氯氣干燥工藝的選擇

1、堿工業(yè)第44卷第12期氯.44,No.12Vol2008年12月Dec.,2008Chlor-AlkaliIndustry【氯氫處理】氯氣干燥工藝流程選擇李風(fēng)格3(中國石化集團巴陵石化分公司,湖南岳陽414014)關(guān)鍵詞氯氣;干燥流程;工藝控制;除霧器摘要簡述了氯氣干燥原理及幾種典型的氯氣干燥工藝流程(串聯(lián)的填料塔組流程、強化型泡沫塔流程及填料塔與泡罩塔組合流程)。提出干燥塔組合流程要降低氯氣中水分,關(guān)鍵是嚴(yán)格控制進塔氯氣冷卻溫度、出塔硫酸濃度、進塔硫酸濃度和溫度以及出塔氯氣溫度等工藝參數(shù),同時選用效率較高的除霧過濾技術(shù)。中圖分類號TQ028.2文獻標(biāo)志碼B文章編號1008-133X(2008

2、)12-0017-04TheselectionofchlorinegasdryingprocessLIFeng-ge(BalingPetrochemicalBranchCo.,SINOPEC,Yueyang414014,China)Keywords:Abstract:chlorinegas;dryingprocess;processcontrol;demisterTheprincipleofchlorinegasdryingandseveralkindsoftypicalchlorinegasdryingproces2ses,suchasserialpackedtowersprocess,in

3、tensivefoamingtowerprocessandcombinedprocessofpackedtowerandbubblecaptower,areintroduced.Itispointedoutthatinordertodecreasethewatercontentinchlorinegas,thekeymattersaretostrictlycontrolprocessparameters,suchascoolingtempera2tureofinletchlorinegas,theconcentrationofoutletsulfuricacid,theconcentratio

4、nandtemperatureofin2letsulfuricacid,andthetemperatureofoutletchlorinegas,andselecthighefficiencydemistingandfilte2ringtechnology.氯氣處理是氯堿生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序,其任務(wù)是對電解來的濕氯氣進行冷卻、干燥和加壓輸送。經(jīng)過硫酸干燥后的氯氣如果水含量超標(biāo),將加劇氯氣輸送及液氯等工序的管道和設(shè)備腐蝕,給整個生產(chǎn)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重后果。目前,國內(nèi)部分氯堿企業(yè)處理后的氯氣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.005%0.010%之間,但大多數(shù)企業(yè)只能達到0.03%0.04%1。特別是隨著氯氣輸送工藝的不斷進

5、步,國內(nèi)很多氯堿企業(yè)逐步采用透平壓縮機取代傳統(tǒng)的納氏泵輸送氯氣工藝,對氯中水含量的要求越來越高。因此,采用合理的氯氣干燥工藝流程和工藝操作條件,降低干燥氯氣中的水含量,已成為企業(yè)決策者和專業(yè)技術(shù)層關(guān)注的焦點。1氯氣干燥原理工業(yè)上采用濃硫酸作為氯氣的干燥劑,是由于濃硫酸具有較高的脫水效率、不與氯氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、氯氣在硫酸中的溶解度低等優(yōu)點。氯氣的干燥,是在硫酸與濕氯氣接觸后,通過硫酸吸收氯氣中的水分實現(xiàn)的。因此硫酸干燥氯氣的實質(zhì)是水從氯氣中擴散到硫酸中的傳質(zhì)過程,而該過程能否進行或進行的程度如何,取決于氯氣分壓與硫酸液面上水蒸氣分壓的差值,也就是傳質(zhì)推動力。傳質(zhì)推動力越大,干燥效果就越好。溫度一

6、定時,硫酸濃度越高,水蒸氣分壓愈低;硫酸濃度一定時,溫度降低則水蒸氣分壓隨之下降,從而加大了傳質(zhì)過程中的推動力。因此,在操作時選擇適當(dāng)?shù)牧蛩釢舛群筒僮?作者簡介李風(fēng)格(1971),男,高級工程師,現(xiàn)任中國石化集團巴陵石化分公司環(huán)氧樹脂事業(yè)部燒堿車間主管,曾多次參與離子膜法、隔膜法燒堿技改項目。收稿日期2008-01-1517氯氫處理氯堿溫度,有利于提高氯氣干燥效果2。2氯氣干燥工藝流程目前較為先進、典型的氯氣干燥流程大致可分為3類1:串聯(lián)的填料塔組流程、強化型泡沫塔流程及填料塔與泡罩塔組合流程。2.1串聯(lián)的填料塔組流程北美、日本大多采用填料塔組流程2,此流程一般由雙塔、3塔或4塔串聯(lián)組合而成,

