劉 嘉

(中國中輕國際工程有限公司,北京,100026)

·ClO2制備·

淺析SVP-L ITE法C lO2制備系統(tǒng)

劉 嘉

(中國中輕國際工程有限公司,北京,100026)

結(jié)合項目實例論述了SVP-L ITE法ClO2制備系統(tǒng)的各主要設(shè)備單元、操作程序、系統(tǒng)安全。

ClO2制備;SVP-L ITE法;操作程序;系統(tǒng)安全

(E-mail:bcelliujia@vip.sina.com)

Abstract:Nowadays the SVP-L ITE process bywhich ClO2is generated based on oxidation-reduction usingmethanol as reducer iswidely used in paper industry.The main equipment units,operation sequence and system safety of the ClO2generation system are discussed based on a project example.

Key words:ClO2preparation;SVP-L ITE;operation sequence;system safety作者簡介:劉 嘉先生,工程師;主要從事制漿造紙項目的設(shè)計及現(xiàn)場指導(dǎo)工作。

目前,國內(nèi)外關(guān)于ClO2的制備方法很多,總體而言,主要分為電解法和化學(xué)法兩大類。電解法是以成本低廉的食鹽為原料在隔膜電解槽裝置內(nèi)電解獲得ClO2混合液,但由于電解法生產(chǎn)的ClO2純度低,一次性設(shè)備投資大,對電極隔膜的材質(zhì)要求較高、電耗高以及電效率較低,因此影響了該法的推廣使用。研究最多、應(yīng)用最廣泛的還是化學(xué)法,化學(xué)法是以氯酸鈉或亞氯酸鈉為原料,通過氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生ClO2。目前,以甲醇為還原劑的ClO2制備過程在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛,其商標名稱有R8、SVP-甲醇、SVP-L ITE和Solvay。筆者結(jié)合與瑞典EKA化學(xué)品公司的合作項目主要介紹EKA公司的SVP-L ITE。SVPL ITE法以氯酸鈉為主要原料,在酸性條件下與還原劑甲醇反應(yīng)得到C lO2(見圖1)。

圖1 SVP-L ITE法ClO2制備工藝流程

SVP-L ITE法制備ClO2系統(tǒng)主要包括:生產(chǎn)系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、排氣洗滌系統(tǒng)、鹽餅處理系統(tǒng)以及化學(xué)品添加系統(tǒng)。在ClO2生產(chǎn)系統(tǒng)里,反應(yīng)器處于真空條件下,氯酸鈉與甲醇在硫酸溶液中反應(yīng)產(chǎn)生ClO2。該反應(yīng)的副產(chǎn)物為甲酸和倍半硫酸鈉[Na3H(SO4)2]。由于純C lO2極不穩(wěn)定且容易分解,分解會產(chǎn)生高溫高壓,對設(shè)備等的危害很大,所以ClO2需要由反應(yīng)液蒸發(fā)出的水蒸氣來稀釋。由反應(yīng)器溢出的ClO2混合氣體被吸至吸收塔的冷凝器,水蒸氣在冷卻器里冷凝,在冷凝器里被冷卻的C lO2氣體在吸收塔里被冷凍水吸收并形成C lO2溶液。冷凍水的溫度越低,ClO2氣體越容易被吸收。真空系統(tǒng)產(chǎn)生必要的真空,使ClO2氣體得以安全地通過生產(chǎn)系統(tǒng)及吸收系統(tǒng)。排氣洗滌系統(tǒng)使排出氣體中的ClO2盡可能地回收。鹽餅處理系統(tǒng)包括鹽餅過濾機、溶解槽和真空系統(tǒng)。鹽餅過濾機濾去反應(yīng)液中的固體結(jié)晶物,濾液則返回至反應(yīng)器內(nèi)。固體結(jié)晶物落入溶解槽內(nèi),并在槽內(nèi)被熱水溶解?；瘜W(xué)品添加系統(tǒng)提供了反應(yīng)所需要的氯酸鈉、硫酸和甲醇。下面就各組成部分進行簡要介紹。

1 生產(chǎn)系統(tǒng)

圖2 ClO2生產(chǎn)系統(tǒng)

