周云英，石玉英

（攀枝花鋼企欣宇化工有限公司，四川攀枝花 617000）

·環(huán) ?！?/p>

鎂電解氯氣凈化系統(tǒng)的優(yōu)化研究

周云英，石玉英

（攀枝花鋼企欣宇化工有限公司，四川攀枝花 617000）

主要針對(duì)多極鎂電解槽生產(chǎn)氯氣凈化系統(tǒng)存在的除塵效率低、效果差及氣體夾帶酸霧多等問(wèn)題進(jìn)行了分析，并采取布袋除塵前增加重力沉降箱、優(yōu)化硫酸洗滌塔淋洗用泵及管道結(jié)構(gòu)、優(yōu)化布袋除塵器用布袋材質(zhì)，改變除沫器除沫絲網(wǎng)網(wǎng)孔直徑等措施，將多極鎂電解槽生產(chǎn)氯氣中的粉塵由優(yōu)化前的400μg／g降至目前的10μg／g以?xún)?nèi)；氯氣夾帶硫酸酸霧由優(yōu)化前的700μg／g降至目前的100μg／g以?xún)?nèi)，使氯氣質(zhì)量達(dá)到了氯化工序制備粗TiCl4和液化系統(tǒng)對(duì)氯氣質(zhì)量的要求，大大降低濃硫酸及氯壓機(jī)泵備件的消耗、避免了對(duì)氯氣液化系統(tǒng)的堵塞和腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題，降低了氯氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

鎂電解；氯氣；凈化處理；優(yōu)化

多級(jí)鎂電解槽生產(chǎn)氯氣，從電解槽出來(lái)的氯氣溫度為150℃左右，并伴有0.1%～0.3%的電解質(zhì)升華物及微量水蒸氣、鹽霧和少量有機(jī)物等雜質(zhì)，所以電解氯氣出來(lái)后，先經(jīng)過(guò)布袋除塵器對(duì)其攜帶的電解質(zhì)升華物進(jìn)行過(guò)濾除塵，然后進(jìn)入硫酸洗滌塔進(jìn)行噴淋洗滌，其主要目的是洗去氯氣中夾帶的電解質(zhì)升華物和少量的有機(jī)雜質(zhì)，并將氯氣溫度由原來(lái)的150℃降至常溫。2011年6月，攀枝花鋼企欣宇化工有限公司建成了6 000 t／a金屬鎂規(guī)模的多極鎂電解槽技術(shù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，由于前期存在開(kāi)槽數(shù)量、生產(chǎn)組織等問(wèn)題，不可能一次性達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，同時(shí)，在工藝管道設(shè)計(jì)及安裝、部分設(shè)備如布袋、絲網(wǎng)除沫器的結(jié)構(gòu)選型等方面存在一些問(wèn)題，導(dǎo)致了氯氣凈化效果不佳，凈化后的氯氣中電解質(zhì)粉塵含量較高（最高時(shí)達(dá)到400μg／g）、硫酸含量最高時(shí)達(dá)到700μg／g，導(dǎo)致濃硫酸消耗量大、氯壓機(jī)泵備件更換頻繁、對(duì)氯氣液化系統(tǒng)的堵塞和腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題，在氯化工序故障或檢修停產(chǎn)期間，直接影響了鎂電解工序及還蒸工序的正常生產(chǎn)。本文主要針對(duì)該公司多極鎂電解槽電解氯氣凈化處理過(guò)程中所采取的措施及方法進(jìn)行分析探討。

1 多極鎂電解槽電解氯氣凈化處理工藝

該公司多極鎂電解槽優(yōu)化后的氯氣凈化系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

從圖1可以看出，該公司多極鎂電解槽產(chǎn)出氯氣處理工藝比一般的鎂電解氯氣處理工藝增加了一級(jí)重力除塵室和硫酸淋洗除塵，從而更好地凈化了鎂電解氯氣，為液環(huán)式氯氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證，同時(shí)提高了除沫器終端出口氯氣的純度。

2 多極鎂電解槽電解氯氣的凈化處理系統(tǒng)優(yōu)化措施

由于多極鎂電解槽具有充分的密閉性及可自動(dòng)調(diào)節(jié)控制槽溫的功能，使得離槽陽(yáng)極氯氣的體積濃度一般都大于96%，氯氣中的電解質(zhì)揮發(fā)份粉塵含量相對(duì)無(wú)隔板電解槽產(chǎn)出的離槽陽(yáng)極氯氣低很多，一般在0.1%～0.3%，其余含有少量的氯化氫、氬氣及空氣等（見(jiàn)表1），因此，在多極鎂電解氯氣凈化處理整個(gè)流程中同樣必須全封閉，以確保除沫器出口氯氣體積濃度仍能保持在96%及以上。

