電解系統(tǒng)廢氯氣的處理

前言近年來，隨著經濟的發(fā)展，我國的氯堿化工合成領域也越來越廣泛并且和人民生活用品息息相關，隨著樓市的擴建PVC的消耗數(shù)量不斷增加。造紙業(yè)、漂泊業(yè)、消毒劑等都離不開次鈉。本篇論文論述了我在畢業(yè)設計期間所從事工作的研究課題一一電解系統(tǒng)廢氯氣的處理的吸收工藝特點、設備以及對其進行的工藝技措的優(yōu)化使工藝運行更加平穩(wěn)安全環(huán)保。第一節(jié)主要是從研究背景和工藝現(xiàn)狀進行開題，第二節(jié)進行對工藝原理進行詳細介紹和工藝流程圖進行詳講。第三節(jié)主要從裝置主關鍵設備和設備的特點進行闡述。第四節(jié)從工藝運行期間進行的九項工藝技措，從而使次鈉系統(tǒng)更加環(huán)保，操作簡單，完全實現(xiàn)自動化控制。第五節(jié)主要是在日常生產和研究中得出的操作注意事項溫度、濃度、壓力。第六節(jié)進行總結論文。論文以研究工作的進展順序為序，分章、節(jié)逐一論述了課題的來源，目的及意義，實踐過程中遇到的問題與難點及其解決方法與措施。電解系統(tǒng)廢氯氣的處理摘要介紹離子膜電解裝置用的二級廢氯吸收工藝流程，離子膜法制堿生產中廢氯氣的處理原理及工藝，指出了工藝操作的注意要點，著重介紹了九點改進：安裝變頻器，風機由遠傳控制，改造二級廢氯循環(huán)堿液罐罐頂與廢氯總管相連，定期清洗吸收塔，安裝壓力遠傳，增加現(xiàn)場氯氣吸收管線，廢氯積水配次鈉，地溝次鈉回收箱，次鈉吸收塔并聯(lián)。關鍵詞：離子膜電解；廢氯氣；燒堿；處理ElectrolyticwasteofchlorinegastreatmentsystemAbstractThetreatmentprinciplesandprocessofwastechlorinegasinionicmembranecausticsodaproductionwereintroduced.Thekeypointsneedingpayattentiontowereputforward.Focusesontheimprovementofnineareas:Installingthedrive,Thefaniscontrolledbytheremote.TransformationofsecondarywastelyechlorinecycletopjarsconnectedwithwastechlorineExplorer,Regularcleaningabsorber,Remoteinstallationofpressure,Increaseon-sitechlorineabsorptionlines.Wastewaterwithsodiumchloridetimes,Sodiumwastebinstime，Sodiumabsorptiontowerinparallel.Kaywords:ionicelectrolysis;wastechlorinegas;cuasticsoda;treatment目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 I\o"CurrentDocument"電解系統(tǒng)廢氯氣的處理 II摘要 II\o"CurrentDocument"1論文研究背景和現(xiàn)狀 1\o"CurrentDocument"1.1研究背景 1\o"CurrentDocument"1.2研究現(xiàn)狀 1\o"CurrentDocument"2廢氯氣處理工藝 1\o"CurrentDocument"2.1廢氯氣處理的原理 1\o"CurrentDocument"2.2廢氯氣的處理工藝 1\o"CurrentDocument"3廢氯氣處理裝置 1\o"CurrentDocument"3.1廢氯氣處理裝置的主要設備 2\o"CurrentDocument"3.2廢氯氣處理裝置的特點 4\o"CurrentDocument"4該裝置進行以下九方面的技措優(yōu)化 5\o"CurrentDocument"4.1安裝變頻器 5\o"CurrentDocument"4.2將風機設定為遠傳啟動 5\o"CurrentDocument"4.3二級廢氯循環(huán)堿液罐罐頂與廢氯總管相連 5\o"CurrentDocument"4.4定期清洗吸收塔 5\o"CurrentDocument"4.5安裝壓力遠傳 6\o"CurrentDocument"4.6增加現(xiàn)場氯氣吸收管線 6\o"CurrentDocument"4.7廢氯積水配次鈉 