7、目前我國也有部分企業(yè)采用此流程,如中國石油化工股份有限公司齊魯分公司氯堿廠采用3臺填料塔串聯(lián)流程,浙江巨化股份有限公司采用4臺填料塔串聯(lián)流程3。這里僅介紹3塔串聯(lián)工藝流程(見圖1)。1干燥塔;2硫酸循環(huán)泵;3干燥塔;4硫酸循環(huán)泵;5干燥塔;6硫酸循環(huán)泵;7、8、9硫酸冷卻器圖1串聯(lián)的填料塔組流程如圖1所示,濕氯氣冷卻后進入干燥塔與塔頂噴淋的75%78%硫酸逆流接觸,除去部分水分后進入干燥塔,與比干燥塔中濃度略高的硫酸逆流接觸,再除去部分水分后進入干燥塔塔底,與濃硫酸逆流接觸,再除去部分水分,經(jīng)酸除霧器后去氯氣壓縮機。96%98%的濃硫酸進入干燥塔塔底,再用泵輸送經(jīng)冷卻器進入塔頂噴淋,吸水后流至

8、塔底;塔底多余的硫酸溢流到干燥塔塔底,用泵輸送經(jīng)冷卻器進入塔頂噴淋,吸水后回至塔底,多余的硫酸則溢流至干燥塔塔底,干燥塔內(nèi)硫酸循環(huán)方式與、干燥塔相同,干燥塔多余的硫酸則溢流到廢酸貯槽。填料塔流程操作平穩(wěn),彈性較大,塔的阻力降小,單塔的壓降一般在1.0kPa以下,且每個填料塔的液流循環(huán)量變化不大,能較好地平衡進塔氣量的變化,滿足相應(yīng)的氣液傳質(zhì)過程。由于填料塔的操作彈性較大,適應(yīng)氣相變化能力較強,在電解剛開車時氯氣流量較小的情況下,它幾乎與滿負荷操作相同,能達到對水分要求的指標(biāo),因而顯示其獨特之處。但填料塔占地面積大,投資較多,大修時清理檢修難度較大1。18工業(yè)2008年2.2強化型泡沫塔流程強化

9、型泡沫干燥塔(以下簡稱“強化塔”)有泡沫塔、泡罩塔形式,這些塔操作的空塔速度與填料塔大致相當(dāng),而強化塔與填料塔體積之比卻為1(1220),兩者體積相差甚大。在填料塔內(nèi)需用48s完成的干燥操作,在強化塔內(nèi)僅需數(shù)秒即可完成2。另外,強化塔采用的是外溢流、大液流冷卻循環(huán)的干燥方式,使液氣比大大增加,以實現(xiàn)強化干燥的目的。因此,強化型泡沫塔具有設(shè)備小、占地少、投資省、產(chǎn)量大、易操作的優(yōu)點,但阻力降比填料塔大,增加了氯氣壓縮機的動力消耗。該流程在國內(nèi)如原上海天原化工廠等廠家使用,其工藝流程見圖2。1泡沫干燥塔;2稀硫酸循環(huán)槽;3稀硫酸循環(huán)泵;4稀硫酸冷卻器;5濃酸循環(huán)槽;6濃酸循環(huán)泵;7濃酸冷卻器;8濃

10、酸高位槽;9酸除霧器;10廢酸貯槽圖2強化型泡沫塔工藝流程如圖2所示,濕氯氣冷卻后進入強化塔底部,通過5層塔板與硫酸泡沫層接觸吸收,干燥后的氯氣從塔頂排出,經(jīng)酸除霧器后去氯氣壓縮機。來自濃硫酸循環(huán)槽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%98%的濃硫酸由酸泵送至濃硫酸冷卻器,冷卻后進入濃硫酸高位槽,然后分為二路:一路經(jīng)過節(jié)流調(diào)節(jié)后進入濃酸段的第1塊塔板,吸收微量水分后通過外溢流回到第2塊塔板繼續(xù)吸收水分,然后通過外溢流回到濃硫酸循環(huán)槽;另一路濃硫酸經(jīng)節(jié)流調(diào)節(jié)后進入濃酸段的第3塊塔板,進行氣液相傳質(zhì)后,濃硫酸內(nèi)溢流至第4塊塔板。來自稀硫酸循環(huán)槽的稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為72%,由稀酸泵壓送至稀酸冷卻器,冷卻后直接進入第4塊塔