2.1 重力降塵室的應(yīng)用

離槽陽(yáng)極氯氣流經(jīng)總管過(guò)程中，僅10%左右的電解質(zhì)揮發(fā)份粉塵隨氯氣溫度的下降緩慢沉積在管道內(nèi)中，而90%或以上的電解質(zhì)揮發(fā)份粉塵則進(jìn)入布袋除塵器。為降低布袋除塵器處理負(fù)荷，保證氯氣濃度，采取在布袋除塵器前的氯氣總管上各增加了一套重力降塵室進(jìn)行粉塵預(yù)處理，降低進(jìn)入布袋氯氣夾帶的粉塵濃度［3］。

圖1 優(yōu)化后氯氣凈化系統(tǒng)工藝流程圖

表1 多極鎂電解槽離槽陽(yáng)極氯氣成分

由于受生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空間位置及不停產(chǎn)的影響，增加的重力降塵室進(jìn)出口管徑及高度只能采用原氯氣總管管徑350 mm及標(biāo)高2 m，長(zhǎng)度和寬度最多只能定格為4 m和1.5 m，從而限制了重力降塵室的結(jié)構(gòu)尺寸，造成該重力降塵室的除塵效率相對(duì)偏低，但卻很大程度地降低了布袋的處理負(fù)荷。重力降塵室增加前后布袋前除塵效率比較見(jiàn)表2。

表2 重力降塵室增加前后布袋前除塵效率

2.2 布袋除塵器布袋材質(zhì)的優(yōu)化選用

由于鎂電解氯氣具有溫度高（約90℃）、酸腐蝕性強(qiáng)（Cl2、HCl等）以及含有微米級(jí)電解質(zhì)細(xì)粉塵（MgCl2、CaCl2、NaCl）等特點(diǎn)（見(jiàn)表3），對(duì)過(guò)濾布袋材質(zhì)的選擇及布袋除塵器各法蘭連接或盲堵處的密閉性要求均比較高，另外，反吹用的氣體必須干燥且不與氯氣及雜質(zhì)反應(yīng)。

表3 多極鎂電解槽電解氯氣中粉塵成分

為此，在布袋材質(zhì)方面，公司先后選用了如表4所示的滌綸針刺氈、PPS、玻璃纖維針刺氈和PTFE的不同材料布袋進(jìn)行試用；并嚴(yán)格按一級(jí)壓力容器制作要求進(jìn)行制作布袋除塵器設(shè)備，且在使用前嚴(yán)格打壓試驗(yàn)合格后方投入運(yùn)行；反吹氣體該公司初設(shè)為壓縮空氣，在運(yùn)行過(guò)程中由于空壓機(jī)干燥系統(tǒng)運(yùn)行不正常，造成出口露點(diǎn)一般在－10～＋10℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于反吹氯氣要求的壓空露點(diǎn)－40℃，導(dǎo)致氯氣中電解質(zhì)粉塵水解而腐蝕布袋及筒體、骨架等，為消除反吹氣體中水分造成的影響，最后該公司將反吹氣體更改為干燥潔凈的氬氣。表5為幾種型號(hào)布袋運(yùn)行后的除塵效率比較。

表4 不同型號(hào)布袋的基本參數(shù)

從表4和表5可以看出，滌綸針刺氈、PPS、玻璃纖維針刺氈和PTFE四種型號(hào)布袋的運(yùn)行結(jié)果表明：PTFE布袋具有更好的透氣性和耐高溫及除塵效率高等特點(diǎn)。

2.3 硫酸淋洗用循環(huán)酸泵及管道的優(yōu)化

該公司硫酸淋洗塔（循環(huán)用硫酸成分見(jiàn)表6）為1級(jí)淋洗的填料塔，該塔進(jìn)酸管中心線距塔底0米線高度為8 886 mm，距進(jìn)氣管中心線為3 650 mm，填料凈空高度為2 000 mm，噴頭為BCB－703－08標(biāo)準(zhǔn)。由于硫酸淋洗用酸循環(huán)泵及管道存在匹配不合理的問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)酸循環(huán)過(guò)程中流量小，噴淋力度不足，噴淋效果差等現(xiàn)象。