ClO2生產(chǎn)系統(tǒng)包括:發(fā)生器、再沸器、循環(huán)泵、冷凝水槽、緊急水槽、倒液槽,見圖2。應(yīng)保持在20～23 kPa之間,這樣可以增加C lO2氣體的穩(wěn)定性。在反應(yīng)器頂部裝有壓力傳感器,此壓力信號被傳送至集散控制系統(tǒng)(DCS)并參與安全連鎖控制,針對不同的壓力變化會有不同的操作模式,甚至停機。反應(yīng)器的氣體溫度是很重要的參數(shù),反應(yīng)器的溫度測點在溢出氣體的管道上,此溫度信號也接入DCS并參與安全連鎖控制。通常反應(yīng)器的氣體溫度應(yīng)在68～76℃之間。反應(yīng)液的溫度測點在反應(yīng)器底部循環(huán)管上,通常反應(yīng)器氣體溫度略低于反應(yīng)液的溫度,由此即可作為判定反應(yīng)器內(nèi)是否發(fā)生分解的因素之一。驟冷水是從反應(yīng)器頂部的噴嘴加入到反應(yīng)器內(nèi)的,其目的是瞬間從緊急水槽向反應(yīng)器內(nèi)加入大量的緊急水來避免分解的發(fā)生。當控制系統(tǒng)檢測到有分解發(fā)生時,因程序設(shè)定好自動連鎖動作,緊急水閥會在程序控制下自動打開,緊急水加入到反應(yīng)器內(nèi),并由程序設(shè)定可持續(xù)加入的時間。操作員也可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況在DCS上手動操作緊急水閥。

反應(yīng)器循環(huán)泵是鈦材的軸流泵,循環(huán)泵安裝在循環(huán)管的彎頭處。循環(huán)泵用于使反應(yīng)液通過再沸器,同時可以攪拌反應(yīng)液中的漿狀物并使之懸浮。循環(huán)泵具有雙機械密封,泵的密封水流量開關(guān)信號引入DCS,密封水流量開關(guān)參與連鎖是為避免循環(huán)泵因缺密封水而損壞。循環(huán)泵的電機裝有電流表,電流信號接入DCS,用來保護電機及根據(jù)不同的電流變化使操作員采取相應(yīng)的動作。

再沸器的作用是蒸發(fā)反應(yīng)液的水分,進而保證反應(yīng)器內(nèi)的液位。再沸器是由碳鋼殼體和鈦材管道組成的換熱器。反應(yīng)液流經(jīng)內(nèi)部管道并被殼體內(nèi)的飽和蒸汽加熱。在循環(huán)反應(yīng)液的過程中,再沸器的管道內(nèi)壁可能產(chǎn)生附著物,這可以從再沸器的出口壓力判斷或者循環(huán)泵的電機電流判斷,從保護設(shè)備角度出發(fā),應(yīng)該定期進行設(shè)備清理,在運行模式界面有“煮沸模式”(Boil Out),這種模式只用熱水進行整體循環(huán),可以有效保護再沸器。

冷凝水槽用來收集和短時間保存來自再沸器的冷凝水。一部分冷凝水會由程序控制泵送至熱水槽,另一部分冷凝水會循環(huán)回至再沸器蒸汽入口噴嘴處,以保證飽和蒸汽的形成。另外,電導(dǎo)率分析儀安裝在冷凝水循環(huán)泵循環(huán)管處,此電導(dǎo)率信號接入DCS,并參與系統(tǒng)安全聯(lián)絡(luò),用以監(jiān)測再沸器管道是否有泄露。

