氯气干燥工艺的改进与优化

王昌，刘刚，姜宇峰

（神马氯碱化工有限责任公司，河南平顶山467000）

氯气干燥工艺的改进与优化

王昌，刘刚，姜宇峰

（神马氯碱化工有限责任公司，河南平顶山467000）

为解决原离子膜烧碱项目中氯气处理工艺存在的问题，在新建的20万t/a离子膜烧碱项目中采用2种塔型串联的氯气处理模式，并计算和绘制了塔的负荷性能图。按照负荷性能图对操作系统进行了优化。实践证明，改进后的干燥系统操作稳定，不但使处理后的氯气质量达到工艺指标，而且大大降低了浓硫酸的用量。既降低了生产成本，又减少了排放量。

氯气；硫酸；填料塔；泡罩塔；干燥

氯气处理主要任务是降低氯气中水含量，减少夹带的盐雾等杂质，并加压输送到下一工序。它关系着系统的安全、可靠、经济、稳定运行。提高氯气质量对延长设备和工艺管线的寿命，保障安全生产尤为重要。因此，河南神马氯碱化工公司在新建的20万t/a离子膜烧碱项目建设中把氯气处理工序作为项目建设的重点之一。

1 原工艺概况

该公司10万t/a离子膜烧碱生产中，氯气干燥工艺流程是在负压条件下，高温、高湿氯气首先进入氯水洗涤塔降温、除去夹带盐等杂质，接着，进入钛管冷却器和水雾捕集器，然后在进入组合式干燥塔的填料段与稀硫酸逆向接触干燥后，进入组合式干燥塔的泡罩塔段被浓硫酸进一步干燥，最后，经过酸雾捕集器除去酸雾得到符合工艺指标的氯气。该干燥生产工艺虽安全、稳定，但不适合更大量的氯气处理，而且浓硫酸消耗量大。夏季吨氯消耗浓硫酸23 kg，冬季吨氯消耗浓硫酸21 kg。

经过分析发现，浓硫酸消耗大的主要原因是原有干燥工艺流程较短，若要达到氯气干燥的工艺指标，就不得不加大浓硫酸量。理论上，98%硫酸从泡罩塔的顶层塔板加入，依次通过塔板自流至塔底后，质量分数达到88%～94%时，才排到填料塔。实际操作中，为了实现氯中含水≤0.02%；氯气纯度≥98%的工艺指标，不得不加大浓硫酸的流量。这样就导致大量高浓度的硫酸过早地溢流入填料塔，使填料塔排出的废酸浓度提高。

浓硫酸消耗量大的另外一个原因是所用浓硫酸杂质多。

因此，为了满足20万t/a离子膜烧碱生产中的氯气处理要求、降低浓硫酸消耗，必须对现有的氯气处理工艺进行改进。

2 工艺优化

氯气的干燥实质是硫酸与湿氯气接触后，水从氯气扩散到硫酸中的传质过程。该过程是靠氯气中的水蒸气分压P1与硫酸中组分水的平衡水蒸气分压P2之差ΔP推动的，即传质推动力为ΔP=P1-P2[1]。传质推动力越大，干燥效果就越好。由于硫酸吸收水分时放出大量热，而硫酸浓度一定时，温度高时水蒸气分压就高，则传质推动力ΔP降低。因此，在干燥操作时应控制浓硫酸的温度。特别是最后一塔的进酸温度，因为被干燥后的氯气中含水量取决于最后一塔内硫酸液面上的水蒸气分压[2]。

目前，常用的氯气干燥设备有3种，即填料塔、强化泡沫塔和泡罩塔。

填料塔操作平稳，弹性较大，塔的阻力降小，但占地面积大，投资较多，大修时清理检修难度较大[3]。强化泡沫干燥塔易操作，且弥补了填料塔投资大、占地大的不足，但该塔的阻力降大，动力消耗大[4]。因此，该公司与成达化工设计院合作，对原工艺进行了改进，采用填料塔与泡罩塔组合流程，设计建设了20万t/a离子膜烧碱项目中氯气处理工序，改进后的氯气干燥工艺流程见图1。该流程结构紧凑，占地面积较小，充分发挥了填料塔操作弹性大和泡罩塔处理量大、干燥效率高的优势。

氯气中被干燥后的水含量取决于最后一塔工艺指标的控制，因此，需要知道泡罩塔的负荷性能。

要降低浓硫酸消耗，首先要在保证氯气质量合格、安全生产的前提下，尽可能地降低泡罩塔中浓硫酸的流量。因此，结合目前泡罩塔的规格参数，计算出它的水力学性能，并绘出塔板的负荷性能图（见图2）。图中通过原点的线是操作线，其余5条曲线围成的闭合区域为适宜的操作区域。

由图2可以看出，同样的氯气量可以有多个硫酸流量与之匹配。如要降低硫酸的消耗，就要在操作区域内，尽量使硫酸流量接近下限。通常，为了安全稳定生产，保持流量稍大于下限流量。只要根据氯气流量适时调节硫酸流量，就能节约大量硫酸。

在此基础上，还应该提高浓硫酸的质量，降低杂质含量。这样，也可以延长塔的大修周期。浓硫酸的质量控制标准见表1。

表1 浓硫酸的质量标准

3 结论

20万t/a离子膜烧碱项目建成投产半年以来，经氯处理工序处理后的氯气均达到各项工艺指标，氯中含水≤0.01%；氯气纯度≥98%。而且，浓硫酸消耗量大大降低，即使在夏季，每干燥1吨氯气，浓硫酸消耗未超过20 kg。

改进工艺后，干燥系统稳定，干燥后的氯气质量达到各项工艺指标，而且大大降低了浓硫酸的用量，降低了生产成本。

[1]谭天恩，等．化工原理.北京：化学工业出版社，1998：20-30.

[2]李风格.氯气干燥工艺流程选择.氯碱工业，2008，44（12）：17-18.

[3]沈志良．强化型氯气泡沫干燥塔的设计与应用.中国氯碱，2002（6）：23-26.

[4]方度，蒋兰荪，等.氯碱工艺学.北京：化学工业出版社，1990.

[5]曾宇峰.氯气及液氯精制技术.中国氯碱，2000（8）：17-19.

Innovation and optim ization of drying processof chlorinegas

WANGChang,LIUGang,JIANGYu-feng
(Shenma Chlor-alkaliChemicalCo.,Ltd.,Pingdingshan,467000,China)

The treatmentmodel of chlorine gas with the two towers in series was used in 200 kt/a ionic membrane caustic soda new project for the solution ofexisting problems in old ionicmembrane caustic soda project.The load capacity figure of the tower was computed and drawn,and the operation system was optimized.The quality of the chlorine after treatmentmet each technology requirements with new stale operation system,and the usage ofsulfuric acid was reduced largely.The production coastand dischargewere reduced.

chlorine gas;sulfuric acid;packing tower;pubble tower;dry

book=10,ebook=216

TQ124.4+16

B

1009－1785(2010)06－0010-02

2010-02-02