表7為優(yōu)化前后的硫酸循環(huán)泵及其管道的參數(shù)情況，從表7可以看出，原安裝配備的循環(huán)酸管道，硫酸流速過(guò)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍：1～3 m／s［4］，泵出口壓力小于系統(tǒng)的壓力損失，這樣造成硫酸進(jìn)入噴頭時(shí)的壓力過(guò)小，噴頭霧化效果差，淋洗效果不好。而優(yōu)化后管道內(nèi)的硫酸流速在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，選用的循環(huán)泵出口壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的壓力損失，可以大大提高硫酸進(jìn)入噴頭時(shí)的壓力，提高噴淋循環(huán)酸量和噴淋效果。表8為硫酸淋洗用泵及管道優(yōu)化前后循環(huán)酸流量及噴淋比面積的比較。

表6 淋洗用硫酸成分

表8 硫酸淋洗用泵及管道優(yōu)化前后對(duì)比

2.4 淋洗塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

原硫酸淋洗塔為填料塔，填料主要作用是增大氯氣和硫酸的接觸面積和時(shí)間，提高淋洗效果。但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：硫酸淋洗氯氣過(guò)程中，電解質(zhì)（MgCl2、CaCl2、NaCl）微細(xì)粉塵與硫酸反應(yīng)生成的硫酸鹽在硫酸循環(huán)過(guò)程中逐漸富集，易粘附填料表面，經(jīng)常造成填料堵塞、清理更換頻繁。為此，在提高布袋除塵效率及硫酸噴淋洗滌效果的基礎(chǔ)上，取消了塔內(nèi)的填料，改為空塔，從而解決了上述問(wèn)題。

電解質(zhì)粉塵與硫酸反應(yīng)式如下：

2.5 氣液分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

氣液分離器的主要作用是將氯壓機(jī)出口的氯氣－硫酸混合體進(jìn)行有效分離，氯氣經(jīng)分離器上出口至氯氣分配器，硫酸則留在分離器內(nèi)作為氯壓機(jī)液環(huán)的循環(huán)液用。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：氣液分離器內(nèi)的酸在循環(huán)過(guò)程中不斷減少，而氯氣分配器正壓腔及除沫器內(nèi)的酸量則逐漸增加，為確保生產(chǎn)正常運(yùn)行，必須定期人工排出氯氣分配器正壓腔及除沫器內(nèi)積酸，勞動(dòng)強(qiáng)度和安全隱患大，同時(shí)，造成除沫器除沫負(fù)荷大，除沫效果差。經(jīng)分析，主要是由于該氣液分離裝置雖采用的是旋風(fēng)分離原理，氣體出口管插入腔內(nèi)深度為筒體內(nèi)徑的10%，基本滿(mǎn)足旋風(fēng)分離原理的要求，但由于液環(huán)式氯壓機(jī)出口基本在0.15～0.20 MPa，出口管插入腔內(nèi)深度不足，造成混合體中的硫酸來(lái)不及分離就隨氯氣進(jìn)入氯氣分配器。將氣液分離器出口管插入分離器內(nèi)深度由100 mm延長(zhǎng)至300 mm后，經(jīng)氣液分離裝置后氯氣－硫酸混合體的分離效果由最初的80%提高至95%及以上。

2.6 除沫器除沫絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)及材質(zhì)的優(yōu)化

適宜的操作氣速是金屬絲網(wǎng)除沫器取得高效率的重要因素。氣速太低時(shí)，霧粒成漂浮狀，沒(méi)有撞擊網(wǎng)絲，即會(huì)隨著氣流通過(guò)絲網(wǎng)；氣速太高時(shí)，聚集的霧滴不易從絲網(wǎng)上降落，又被氣流重新帶走。設(shè)計(jì)氣速影響因素很多，有氣體和液體的密度，液體的表面張力、粘度、絲網(wǎng)比表面積，以及氣體中的霧沫量。其中以氣體和液體的密度影響最大。

氯氣除硫酸酸霧的最大允許氣速經(jīng)驗(yàn)公式［5］：

式中：ρl為濃硫酸密度／kg·m－3；ρg為氯氣密度／kg·m－3。

穿過(guò)金屬絲網(wǎng)的最佳氣速控制為經(jīng)驗(yàn)值：0.4～0.6Umax。據(jù)此該公司氯氣除硫酸酸霧的理論上最佳氣速應(yīng)為1.03～1.54 m／s。

在設(shè)計(jì)安裝除沫器時(shí)，該設(shè)備的規(guī)格型號(hào)均按滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)氯氣產(chǎn)能，即580～720 m3／h，則穿過(guò)金屬絲網(wǎng)氣速為：

式中：V為公司滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)的氯氣流量／m3·h－1；D為除沫絲網(wǎng)的直徑／m。