緊急水槽用來向反應(yīng)器中加入緊急水。緊急水槽安裝位置要高于反應(yīng)器頂部,這樣緊急水可以靠自身

發(fā)生器是底部為錐形的鈦材容器。發(fā)生器主要有3種功能:①是化學(xué)品間相互反應(yīng)產(chǎn)生ClO2的反應(yīng)器;②是蒸發(fā)水蒸氣以稀釋ClO2氣體的蒸發(fā)器;③是結(jié)晶器,反應(yīng)的副產(chǎn)品倍半硫酸鈉結(jié)晶并經(jīng)由過濾器從發(fā)生器內(nèi)濾出。氯酸鈉溶液、稀硫酸以及甲醇經(jīng)流量控制加入反應(yīng)器。這些化學(xué)品反應(yīng)物及水的混合物稱作反應(yīng)液。反應(yīng)液約占反應(yīng)器容量的一半。循環(huán)泵將反應(yīng)液從反應(yīng)器的錐形底抽出,反應(yīng)液經(jīng)循環(huán)管后被泵送至再沸器,之后反應(yīng)液重新回到反應(yīng)器的中部,反應(yīng)液的液位要保持在循環(huán)返回管的回管嘴底邊。反應(yīng)液的液位及反應(yīng)器內(nèi)的狀況都可以通過安裝在視鏡上的攝像機在控制室監(jiān)測。反應(yīng)器內(nèi)的真空度重力流入到反應(yīng)器內(nèi)。通常有如下5種情況需要加入緊急水:①剛開機時加水用于稀釋化學(xué)品;②在發(fā)生分解時加入緊急水進行緊急處理;③加入緊急水用來執(zhí)行“BoilOut”模式,清潔再沸器的內(nèi)管;④溶解固態(tài)物;⑤用于沖洗系統(tǒng)進行設(shè)備維護。一定要保證緊急水槽的水位要超過程序連鎖設(shè)定的水位下限,若水位過低,因系統(tǒng)安全連鎖作用,則無法進入“Stand By”模式。

圖3 ClO2吸收系統(tǒng)

倒液槽是當生產(chǎn)進行短時檢修或維護時用來暫存反應(yīng)液的,當檢修或維護完成后,反應(yīng)液會被注回至反應(yīng)器。

2 吸收系統(tǒng)

ClO2吸收系統(tǒng)是使從反應(yīng)器溢出的混合氣體冷卻,并用冷凍水吸收其中的ClO2氣體進而形成ClO2溶液。吸收系統(tǒng)包括:冷凝器、吸收塔、ClO2分析儀,見圖3。內(nèi)裝有鞍狀陶瓷芯,自吸收塔頂部而下的冷凍水通過陶瓷芯后與自吸收塔底部而上的混合氣體完全接觸,并在吸收塔底部形成ClO2溶液。吸收塔底部的ClO2溶液在液位控制下被泵送至C lO2儲槽,吸收塔的液位信號參與系統(tǒng)安全連鎖,若吸收塔液位過高,則觸發(fā)短時停機。混合氣體與冷凍水接觸后,會有部分氣體繼續(xù)上升,這些氣體會被真空泵直接抽到氣體洗滌器內(nèi),氣體洗滌器用來收集從各處排出的余氣,如倒液槽、儲槽等。

ClO2分析儀持續(xù)監(jiān)測被泵送至儲槽的C lO2溶液的濃度。ClO2分析儀是分光光度計,工作原理是通過分析儀傳感器對可見光的吸收來測量通過介質(zhì)的濃度。其安裝方式為旁路循環(huán)回路安裝,安裝位置在移液泵排出側(cè),ClO2溶液經(jīng)過C lO2分析儀后,回流至移液泵的吸入端。ClO2分析儀的信號也要接入DCS系統(tǒng)。為了能夠保持系統(tǒng)運行在“RUN”狀態(tài),ClO2溶液濃度不能超出工藝要求的上限,若超出上限,則控制系統(tǒng)的安全連鎖發(fā)生作用,并自動停機。

3 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)的目的是為反應(yīng)器與吸收塔提供真空。真空系統(tǒng)包括工藝噴射器及冷凝器。工藝噴射器是利用中壓蒸汽的噴射器,鈦材,由蒸汽噴嘴、吸收室、擴散器組成。吸收塔的溢出氣管道連接到噴射器的吸收室,中壓蒸汽流經(jīng)蒸汽噴嘴,并在擴散器被推至超音速。擴散器內(nèi)的高速蒸汽拖走吸收室的反應(yīng)氣體,進而使吸收塔與噴射器相連的管道形成真空,并且真空可以逆向在吸收塔、反應(yīng)器內(nèi)形成。蒸汽和被拖出的反應(yīng)氣體被從擴散器推出,并在噴射器冷凝器內(nèi)冷卻。一小部分從冷凝器排出的氣體回流至噴射器的吸收室,系統(tǒng)的真空度可以由DCS通過回流至噴射器的氣體流量進行控制。持續(xù)穩(wěn)定的中壓蒸汽能保證噴射器的良好性能,使發(fā)生器保持真空的安全條件。中壓蒸汽的流量、壓力信號接入DCS并在控制系統(tǒng)上設(shè)有最低流量值、最低壓力值,任何參數(shù)低于設(shè)定值都會使系統(tǒng)安全連鎖發(fā)生作用,甚至停機。

