氯气处理工艺及设备选择

氯气处理工艺及设备选择

碱工业第7期 氯No.7

2007年7月Ju.l,2007Chlor-AlkaliIndustry 氯氢处理

氯气处理工艺及设备的选择

李玉生*,杨履思

(天津渤天化工有限责任公司,天津300455)

[关键词]氯;工艺;设备

[摘 要]介绍3种氯气干燥工艺:填料塔干燥工艺、板式塔干燥工艺和泡罩塔干燥工艺;探讨相关设备(氯水洗涤塔、氯气冷却器、水雾和酸雾过滤器以及泡罩塔、填料塔)的使用。

[中图分类号]TQ028.2 [文献标志码]A [文章编号]1008-133X(2008)07-0021-03

近几年,我国氯碱行业发展较快,老厂求扩产,新厂在不断涌现,工厂规模不断扩大,这样就对氯气处理装置的要求愈来愈高。所以选择一套好的氯气处理工艺及设备,对稳定运行非常必要。

天津渤天化工有限责任公司(以下简称 渤天化工公司 )是建厂70余年的老厂,所有的技术改造及增产措施都是在老厂的基础上进行的。1995年以前,渤天化工公司的氯气处理流程为:电解工序来的氯气经氯水洗涤塔洗涤后,进入一组串联的钛冷却器,分别用循环水、冷冻水冷却后,进入3台串联的填料塔进行传质吸收,最后送到氯气输送岗位。随着烧碱能力的不断扩大,以及新设施的不断引进,这套氯气处理工艺已经很难满足正常的安全生产。从1995年开始,渤天化工公司分别进行了两次技术改造。

1995年在冷却系统不变的情况下,自行设计了一套泡罩塔加填料塔的组合干燥工艺,替代原有的填料塔干燥工艺,同时,增加了含氟硅油玻璃丝棉的水雾及酸雾过滤器,以满足新增透平氯气压缩机对氯气含水、含酸的工艺要求。

2004年,采用更为先进的孟山都除雾器代替氟硅油玻璃丝棉水雾、酸雾过滤器。同时将钛冷却器

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的换热面积从118m增加到250m及300m,以满足扩投产及透平压缩机的需求,同时满足了环境保护的要求。下面从渤天化工公司的实际运行情况谈一谈对氯气处理工艺及设备的一点认识。

1.1 几种氯气干燥工艺的介绍

氯气处理工艺主要由冷却、干燥两部分组成,而一般大型氯碱企业的冷却装置都采用洗涤加冷却器的工艺,这种工艺已经被大多数企业所认同,这里就不多进行介绍,而干燥工艺现在国内比较常用的为下列3种工艺。

1.1.1 填料塔干燥工艺

钛冷却器出来的氯气进入3组或4组串联的填料塔,和同时从塔顶喷淋下来的硫酸在填料层进行传质吸收,以达到去除氯中含水的目的。填料塔材质一般采用陶瓷、钢衬胶、钢衬瓷砖或PVC加FRP。填料多采用陶瓷、拉西环、鲍尔环或陶瓷整体栅板。从20世纪90年代后期,大多采用PVC鲍尔环或PVC泰勒花环。每一组填料塔都配备一台硫酸循环箱和硫酸循环泵。硫酸循环箱材质大多采用钢衬瓷砖、钢衬铅或PVC加FRP。硫酸循环泵一般采用耐酸不锈钢液下泵或氟合金、高硅铸铁卧式泵。有少数厂家采用哈氏合金卧式泵。1.1.2 板式塔干燥工艺

有的厂家采用的是单台4或5层塔板的泡沫塔工艺,有的厂家采用的是2组3或4层串联的筛板塔工艺。板式塔干燥工艺的共同点是都采用硫酸强制冷却工艺,以保障氯中含水量。泡沫塔材质都采用PVC,考虑到硫酸的腐蚀性,大都采用PVC加FRP制作筛板塔。另有部分厂家已采用泡沫塔加填料塔的组合工艺,以弥补两种工艺自身的不足,保证氯中含水达标。

1 氯气处理工艺的选择

*[作者简介]李玉生(1953 ),男,经济师,从事氯碱生产管理工作30余年,组织了多项大型氯碱改造工程及引进项

目的建设,现任天津渤天化工有限责任公司电解分厂厂长。

[收稿日期]2008-02-14

氯气处理工艺及设备选择

氯氢处理 氯碱工业 2008年

1.1.3 泡罩塔干燥工艺

经钛冷却器冷却的氯气,首先进入填料塔,然后进入由4或5层泡罩组成的泡罩塔。这套干燥工艺的特点是塔、循环酸箱一体结构,材质多采用PVC加FRP,硫酸冷却器采用传热系数更高的板式换热器,硫酸循环泵采用氟合金或高硅铸铁卧式泵,硫酸加入泵采用氟合金计量泵。1.2 3种干燥工艺的比较及应用