6\o"CurrentDocument"4.8地溝次鈉回收箱 6\o"CurrentDocument"4.9次鈉吸收塔并聯(lián) 6\o"CurrentDocument"5廢氯氣處理操作中的注意事項 6\o"CurrentDocument"5.1嚴格控制操作溫度 6\o"CurrentDocument"5.2嚴格控制循環(huán)堿液罐里的堿液的濃度 7\o"CurrentDocument"5.3注意廢氯氣處理裝置壓力的變化 7\o"CurrentDocument"6結論 7\o"CurrentDocument"參考文獻 8致謝 91論文研究背景和現(xiàn)狀1.1研究背景離子膜法電解制燒堿技術是目前世界上最先進電解制燒堿技術，但是在離子膜電解槽開停車時會產生一定量的低純度的廢氯氣以及在生產中由于氫氣量的不足必須要經廢氯系統(tǒng)吸收否則不能達標排放。1.2研究現(xiàn)狀新疆中泰化學阜康能源有限公司從2012年9月1#裝置30萬t/a離子膜燒堿一次開車成功，相距2012年10月2#裝置30萬t/a離子膜燒堿也順利的開車成功，在短短的一年生產中對于裝置也進行了大大的改良和優(yōu)化操作以及安全。保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運行，次鈉系統(tǒng)也可以更加安全環(huán)保的處理廢氯尾氣，為裝置應急和生產保駕護航。二級廢氯吸收裝置，采用國內比較先進、成熟的設備，系統(tǒng)的運行全部采用DCS自動控制。目前該裝置運行平穩(wěn)、良好。全天24h運行，隨時平衡、吸收前面系統(tǒng)輸送的廢氯。本工業(yè)園區(qū)里有三套次鈉系統(tǒng)分別是1#裝置有一套，2#裝置有一套，液氯包裝有一套。2廢氯氣處理工藝2.1廢氯氣處理的原理氯氣是劇毒物質，耐毒極限為3mg/m3,車間空氣中含氯量最高容許濃度為1mg/m3。為了解決電解槽及其他工序在開停車、檢修和清理時排放的廢氯氣、以及正常生產中氯酸鹽處理系統(tǒng)產生廢氯、正常生產中液氯液化尾氣及液氯包裝產生的廢氣，或者發(fā)生事故時緊急排放氯氣，在氯氣處理工序設置了廢氯氣處理及事故氯氣處理裝置。廢氯氣或事故氯處理裝置的原理是用質量分數(shù)為15%左右的NaOH堿液吸收氯氣，化學反應式：2Na0H+C12=NaC1O+NaCl+H2O+106kJ由于反應是放熱反應，必須及時移出熱量，控制反應溫度低于40°C為宜，以免有效氯的分解。反應時還要注意通氯量，通氯過量時將發(fā)生過氯化反應，使全部次氯酸鈉瞬間分解，造成次鈉分解事故，為此必須控制氫氧化鈉過量0.1%?1.0%（有效堿為1.5?10g/L）,反應終止時及時分析其殘留堿量。2.2廢氯氣的處理工藝廢氯氣處理采用燒堿吸收雙塔工藝流程。廢氯氣的處理工藝流程見圖1。電解工序來的事故氯氣或氯氫處理工序的開、停車廢氯氣、氯酸鹽處理系統(tǒng)及正常生產中液氯來的包裝抽氣，液氯儲槽來的安全閥氯氣、氯氫處理工序超壓排放的氯氣和液氯來的液化尾氣等進入一級廢氯氣吸收塔下部，在填料層與堿液塔頂循環(huán)噴淋下來的15%稀堿液逆向接觸，進行更加有效的吸收反應。從塔頂出來的含氯尾氣再進入二級廢氯氣吸收塔底部，在填料層繼續(xù)與15%稀堿液反應。達到環(huán)保排放標準的尾氣經塔頂導出，通過鈦風機將合格的尾氣排入大氣。通過壓力自動控制調節(jié)風機頻率，保證系統(tǒng)操作壓力的穩(wěn)定。3廢氯氣處理裝置

3.1廢氯氣處理裝置的主要設備為了充分利用我公司液氯生產工段現(xiàn)有的處理廢氯氣生產次氯酸鈉的設備，為了防止液氯生產工段發(fā)生事故，本裝置與液氯工段的抽真空裝置（用于液氯包裝抽瓶或者氯氣設備及管道檢修時抽真空的裝置）的部分設備，如堿液循環(huán)罐，冷卻器，循環(huán)堿泵，倆套裝置可同時投入生產，處理廢氯氣主要包括離子膜電槽和單槽開車的低純度的廢氯氣，各生產槽放空廢氣和氯氣正負水封溢流出的氯氣，考慮到離子膜電槽會突然發(fā)生緊急事故自動跳閘停車，我們在離子膜槽氯氣總管上安裝了自動聯(lián)鎖裝置，一切發(fā)生緊急停車，閥門就會自動從氯氣總管系統(tǒng)切換到廢氯氣吸收系統(tǒng)。9B坤LCWR6A7AwLCW6B7B32?t10ALA3A——4A4B—W9B坤LCWR6A7AwLCW6B7B32?t10ALA3A——4A4B—W1r^5A5B格見表1。堿液循環(huán)罐中的循環(huán)堿液在循環(huán)吸收氯氣過程中濃度不斷降低，待反應液有效氯質量分數(shù)＞10%（有效氯大于150g/L）過堿量約為1%（有效堿1.5?10g/L）時，即停下啟用備用罐。