4 排氣洗滌系統(tǒng)

排氣洗滌系統(tǒng)主要設(shè)備為排氣洗滌器,此系統(tǒng)回收來自各設(shè)備、容器、儲槽的ClO2氣體,并在氣體排入大氣前進行凈化。排氣洗滌器是由玻璃纖維制成的柱狀吸收器,且內(nèi)部填充鞍狀陶瓷芯。洗滌

冷凝器是由碳鋼殼體和鈦材管道制成的換熱器。其目的是給反應(yīng)器溢出的混合氣體降溫,同時冷凝水蒸氣。由反應(yīng)器來的混合氣體包含ClO2氣體、甲酸氣體、水蒸氣,混合氣體通過冷凝器的內(nèi)管并自上而下流動,而外加的冷卻水與氣體逆流方向流經(jīng)冷凝器殼內(nèi),因此可達到降溫效果。從冷凝器底部出來的氣體溫度可通過從DCS上控制冷卻水的流量來調(diào)整。水蒸氣被冷凝后,冷凝水沿著內(nèi)管壁靠自身重力流入冷凝器底部進而流入吸收塔。在冷凝器的內(nèi)管上部裝有冷凍水噴嘴,流量約為30 L/min的冷凍水噴入內(nèi)管,用以防止冷凝器內(nèi)管壁上形成附著物。

圖4 鹽餅處理系統(tǒng)

在吸收塔里,ClO2氣體溶入冷凍水中形成ClO2溶液。吸收塔是由玻璃纖維制成的柱狀容器,吸收塔器頂部裝有冷凍水噴嘴,冷凍水經(jīng)過鞍狀陶瓷芯后與從各部分收集而來的C lO2氣體相結(jié)合并形成稀ClO2溶液,稀C lO2溶液被泵回至吸收塔。各部分的排氣由安置在洗滌塔排氣口外的風(fēng)機引至洗滌器,風(fēng)機在洗滌器底部產(chǎn)生弱真空并且此真空度可被DCS控制。排氣洗滌器的真空度和冷凍水的流量信號都接入DCS,并在DCS上設(shè)定最小真空度和最小流量值,只要真空度和流量低于最小值都會導(dǎo)致系統(tǒng)停機。

5 鹽餅處理系統(tǒng)

SVP-L ITE的鹽餅處理系統(tǒng)的作用是除去反應(yīng)器內(nèi)的酸性副產(chǎn)物鹽餅(倍半硫酸鈉)并洗滌。此系統(tǒng)包括鹽餅過濾機、溶解槽及溶液儲存槽,見圖4。

鹽餅過濾機用于除去反應(yīng)器混合漿液中的鹽餅,鹽餅經(jīng)溜槽在溶解槽內(nèi)溶解。鹽餅過濾機是底部裝有鈦材轉(zhuǎn)鼓的真空過濾機。小流量的反應(yīng)器漿液從循環(huán)管底部被泵送至過濾機。漿液進入過濾機底部的過濾缸并逐漸充滿直至溢流,溢流出的漿液在自身重力作用下回流至循環(huán)管。過濾機喂料泵帶有變頻器,這樣操作員可以調(diào)整由反應(yīng)器送至過濾機的漿液流量。喂料泵的速度應(yīng)調(diào)整至使?jié){液在過濾機的溢流堰上始終保持溢流。喂料速度可以在現(xiàn)場控制盤上操作也可以在DCS控制室操作。持續(xù)的漿液溢流非常重要,這樣可以使?jié){液中的固體顆粒物保持懸浮狀態(tài),避免沉淀。

過濾機的轉(zhuǎn)鼓部分浸入到過濾缸內(nèi)。轉(zhuǎn)鼓表面覆蓋一層鈦材或鉭材的多孔過濾布,這樣能使空氣與溶液通過轉(zhuǎn)鼓過濾布并使鹽餅附著在過濾布上。蒸汽噴射器會在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部形成60～80 kPa的真空。轉(zhuǎn)鼓真空可以由壓力變送器進行監(jiān)測,并在現(xiàn)場控制盤或DCS操作員站顯示。當轉(zhuǎn)鼓浸入漿液時,轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部真空會使?jié){液通過濾布,鹽餅則無法通過濾布,在濾布表面累積。當轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)出過濾缸時,過濾布上會附著一層鹽餅。