1.2.1 填料塔干燥工艺

这套工艺历史最为悠久,应该是一种较成熟的工艺。工艺操作比较简单,操作人员比较容易掌握,操作弹性大,是该工艺的最大优点。但该工艺流程较长,设备庞大,占地面积大,设备、管路及工程投资较大。本工艺最大的缺点是氯中水体积分数只能达到0.01%~0.02%,装置密封效果较差。

中小型氯碱企业,老厂扩产改造或新建氯碱厂,如果采用液环式压缩机输送氯气,可采用本工艺。由于新建氯碱厂及老企业增产改造大都引进技术较为先进的离子膜电解工艺,为减少管路和设备投资,提高氯气压缩机的输送能力,降低能源消耗,压缩机入口大部分采用正压操作法,由于该工艺的密封效果不好,氯中含水量较高,不能满足大型氯气透平压缩机(特别是国外引进的透平压缩机)的技术要求,建议最好不要采纳。1.2.2 板式塔工艺

该工艺最大的优点是占地面积小,投资较低,如果在设计过程中,能合理地计算板间距、开孔率、孔径,就能使氯中水体积分数保持在0.01%以下。但该工艺操作弹性小(不利于增产需要),雾膜夹带高,要求操作人员巡检、调节要及时。由于该工艺的上述缺陷,电解系统开停车时,氯中含水量较高,如果采用透平机压缩输送工艺,含水难以满足工艺要求,同时由于氯气酸雾夹带较高,会使透平机叶轮腐蚀严重,叶片及蜗室内形成厚厚的酸垢,不但使压缩机的输送能力下降,同时还会使压缩机转子的动平衡遭到破坏,压缩机轴震动上升,降低压缩机的使用寿命。

1.2.3 泡罩塔干燥工艺

泡罩塔加填料塔的组合干燥工艺流程是21世纪初国内较为流行的一套流程。该工艺最大的特点是:湿氯气先进入填料塔,用大流量的硫酸吸收其中的大部分水分,同时交换掉绝大部分溶解热,使氯中水体积分数达到0.05%左右。然后进入泡罩塔,最终氯中水体积分数达到0.002%~0.005%。这套工艺最能体现大工业化生产的优势,操作简单,操作弹性大,氯中含水量低。渤天化工公司从1995年开始

使用这套工艺,氯中水体积分数保持在约0.003%。操作简单平稳,硫酸消耗稳定在14kg/(t Cl2)左右。透平压缩机使用周期在1000天以上。

但这套工艺存在的最大缺陷是:设备投资较大,单塔压降大,使压缩机的输送能力下降。但由于装置采取了塔、循环箱一体结构,密封性良好,干燥操作可采用正压法,以解决上述不足。从渤天化工公司十几年的使用情况看,这套工艺应为现阶段较为先进、安全、可靠的工艺,是大型氯碱企业及新建厂干燥工艺的首选。

2 氯气处理相关设备的使用探讨

2.1 氯水洗涤塔

氯水洗涤塔一直不被氯碱厂家,特别是中小型氯碱企业所重视。但氯气洗涤塔在氯气处理工艺中是非常重要的,它不但能降低湿氯气的温度,减轻钛冷却器的负担,最重要的是能洗涤湿氯气中夹带的盐分,防止其与干燥塔内的硫酸反应形成硫酸盐(Na2SO4)堵塞填料,或带到透平压缩机中,堵塞叶片、蜗室,降低压缩机的输送能力,并且硫酸盐会吸附在透平压缩机中间冷却器的列管上,降低冷却器的传热系数,特别是离子膜电解法,一次盐水如采用高分子絮凝剂助沉的处理工艺,由于长期运转,会在钛冷却器列管及水雾过滤器过滤元件上形成很黏稠的高分子聚合物,严重影响冷却器和过滤器的效果。

如果厂家资金不足,可采用钢衬胶塔体,加陶瓷填料;如果资金充足,可采用钛或PVC加FRP塔体,加CPVC填料。氯水冷却器采用板式、列管式均可。氯水外排最好采用间断排液方式,以利于更好地带走氯气中夹带的盐分,防止在干燥塔中形成硫酸盐。2.2 氯气冷却器

采用钛冷却器已被广大氯碱企业认同,但由于近几年来钛材价格上升幅度较大,有部分厂家采用单台冷却器的冷却方式,这样势必会采用逆流冷却法,同时降低冷冻水的温度,以保证氯气温度在12~15 。如果这样,一旦操作失误或生产波动,会使钛冷却器发生结晶,这是十分危险的。笔者建议采用二段冷却方式平衡冷却,以利于安全生产。2.3 水雾、酸雾过滤器