11、板,與第3塊塔板內(nèi)溢流下來的濃硫酸混合,并與濕氯氣進行充分的傳質(zhì)吸收后,經(jīng)外溢流至第5塊塔板,繼續(xù)與進塔的濕氯氣逆流接觸吸收水分,最后經(jīng)外溢流出塔板,返回稀硫酸貯槽,多余的第12期李風(fēng)格:氯氣干燥工藝流程選擇氯氫處理稀硫酸則溢流入廢酸槽4。2.3填料塔與泡罩塔組合流程填料塔與泡罩塔的組合流程最先由荷蘭阿克蘇公司開發(fā),簡稱為“阿克蘇流程”,歐洲等地應(yīng)用較多1。由于泡罩塔的塔板上留有一定厚度的硫酸層,氯氣從硫酸層中通過時,能使氣液兩相充分接觸;而且泡罩塔處理量大,塔板上安裝圓形或條形泡罩,增加了設(shè)備的操作彈性和對負荷變化的適應(yīng)性5。因此,該流程能很好地適應(yīng)氣體流量的變化,即在氣體流量較小時,填料塔

12、承擔(dān)干燥任務(wù);而在滿負荷運行狀況下,泡罩塔則以較快的速度完成傳質(zhì)吸收過程。目前,該流程已成為我國氯堿企業(yè)氯氣處理改造的首選流程,如浙江嘉化(集團)有限責(zé)任公司采用2臺填料塔加1臺泡罩塔流程6,上海氯堿化工股份有限公司采用1臺填料塔加1臺泡罩塔流程3。圖3介紹了3塔串聯(lián)的填料塔與泡罩塔流程。1干燥塔;2硫酸循環(huán)泵;3干燥塔;4硫酸循環(huán)泵;5泡罩塔;6硫酸循環(huán)泵;7、8、9硫酸冷卻器;10硫酸計量泵圖3串聯(lián)的填料塔與泡罩塔組合流程如圖3所示,濕氯氣冷卻后進入干燥塔與塔頂噴淋的質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%80%的硫酸逆流接觸,除去部分水分后進入干燥塔,與質(zhì)量分?jǐn)?shù)88%94%的硫酸逆流接觸4除去部分水分后,進入干燥

13、塔塔底,經(jīng)過塔下部的填料段后,依次通過5層塔板的泡罩,與塔板上的硫酸層充分接觸除去部分水分,然后經(jīng)酸除霧器送至氯氣壓縮機。98%濃硫酸通過計量泵從泡罩塔的頂層塔板加入,依次通過塔板自流至塔底后,多余的硫酸溢流至前面的填料塔,而塔多余的硫酸則溢流到廢酸貯槽。、干燥塔均采用酸泵對塔內(nèi)的硫酸進行噴淋循環(huán)。3干燥工藝流程的選用2000年7月,中國石化集團巴陵石化分公司環(huán)氧樹脂事業(yè)部5萬t/a離子膜燒堿裝置開工建設(shè),氯氣干燥選用了2臺填料塔加1臺泡罩塔串聯(lián)的3塔流程;2004年7月,隔膜法燒堿裝置氯氣干燥系統(tǒng)技術(shù)改造時,選用了1臺填料塔加1臺泡罩塔的2塔流程。隔膜法燒堿裝置的氯氣干燥工藝改造之前采用的是

14、泡沫篩板單塔流程,該塔設(shè)有4層塔板,采用內(nèi)溢流、小流量方式,操作時不僅泡沫層質(zhì)量不易控制和掌握,而且在干燥過程中,因硫酸吸水產(chǎn)生的熱量無法移出,故泡沫塔出口氯氣溫度一般在40以上,夏季有時高達60,造成出塔氯氣水含量經(jīng)常超標(biāo),夏季尤為嚴(yán)重。下面簡單介紹該套隔膜法燒堿裝置氯氣干燥流程的特點及工藝控制情況。3.1工藝流程及特點圖4為該套隔膜法燒堿裝置氯氣干燥流程改造后的簡圖。1水洗塔;2段鈦冷卻器;3段鈦冷卻器;4水除霧器;578%酸冷卻器;6干燥塔;794%酸冷卻器;8干燥塔;9酸除霧器;10酸計量泵;1194%酸泵;1278%酸泵圖4隔膜法燒堿裝置氯氣處理流程簡圖如圖4所示,改造后的氯氣干燥流