濾布上的鹽餅被清水噴嘴噴出的清水清洗并被空氣干燥?？諝夂蜑V液的混合液通過鹽餅進入轉(zhuǎn)鼓中心,隨后沿著轉(zhuǎn)鼓流入氣液分離器,在分離器內(nèi)氣體被過濾器噴射器的真空吸出,送至噴射器冷凝器。而含有反應(yīng)液的濾液聚集在分離器底部并重力回流至反應(yīng)器循環(huán)管。

轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速由變頻器控制,可以在現(xiàn)場控制盤或DCS控制室進行控制。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速調(diào)整到使過濾布上盡可能充分形成鹽餅及過濾機發(fā)揮最佳過濾效率。通常轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為15～25 r/min。

過濾機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)出過濾缸且鹽餅被干燥后,會經(jīng)過裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部的吹掃器。吹掃器利用儀表壓縮空氣把鹽餅吹落至鹽餅溜槽里,后直接落入溶解槽。吹掃氣與低壓蒸汽混合,混后氣體溫度可達60℃。吹掃氣的溫度可由通過調(diào)整手動控制閥的蒸汽進行控制。在吹掃器的入口,吹掃氣的壓力可由孔板和手動控制閥調(diào)整到110～120 kPa。加在鹽餅溜槽頂部的熱水用來調(diào)整溶解槽內(nèi)溶液的密度,同時也用于沖洗鹽餅溜槽。

在過濾機運行期間,過濾布可能被鹽餅堵塞,影響過濾器的過濾效果。因此,過濾器安裝了反洗器,當操作員認為有必要反洗時,反洗器可自動用熱水清洗過濾布。反洗器可在現(xiàn)場或DCS控制室進行手動操作。

過濾器噴射器是以低壓蒸汽作為動力源的蒸汽噴射器。噴射器由鈦材制成,包括蒸汽噴嘴、混合吸收室和擴散器。過濾器轉(zhuǎn)鼓中心直接連至噴射器的混合吸收室。低壓蒸汽流通過蒸汽噴嘴,并在擴散器內(nèi)達到超音速。擴散器的高速蒸汽拖出吸收室的氣體并在過濾器內(nèi)形成真空。蒸汽混合氣排出擴散器并在蒸汽冷凝器內(nèi)冷卻。

過濾機冷凝器是由殼體和內(nèi)管組成的熱交換器,用于冷卻冷凝噴射器的蒸汽。冷凝器由鈦材內(nèi)管和碳鋼殼體組成?；旌蠚怏w在噴射器內(nèi)管自上而下排出,冷卻水在噴射器殼內(nèi)自下而上循環(huán)。冷卻的氣體和冷凝水排出冷凝器并被引至排氣洗滌器。冷卻水流量可由冷凝器出口的冷凝水回流隔離閥來手動調(diào)節(jié)。參考現(xiàn)場就地溫度表可以調(diào)節(jié)到期望的排氣溫度。

溶解槽是用來溶解從過濾機溜槽掉下的鹽餅。在溶解槽內(nèi)必須保持持續(xù)攪拌并控制加水量。溶解槽的攪拌是通過鹽餅溶解泵的回流循環(huán)來實現(xiàn)的。加水量由在DCS編程好的密度控制回路來控制。燒堿經(jīng)流量控制閥加入到溶解槽內(nèi)用于調(diào)整溶解液的pH值。反應(yīng)后的硫酸鈉溶液被泵送至現(xiàn)場其他工段。

6 化學(xué)品添加系統(tǒng)

用于SVP-L ITE系統(tǒng)的化學(xué)品反應(yīng)物彼此獨立儲存并由各自獨立的供給系統(tǒng)傳送至反應(yīng)器。下面分別就各系統(tǒng)作一簡要介紹。

6.1 氯酸鈉系統(tǒng)

氯酸鈉系統(tǒng)包括溶解槽(FRP)、儲存槽(FRP)、過濾器(耐酸鋼)、磁力泵、耐酸管道,氯酸鈉系統(tǒng)示意圖見圖5。

圖5 氯酸鈉系統(tǒng)