由于在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在很多客觀的問(wèn)題，往往實(shí)際產(chǎn)出的氯氣流量會(huì)小于465 m3／h，在不改變絲網(wǎng)直徑時(shí)穿過(guò)絲網(wǎng)的氣速將小于1.03 m／s，造成氣速偏低，酸霧未撞擊絲網(wǎng)則隨氣流穿過(guò)絲網(wǎng)。

為提高氯氣經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)除沫器的操作氣速，直接采用在絲網(wǎng)上下面各鋪上一塊環(huán)形擋板（耐沖刷、耐腐蝕材質(zhì)）的簡(jiǎn)單、便捷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)［6］（結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示）。同時(shí)，為提高霧滴與絲網(wǎng)之間的碰撞頻次和提高使用壽命，將絲網(wǎng)除沫器型號(hào)由S400－100 SP 20／20改為S400－200 DP 316L／316L［7］，即絲網(wǎng)厚度增加100 mm，絲網(wǎng)致密度由普通型改為高效型，材質(zhì)由普通20鋼改為316L合金。環(huán)形擋板的尺寸可根據(jù)氯氣流量變化來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 除沫絲網(wǎng)加環(huán)形擋板的示意圖

優(yōu)化前后的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表9，從表9可以看出，通過(guò)改進(jìn)除沫器絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，使得在同等氣速下夾帶酸霧的氯氣經(jīng)除沫后的氯氣中硫酸雜質(zhì)含量明顯降低，除沫效率明顯提高。

3 結(jié) 論

1.多極鎂電解槽產(chǎn)出的氯氣，在凈化系統(tǒng)中增

表9 除沫器絲網(wǎng)優(yōu)化前后氯氣中硫酸含量及除沫效率的對(duì)比

加重力沉降室，布袋除塵效率可以上升12%。

2.鎂電解氯氣除塵布袋材質(zhì)應(yīng)選用PTFE。

3.硫酸洗滌塔用酸循環(huán)泵及管道要根據(jù)氯氣流量配套使用。

4.氯氣通過(guò)除沫器絲網(wǎng)的最佳氣速要控制在1.03～1.54 m／s。

5.對(duì)整個(gè)氯氣凈化系統(tǒng)設(shè)備及工藝的大量?jī)?yōu)化研究改造，大大提高了氯氣凈化系統(tǒng)的凈化效果，使凈化后的氯氣中粉塵含量降低到10μg／g以?xún)?nèi)，硫酸降低到100μg／g以?xún)?nèi)，達(dá)到了氯化工序制備粗TiCl4和液化系統(tǒng)對(duì)氯氣質(zhì)量的要求。

［1］ 張永健.鎂電解生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2006.

［2］ 孟奇.電解鎂生產(chǎn)中的氯氣處理［J］.輕金屬，1998，（6）：38－40.

［3］ 李茹雅，祁君田，殷煥榮，等.布袋除塵器過(guò)濾效率影響因素研究［J］.熱力發(fā)電，2012，（1）：6－7.

［4］ 朱家驊，葉世超.化工原理［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［5］ 史金奇.干燥塔金屬絲網(wǎng)除沫器在低速下的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)［J］.硫酸工業(yè)，1994，（6）：26－27.

［6］ 葛光恩.干燥塔除沫器改進(jìn)［J］.硫酸工業(yè)，1991，（1）：58－59.

［7］ HG／T2168－1998，絲網(wǎng)除沫器標(biāo)準(zhǔn)［S］.

The Optim ization of Chlorine Purification System in M agnesium Electrolytic

ZHOU Yun-ying，SHIYu-ying
（Panzhihua Gangqi Xinyu Chemical Industry，Panzhihua 617000，China）

This article analyzed chlorine purification system｀s problems in magnesium electrolyzer producing process，such as low efficiency of dust removal and gas smuggles acid mist.By adding gravity settling before dust removal，optimizing leaching pumps and pipe structure in sulfuric acid scrubbing tower，changingmaterial quality of the bag filter andmesh diameter of screenmesh in demister，dust capacity in chlorine dropped to less than 10μg／g from 400 μg／g.Sulfuric acid mist capacity in chlorine dropped to less than 100μg／g from 700μg／g，and chlorine qualitymet requirements for both chlorination process producing titanium tetrachloride and liquefaction system，which significantly reduced the consumption of concentrated sulfuric acid and chlorine compressor pump spare parts，avoided problems of blocking and serious corrosion of chlorine liquefaction system，and reduced operating cost of chlorine purification system.

magnesium electrolytic；chlorine；purification system；optimization

X781.1

：A

：1003－5540（2014）06－0064－04

2014－09－16

周云英（1971－），女，工程師，主要從事鎂電解技術(shù)工作。