孟山都除雾器的除雾效果很好,使用寿命也很长,并且不需要清洗检修,但必须是水雾、酸雾过滤器同时使用才能达到很好的效果。只采用酸雾过滤器不但硫酸消耗较高,过滤效果也不理想。但由于

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第7期 李玉生等:氯气处理工艺及设备的选择 氯氢处理

孟山都除雾器的价格较高(每个过滤单元1万美元左右),一些中小型氯碱企业很难承受。以10万t/a烧碱为例,水雾、酸雾过滤器元件(6~7)万美元,加上过滤器筒体,投资约70余万元。近几年来又有其他较为先进的除雾器(如百豪士除雾器)在国内氯碱企业推广使用,由于笔者对其了解较少,就不再分析评价。

渤天化工公司原来采用的是浸氟硅油玻璃纤维过滤器,水雾过滤器使用半年后,由于纤维上的氟硅油被冲刷掉,除水效果很差,硫酸消耗上升,酸雾过滤器堵塞严重,特别是离子膜干燥系统(渤天化工公司有隔膜、离子膜电解2套氯气干燥系统),使用20~25天,过滤器压差就高达8~10kPa,严重影响透平机的输送能力,所以需要开盖吊出过滤元件进行清洗,打开过滤器封头时会有大量的氯气逸出,环境保护问题也非常严重。另外还有部分硫酸盐会穿过过滤层,吸附在氯气压缩机转子及中间冷却器列管上,影响压缩机的正常运行。2004年采用孟山都除雾器代替,3年来没有进行过清洗检修,不但节约了大量检修费用,同时解决了氯气外逸的难题,并且过滤器压差没有明显的上升,解决了压缩机氯气压力频繁调节的问题。由于近几年来渤天化工公司没有对透平压缩机及压缩机中间冷却器进行检修,所以对其酸雾和硫酸盐过滤效果无法考证和评价。

特别提醒的是,氯气输送采用德国KKK透平压缩机的氯碱企业,酸雾和硫酸盐的去除一定要彻底,否则会腐蚀和堵塞压缩机的入口导叶,另外,由于其止回阀的特殊柱塞式结构,如果Na2SO4堵塞柱塞或腐蚀其弹簧体,会使之失去应有的使用价值。2.4 泡罩塔及填料塔

现在填料塔材质大多采用PVC加FRP,塔、循环酸箱一体的结构。填料采用比表面积更高的泰勒花环或PVC鲍尔环,硫酸分布器也都采用分布效果更好的喷淋管式分布器取代分布不均的槽式分布盘,硫酸冷却器采用哈氏合金板式冷却器,使用效果更好。硫酸循环泵有哈氏合金、高硅铸铁氟合金、陶瓷泵等多种选择。

造。

泡罩塔也都采用PVC加FRP材质,塔、循环酸箱一体的结构,采用一层循环塔板加3或4层溢流

塔板的组合,循环塔板硫酸换热器采用哈氏合金板式换热器,加酸换热器采用不锈钢板式换热器即可。

部分氯碱企业为节省占地面积,采用泡罩塔、填料塔一体结构,这样不但对塔器的加工质量要求严格,同时塔高高达16~18m,吊装和检修难度增大,另外,一旦填料塔运转不正常,由于泡罩塔没有循环板层,含水量高的氯气直接进入泡罩塔将十分危险。

也有厂家采用每层均设冷却装置,这样不但对泡罩塔塔板的加工制作质量要求很高,同时易发生硫酸泄漏现象,如果冷却管泄漏,不但很难处理,也不利于安全生产。建议采用外冷却方式,同时加大一层循环板层的硫酸循环量保证氯中含水达标。

泡罩塔加工及使用过程中要注意如下问题。(1)要选择有一定加工能力的制造厂家加工制(2)塔板的加工精度要高,特别是20万t/a烧碱采用2500mm直径泡罩塔的企业一定要注意,如果有一层塔板变形,没有形成液封,那么整个泡罩塔氯气都将走短路,泡罩失去作用,氯中含水量将高达0.08%。

(3)初次开车,一定要将所有塔板注满硫酸,防止氯气走短路。

(4)生产过程中,填料塔一定不能断酸,否则含水量很高的氯气直接进入泡罩塔将产生大量的吸收热,会使PVC塔板和泡罩变形,整个泡罩塔报废,造成全厂停车的恶性事故。

3 结 语

以上是根据渤天化工公司实际运行情况,结合其他氯碱企业的开车经验,得出的一些经验和体会。由于笔者对某些技术掌握得不太深刻,文中会有不妥之处,望广大氯碱企业及其他兄弟企业同仁给予指正。

[编辑:蔡春艳]

供需信息

北京化工机械厂制造的钢衬塑低钙镁盐水碳素管过滤器4台(使用4年,直径1.1m、高4.699m两台,直径1.4m、高5.350m两台,碳素管324根)。

联系人:雷 鸣; 电话:15981707193

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