氯酸鈉以50 kg/袋的標準購入現(xiàn)場。每袋氯酸鈉被清空至氯酸鈉溶解槽內(nèi)。溶解槽內(nèi)通入低壓蒸汽并在攪拌器作用下溶解氯酸鈉,當氯酸鈉溶液的濃度達到700 g/L后被泵送至氯酸鈉儲存槽。氯酸鈉從儲槽被泵送至反應(yīng)器前要經(jīng)過2套并聯(lián)的過濾器來除去溶液中的雜質(zhì)。每個過濾器均可獨立工作,當一個過濾器工作時,另一個處于備用狀態(tài)。過濾器進出口的壓差信號、給料泵的轉(zhuǎn)速、氯酸鈉溶液流量等信號均接入DCS,操作員可以根據(jù)這些信號的報警來確定過濾器是否堵塞。氯酸鈉溶液用于在進入反應(yīng)器前稀釋甲醇。氯酸鈉溶液流量控制系統(tǒng)由一套質(zhì)量流量計和一套流量控制閥組成。另外,在流量控制閥下流裝有自動開關(guān)切斷球閥,并且切斷閥上裝有限位開關(guān)可以準確地在DCS操作畫面上顯示閥門的開關(guān)狀態(tài)。當系統(tǒng)設(shè)定的連鎖程序條件都滿足時才可以按操作要求打開切斷閥、開啟給料泵并對氯酸鈉溶液流量控制回路進行操作。

氯酸鈉系統(tǒng)的注意事項:結(jié)晶、雜質(zhì)、設(shè)備腐蝕。結(jié)晶會堵塞管道,所以要保證氯酸鈉溶液的溫度高于25℃,通常溫度應(yīng)控制在40～50℃,做好保溫、管道循環(huán)以及沖洗。雜質(zhì)可以通過過濾器除掉,但要定期維護,以保證系統(tǒng)的純凈。系統(tǒng)啟動時,氯酸鈉的初始濃度為220～280 g/L,硫酸的初始濃度為180 ～220 g/L,正常運行后,氯酸鈉的濃度為320～360 g/L,硫酸的濃度為310～350 g/L。

6.2 硫酸系統(tǒng)

硫酸系統(tǒng)包括磁力卸料泵、儲存槽(碳鋼)、耐酸磁力給料泵、過濾器(陶瓷濾芯)、鉭材噴射器,見圖6。

圖6 硫酸系統(tǒng)

質(zhì)量分數(shù)98%的硫酸溶液由卡車運至現(xiàn)場并直接卸至硫酸儲槽,卸料時卡車接地、卸料泵接地、硫酸儲槽接地、硫酸給料泵接地都非常重要。硫酸進入反應(yīng)器前要經(jīng)過過濾器除去雜質(zhì)。過濾后的硫酸要用水稀釋,這樣可以保證反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)液的穩(wěn)定性。稀釋后的硫酸溶液從再沸器上部進入反應(yīng)器的循環(huán)回路。2套鉭材硫酸噴射器可以阻止硫酸的腐蝕并使硫酸與水充分混合,防止局部過熱。若將質(zhì)量分數(shù)98%的硫酸溶液直接加入到反應(yīng)器內(nèi)則會形成局部過熱,這會引起C lO2的強烈分解。通常硫酸由質(zhì)量分數(shù)98%稀釋至質(zhì)量分數(shù)60%。操作員可以設(shè)定硫酸的流量來保證反應(yīng)液的濃度在規(guī)定的范圍內(nèi),進而保證理想的ClO2產(chǎn)量。

過濾后的質(zhì)量分數(shù)98%的硫酸控制系統(tǒng)包括一套電磁流量計、一套控制硫酸加入量的流量控制閥。在流量控制閥下游裝有一套自控開關(guān)切斷閥。這是一套安全裝置,用來防止流量控制閥泄漏時硫酸流入反應(yīng)器。在DCS的自動模式下,操作員可以給定硫酸流量回路的流量設(shè)定值,這樣DCS可以自動調(diào)節(jié)硫酸流量達到設(shè)定值。

