董曉政，王尚文，朱明

(甘肅北方三泰化工有限公司，甘肅 白銀 730900)

甘肅北方三泰化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“三泰公司”)原有10萬(wàn)t/a離子膜法燒堿裝置，采用的是藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司的離子膜電解槽，從2008年5月開(kāi)始投入運(yùn)行以來(lái)，一直為下游TDI配套提供氯氣。隨著TDI產(chǎn)能的不斷提高，產(chǎn)出的氯氣已無(wú)法滿足要求，在新建項(xiàng)目無(wú)法獲得審批的情況下，只能在現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行技術(shù)改造，將離子膜電解槽改為膜極距電解槽。隨著產(chǎn)能的增加，濕氯氣產(chǎn)生的大量熱能要進(jìn)行有效利用，因此對(duì)氯氣系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。

1 濕氯氣干燥工藝

1.1 濕氯氣干燥原理及工藝

離子膜電解槽在直流電作用下，陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，陰極產(chǎn)生氫氣和燒堿。氯氣中含有大量水分，經(jīng)過(guò)氣液分離裝置，濕氯氣和水形成氣液兩路，濕氯氣經(jīng)氯氣總管進(jìn)入氯水洗滌塔后，進(jìn)入鈦管冷卻器冷卻大量水分，再經(jīng)氯氣水霧捕集器截留部分水分后，進(jìn)入填料干燥塔用稀硫酸進(jìn)行干燥，最后由泡罩干燥塔中的濃硫酸吸收微量水分達(dá)到合格。

濕氯氣干燥系統(tǒng)主要利用冷卻和干燥兩種方式除水：①高溫氣態(tài)水遇冷后生成冷凝水，形成氣液兩種狀態(tài)去除大部分水分；②利用濃硫酸具有的吸水性，作為干燥劑，吸附氯氣中的微量水，使氯氣中的含水量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。氯氣干燥工藝過(guò)程如下：電解槽→陽(yáng)極液槽→洗滌塔→鈦冷凝器→氯氣水霧捕集器→填料塔→泡罩塔。

1.2 基于濕氯氣含水和余熱進(jìn)行的改造

電解槽產(chǎn)生的濕氯氣溫度在85 ℃左右[1]，含水60%，原工藝是將高溫濕氯氣通過(guò)氯氣總管自然散熱和洗滌塔低溫水帶走熱量。為降低氯氣中水含量，并充分利用高溫氯氣的余熱，將濕氯氣和精制后的一次鹽水進(jìn)行換熱。一次鹽水的溫度為50～60 ℃，在經(jīng)過(guò)二次鹽水精制和電解槽前，鹽水的溫度須提高到70 ℃，以往用蒸汽加熱才能達(dá)到該溫度?，F(xiàn)與濕氯氣換熱后，一次鹽水可以用少量的蒸汽或者不用蒸汽加熱即可達(dá)到要求的溫度。

改造后的氯氣干燥工藝過(guò)程：電解槽→陽(yáng)極液槽→氯氣換熱器→洗滌塔→鈦冷凝器→氯氣水霧捕集器→填料塔→泡罩塔。

1.3 改造后的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比

經(jīng)過(guò)改造，減輕了氯氣系統(tǒng)的負(fù)荷，氯氣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)由(7～8)×10-5下降至(5～6)×10-5。在夏季一次鹽水可不用蒸汽加熱即可使用，基本達(dá)到了改造目標(biāo)。

2 改造后存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)半年多的使用，尤其是在夏季高溫期運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了如下一些問(wèn)題。

(1)冬季運(yùn)行時(shí)氯氣換熱器冷凝下來(lái)的氯水量很少且不連續(xù)，夏季時(shí)，幾乎沒(méi)有冷凝下的氯水。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為是氯氣換熱器的氯水排放管線設(shè)計(jì)不合理，存在氣阻，導(dǎo)致氯水流通不暢。原氯水工藝如圖1所示。

圖1 原氯水工藝流程圖

(2)夏季高溫時(shí)，氯氣經(jīng)換熱后整個(gè)氯氣系統(tǒng)溫度超指標(biāo)運(yùn)行，導(dǎo)致氯中水含量偏高，最高時(shí)達(dá)到8.2×10-5。

(3)酸霧捕集器壓差偏高(指標(biāo)要求<10 kPa)達(dá)到7 kPa，增設(shè)換熱器前一直保持在(2～4) kPa。

3 進(jìn)一步改造

通過(guò)分析，結(jié)合上述問(wèn)題，對(duì)工藝和設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

(1)取消氯氣換熱器的氯水排放管線的U形管，并在氯氣總管與氯水排放管線之間加裝閥門，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)關(guān)閉閥門，停車時(shí)打開(kāi)閥門，避免產(chǎn)生氣阻，從排放口到陽(yáng)極液放凈槽的管線設(shè)置2°～5°的坡度。陽(yáng)極液放凈槽適當(dāng)保持液位高度，在40%～55%(液位也不能過(guò)高)。改造后工藝如圖2所示。

圖2 改造后氯水工藝流程圖

(2)經(jīng)過(guò)第一次改進(jìn)，氯氣換熱后的溫度下降了5 ℃，但后系統(tǒng)溫度仍舊超溫，為此三泰公司又對(duì)氯氣洗滌塔進(jìn)行改造，將原填料塔、泡罩塔直徑由2.2 m增加到2.5 m。增加1套洗滌塔洗滌水換熱器(并聯(lián)使用，冬季用1套，夏季2套全開(kāi))。

(3)酸霧捕集器由3個(gè)濾芯增加至4個(gè)濾芯，增大過(guò)濾面積30%。

4 蒸汽節(jié)約量計(jì)算[2]

(1)精鹽水流量為160 m3/h，質(zhì)量濃度為(305±5) g/L的密度按1.2×103kg/m3、比熱容按3.29 kJ/(kg·℃)計(jì)算。

(2)精鹽水被80 ℃濕氯氣加熱，一般升溫5～6 ℃，所以取Δt=5 ℃。

(3)壓力為0.2 MPa時(shí)，蒸汽潛熱H=2 307(kJ/kg)。

(4)回收熱量Q=cmΔt=3.29×160×1.2×103×5=3.16×106(kJ)。

折算成蒸汽為3.16×106÷2 307=1 370(kg)=1.37 t，則全年(年運(yùn)行時(shí)間按8 000 h計(jì)算)節(jié)約蒸汽：1.37×8 000=10 960(t)。蒸汽價(jià)格按103元/t計(jì)算，全年可節(jié)約成本：

10 960×103=112.89萬(wàn)(元)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上優(yōu)化，氯水冷凝量明顯增加，氯氣系統(tǒng)溫度達(dá)標(biāo)，酸霧捕集器壓差降至1.5 kPa，完全達(dá)到改造要求，并為今后氯堿生產(chǎn)線提高產(chǎn)能奠定了基礎(chǔ),提供了經(jīng)驗(yàn)。

氯堿生產(chǎn)過(guò)程能耗高、污染嚴(yán)重，在節(jié)能減排日益受到世界各國(guó)重視的今天，充分合理利用能源，控制污染物排放，保護(hù)環(huán)境等方面還有很多工作要做。