15、程具有以下2個特點。(1)氯氣干燥采用了填料塔與泡罩塔串聯(lián)的2塔流程,其中干燥塔裝有2層(每層3.5m高)HQ-AM73×27.5×4的PVC新型花環(huán)填料,干燥塔下部裝有1層3.5m高的73×27.5×4PVC花環(huán)填料,上部為5層泡罩塔板(每層25個泡罩),濃硫酸從頂層泡罩塔板加入,每個塔的填料段之間均采用循環(huán)量約50m3/h的硫酸對氯氣進行干燥脫水處理。每塔配1臺哈氏合金板式冷卻器,將硫酸吸收氯氣中水分而產(chǎn)生的熱量移走,降低硫酸表面的水蒸氣分壓,提高吸收效果。兩種不同類型的塔器串聯(lián)組合在一起,流程結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積較小,充分發(fā)揮了填料塔操作彈性大和泡罩

16、塔處理量大、干燥效率高的優(yōu)勢互補作用7。(2)該流程中水除霧器、酸除霧器均選用了美國孟山都(Monsanto)公司生產(chǎn)的高效、低阻力降玻璃纖維除霧過濾元件,其玻璃纖維除霧筒對粒徑大于3m的霧滴可100%除去,粒徑小于3m的粒子分離效率達99.3%,且阻力降低于1.5kPa。大大降低了塔的干燥負荷,同時減少了因酸霧夾帶造成氯氣含水量分析值偏高的情況。(下轉(zhuǎn)第26頁)19蒸發(fā)與固堿氯堿上揚,液化氣原料成本成為粒堿生產(chǎn)中不可忽視的因素,相比2003年,粒堿生產(chǎn)僅燃料費用就上升了300元/t左右(編者注:現(xiàn)在石油價格已降低,估計燃料費用也已降低)。因此,尋求價格低廉的燃料降低生產(chǎn)成本成為一種較好的節(jié)能

17、途徑。還可通過工藝改進、過程優(yōu)化來達到節(jié)能目的,例如,最終濃縮產(chǎn)生的二次蒸汽溫度達320,分別經(jīng)過預(yù)濃縮和蒸發(fā)效殼程后,還有大量剩余蒸汽從放空口排出,造成熱量損失。因此,工藝設(shè)計時應(yīng)考慮增大效真空泵的抽氣率,充分利用濃縮產(chǎn)生的二次蒸汽,合理利用中壓蒸汽,盡可能提高燒堿進最終濃縮器前的濃度,從而降低最終濃縮蒸發(fā)量,節(jié)約燃料,降低成本。(3)合理搭配固堿產(chǎn)品結(jié)構(gòu),降低能量損耗。由于粒堿生產(chǎn)的需要,粒堿單元每次啟動前或造粒單元短期停車時熔融堿進入溶解單元,會造成不小的能量損失。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,與片堿裝置配合使用,一方面可以省去溶解單元,另一方面便于生產(chǎn)(上接第19頁)3.2工藝控制為確保干燥氯氣

18、水含量穩(wěn)定,在操作過程中須加強以下5方面的工藝控制。(1)加強對氯氣的洗滌、冷卻,盡可能除去氯氣中夾帶的鹽霧等顆粒,將冷卻后的氯氣溫度控制在4555之間。(2)嚴(yán)格控制干燥塔入口的氯氣溫度。操作時干燥塔入口的氯氣溫度嚴(yán)格控制在1215范圍。(3)進塔濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在96%以上,同時濃硫酸溫度要求控制在1116之間,以降低硫酸液面上的水蒸氣分壓。(4)經(jīng)干燥處理出塔后的氯氣溫度嚴(yán)格控制在20以下。(5)干燥塔溢流至廢酸槽的硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求控制在78%84%之間。4結(jié)語目前國內(nèi)氯堿企業(yè)采用的氯氣干燥流程雖然不盡相同,但無論是采用多臺填料塔串聯(lián),或帶有稀硫酸、濃硫酸循環(huán)冷卻的強化型泡沫塔,還是采用填料塔與泡罩塔串聯(lián)的組合流程,要降低氯氣中水分,關(guān)鍵是嚴(yán)格控制好各項工藝指標(biāo),特別是要加強最后一塔的進塔硫酸濃度、溫度以及出塔氯氣溫度的控26工業(yè)2008年調(diào)整,建議投資時先考慮片堿裝置,再適時配套粒堿裝置。(4)要確保粒堿裝置長期、平穩(wěn)運行,物料輸送是最大的限制因素,因此,粒堿裝置的物料輸送將成為今后完善粒堿工藝的一個重要問題。(5)粒堿產(chǎn)品的包裝也是今后需要完善的問題,目前金泰氯堿采用的是德國進口的FFS包裝機,雖然該型包裝機可實現(xiàn)粒堿產(chǎn)品的全自動包裝,但單層P