硫酸稀釋水的控制系統(tǒng)由一套電磁流量計、一套水流量控制閥組成。稀釋水控制系統(tǒng)可采用P ID控制或比率控制。當處于P ID控制時,操作員可以給定稀釋水流量設(shè)定值,DCS會自動調(diào)節(jié);當處于比率控制時,稀釋水流量的設(shè)定值會根據(jù)在DCS上程序設(shè)定好的與硫酸的比例關(guān)系來給定,實際上是串級控制。

當系統(tǒng)的安全連鎖程序都滿足時才可以將硫酸加入到反應(yīng)器內(nèi),按照操作程序開啟硫酸切斷閥、開啟喂料泵、設(shè)定硫酸流量給定值。在系統(tǒng)連鎖停機時,稀釋水控制必須由比率控制轉(zhuǎn)換成P ID控制并使設(shè)定值保持在最后的流量設(shè)定值上。

硫酸過濾器一定不能用水反洗,否則會產(chǎn)生嚴重的后果。

硫酸系統(tǒng)的注意事項:①硫酸具有腐蝕性,要防止硫酸對槽罐及管道的腐蝕,要絕對保證槽體及管道的干燥;②要除去鐵及有機物等雜質(zhì),過大的鐵粒子會引起ClO2的分解,可用過濾器清除,并定期檢查系統(tǒng)的雜質(zhì)情況;③稀釋散熱高于200℃。

6.3 甲醇系統(tǒng)

甲醇系統(tǒng)包括磁力卸料泵、儲存槽(碳鋼,配安全閥及火焰捕集器)、耐酸磁力給料泵、過濾器,甲醇系統(tǒng)示意圖見圖7。

圖7 甲醇系統(tǒng)

由卡車運至廠里的甲醇質(zhì)量分數(shù)為99.9%,被氯酸鈉溶液稀釋后質(zhì)量分數(shù)要低于20%?？ㄜ囆兑簳r務(wù)必要做好接地,并且甲醇卸料泵、甲醇儲存槽、甲醇給料泵都要做好接地,接地對于甲醇添加系統(tǒng)非常重要。甲醇溶液進入反應(yīng)器前要經(jīng)過濾器去除雜質(zhì)。過濾后的甲醇溶液在進入反應(yīng)器前被氯酸鈉溶液稀釋。操作員根據(jù)C lO2的產(chǎn)量來設(shè)定甲醇的流量值,甲醇流量通常作為ClO2產(chǎn)量的設(shè)定參數(shù)。

過濾后的甲醇流量控制系統(tǒng)包括一套質(zhì)量流量計和一套流量控制閥。另外,在流量控制閥下游裝有一套自動開關(guān)切斷閥。這是一套安全裝置,用來防止當流量控制閥泄露時甲醇流入反應(yīng)器以及阻止反應(yīng)液回流至甲醇處理系統(tǒng)。自動切斷閥上裝有限位開關(guān),這樣操作員可以在DCS上準確地監(jiān)測到切斷閥的開關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)運行連鎖條件滿足時才可以向反應(yīng)器加入甲醇。

7 系統(tǒng)運行

系統(tǒng)啟動分為3種狀態(tài):OFF(準備)、Stand By(待機)、Run(運行);系統(tǒng)停止分為2種狀態(tài): Short Stop(短時停機)、Long Stop(長時停機)。下面分別就系統(tǒng)的啟動、停止程序進行簡要說明。

