外排，因?yàn)橥葪l件下，水的溫度越低則密度越大，故外排的水溫度比較低，這個小改造之前外排的水溫度在40～50℃，熱量損失很大，改造后外排的水溫度都是30℃以下。改造后液氯氣化生產(chǎn)工藝流程見圖2。

圖2 改造后液氯氣化工藝流程

3.3 改造后效果

因?yàn)槭褂玫难h(huán)水溫度比較穩(wěn)定，送往下游企業(yè)的氯氣壓力很好控制。循環(huán)水通過熱交換后，溫度降低1.5～2.5℃，供氯氣液化機(jī)組冷凝器用，氣溫高時可以有效提高液化機(jī)組的液化能力。液氯氣化完全后，分配臺底部不會結(jié)冰，送往下游企業(yè)的氯氣管也不會結(jié)水。蒸汽消耗幾乎為零，既降低了液氯氣化的成本，減少了外排廢水，又避免了水蒸氣對氣化裝置附近的鐵質(zhì)設(shè)備和鐵質(zhì)管道造成腐蝕。

4 效果效益測算

4.1 改造前氣化崗位蒸汽使用情況

改造前氣化崗位蒸汽使用情況見表1。

表1 改造前氣化崗位蒸汽使用情況

4.2 改造后原始監(jiān)測數(shù)據(jù)

改造后原始監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2，蒸汽使用量均為0。

表2 改造后原始監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

改造后，通過對系統(tǒng)連續(xù)3天的跟蹤考察發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行正常，溫度控制穩(wěn)定，效益明顯。經(jīng)測算每年節(jié)約低壓蒸汽8900 t以上，減少外排水8000 t以上，單是節(jié)省蒸汽的經(jīng)濟(jì)效益就有150多萬元。夏天降低了循環(huán)水的水溫，直接經(jīng)濟(jì)效益沒有計(jì)算，但液化機(jī)組液化能力有明顯提高。