7.1 啟動

(1)OFF

①啟動引風(fēng)機排氣扇。

②開啟冷凍水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)。

③向ClO2發(fā)生器內(nèi)注水。

④中壓蒸汽加至工藝噴射器,使C lO2發(fā)生器內(nèi)形成真空。

⑤ClO2發(fā)生器混合泵開啟。

(2)Stand By

向ClO2發(fā)生器內(nèi)通入蒸汽,使反應(yīng)液沸騰。

(3)Run

①加入質(zhì)量濃度大于100 g/L的氯酸鈉。

②加入質(zhì)量濃度大于100 g/L的硫酸。

③加入甲醇,隨后會產(chǎn)生少量的ClO2。

④把產(chǎn)生的C lO2溶液泵送至儲槽。

⑤調(diào)整化學(xué)品的給予量至運行值,隨后ClO2的產(chǎn)量趨于穩(wěn)定,并可調(diào)整產(chǎn)量。

7.2 停止

(1)Short Stop

①停止甲醇給予,反應(yīng)隨即停止。

②停止硫酸給予。

③停止氯酸鈉給予。

④使反應(yīng)液繼續(xù)沸騰約30 min,直至ClO2排出反應(yīng)液。

⑤調(diào)整冷凍水的加入量。

⑥保證鹽餅過濾機的運轉(zhuǎn)。

⑦保證反應(yīng)器的真空。

(2)Long Stop

①停止甲醇給予。

②停止硫酸給予。

③停止氯酸鈉給予。

④加入緊急水,調(diào)整冷凍水量。

⑤使反應(yīng)液繼續(xù)沸騰約30 min,直至ClO2排出反應(yīng)液。

⑥停止真空的保持。

⑦停止鹽餅過濾機。

⑧根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇反應(yīng)液是否倒入倒液槽。

8 系統(tǒng)安全

ClO2在濃度過高、夾帶雜質(zhì)、強光、熱等條件下不穩(wěn)定,極易分解。

甲醇易燃、易爆,所以其存儲區(qū)域要注意管道接地,儲槽要裝配火焰捕捉器及安全閥,安裝雙液位變送器以準確監(jiān)測液位情況。甲醇泵送至發(fā)生器前做好稀釋,卸料時要做好接地,防止電火花?；瘜W(xué)品的濃度決定系統(tǒng)的反應(yīng)率及操作的穩(wěn)定性。如果化學(xué)品量過大,則會增大系統(tǒng)的反應(yīng)率,同時會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性,存在ClO2分解的風(fēng)險。

反應(yīng)器的溫度、壓力也是至關(guān)重要的因素。當反應(yīng)器的壓力恒定時,溫度也趨于恒定。若壓力升高,會使沸騰溫度升高,同時反應(yīng)會加快,這樣會使反應(yīng)不穩(wěn)定,有分解的危險。若壓力降低,會使沸騰溫度降低,同時反應(yīng)變慢,影響產(chǎn)量。通常反應(yīng)器內(nèi)的壓力為18～22 kPa,反應(yīng)液沸騰時混合氣體溫度為64 ～72℃,反應(yīng)液溫度為70～77℃。

在DCS上也做了安全連鎖,具體細分為Partial Shutdown(局部停車)和Total Shutdown(全部停車)。局部停車是在不全部停機的情況下進行局部的調(diào)整,以使系統(tǒng)重新運行穩(wěn)定。全部停車是按停車順序立即停機。

在DCS上位機畫面上設(shè)置有單獨的安全聯(lián)絡(luò)畫面(見圖8),現(xiàn)場的安全控制信號點在畫面上都有顯示,滿足任意條件,都會觸發(fā)相對應(yīng)的模式。如:當反應(yīng)器內(nèi)的壓力高高限(HH)達到25 kPa時;則會觸發(fā)局部停車。當反應(yīng)器內(nèi)的壓力高高限達到27 kPa時,則觸發(fā)全部停車。這樣做的目的是為了增加系統(tǒng)操作的安全性、保護現(xiàn)場設(shè)備以及對于出現(xiàn)分解現(xiàn)象的及時處理。

另外,為了避免分解,還應(yīng)注意以下各因素:倒液槽內(nèi)反應(yīng)液可能發(fā)生的分解反應(yīng)、C lO2儲槽內(nèi)可能發(fā)生的分解反應(yīng)、保證反應(yīng)器內(nèi)的真空度、保證反應(yīng)液的沸騰、注意冷卻水的給予、視鏡的密封及保護、壓力變送器等接液部分的密封防腐等,最需要注意的是在加入化學(xué)品之前一定要保證反應(yīng)液的沸騰,這直接決定著是否有足夠的水蒸氣來稀釋ClO2進而避免分解。

9 結(jié) 語

中國中輕國際工程有限公司經(jīng)過與瑞典EKA公司在重慶、四川項目上的成功合作,現(xiàn)已掌握了SVP-L ITE法制備C lO2的工藝、設(shè)備、儀表、控制系統(tǒng)的設(shè)計、選型、安裝以及調(diào)試運行,為日后獨立承接ClO2制備工程打下了堅實的基礎(chǔ)。

(責(zé)任編輯:郭彩云)

Introduce to a ClO2Generation Process:SVP-L ITE

L IU Jia

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2009-11-10