然后，把罐中次氯酸鈉溶液作為成品經次氯酸鈉成品泵輸送到成品罐，再從蒸發(fā)打32%堿與河水配制好15%稀堿液作為備用新罐。裝置中的堿液高位罐設置有自動開關閥，并與一、二級堿液吸收循環(huán)泵連鎖。當一級堿液吸收循環(huán)泵或二級堿液吸收循環(huán)泵在停電或者發(fā)生故障停泵時自動打開，稀堿液從堿液高位罐進入一級廢氯氣吸收塔或二級廢氯氣吸收塔吸收廢氯氣，避免因停泵而發(fā)生跑氯事故。表1廢氯氣處理裝置主要設備一覽表序號設備名稱設備位號規(guī)格型號數(shù)量技術參數(shù)工藝介質1引風機C-520A/B9-26Nq4.5D(1)2離心式額定風量：3000m3/h全壓：0.005MP廢氯氣2一級堿液冷卻器E-510臥式DN900X5110FN=170m21V（殼程/管程）=1.38/1.77m3,臥式，外形尺寸：ID900H5110,換熱器型式：BEM換熱器程數(shù)（殼程/管程）：1/4操作（殼程/管程）溫度：7-12/42-35°C，操作（殼程/管程）壓力：0.4/0.4MPa，設計（殼程/管程）溫度：100/100C，設計（殼程/管程）壓力：0.5/0.5MPa傳熱面積：170m冷凍水/NaOH、NaClO3二級堿液冷卻器E-520臥式DN600X4640FN=73m21換熱器型式：BEM換熱器程數(shù)（殼程/管程）：1/4操作（殼程/管程）溫度：7-12/42-35C，操作（殼程/管程）壓力：0.4/0.4MPa，設計（殼程/管程）溫度：100/100C，設計（殼程/管程）壓力：0.5/0.5MPa物料（殼程/管程）名稱：冷凍水/NaOH、NaClO傳熱面積：73m冷凍水/NaOH、NaClO4一級堿液循環(huán)泵P-510A/B200FSB-30L2流量：287m3/h揚程（正常）：30m電機功率：Y280S4-4液堿5二級堿液循環(huán)泵P-520A/B100FSB-30L2流量：94m3/h揚程：30m電機功率：Y160L-2T8.5Kw液堿6次氯酸鈉成品泵P-522100FSB-50L1流量：100m3/h揚程：50m電機功率：Y200L1-2-30Kw次氯酸鈉

10111213一級廢氯氣吸收塔二級廢氯氣吸收塔一級堿液循環(huán)槽二級堿液循環(huán)槽堿液咼位槽二級堿液循環(huán)槽堿液咼位槽T-510T-520V-510A/BV-520A/BV-522V-520A/BV-522立式10111213一級廢氯氣吸收塔二級廢氯氣吸收塔一級堿液循環(huán)槽二級堿液循環(huán)槽堿液咼位槽二級堿液循環(huán)槽堿液咼位槽T-510T-520V-510A/BV-520A/BV-522V-520A/BV-522立式V=88.4m3ID3000H~12500立式V=19.2m3ID1400H~12500立式V=71.5msID=4500H4500立式V=71.5msID=4500H4500立式V=34m3ID=3200H4200立式V=71.5msID=4500H4500立式V=34m3ID=3200H4200塔型：填料塔，操作壓力Mpa(G)：-0.005~0.03,操作溫度。C：塔底70塔頂50,，殼體材料：PVC+FRP,氣量Nm3/h：'5000,氣體比重kg/m3：1.5~2.5，液體比重kg/m3：1200,液體噴灑物kg/m3：250,填料容積m3/h：30.772塔型：填料塔，操作壓力Mpa(G)：-0.005，操作溫度C：塔底60塔頂50,，氣量Nm3/h：'2000,氣體比重kg/m3：1.5~2.5,液體比重kg/m3：1200，液體噴灑物kg/m3：62,填料容積m3/h：7.693外形尺寸：ID4500H5780,操作溫度:35C，操作壓力：-0.005-0.03MPa,設計溫度：50C，設計壓力：-0.01-0.04MPa氯氣氯氣次氯酸鈉V=71m3,立式，外形尺寸：ID4500H5650,操作溫度：35C,操作次氯酸壓力：-0.005-0.01MPa,設計溫度：鈉50C，設計壓力：-0.01-0.04MPaV=33.7m3,立式，外形尺寸：ID3200H5400,操作溫度：40C,操作15%的氫壓力：常壓，設計溫度：50C，設氧化鈉計壓力：滿液V=71m3,立式，外形尺寸：ID4500H5650,操作溫度：35C,操作次氯酸壓力：-0.005-0.01MPa,設計溫度：鈉50C，設計壓力：-0.01-0.04MPaV=33.7m3,立式，外形尺寸：ID3200H5400,操作溫度：40C,操作15%的氫壓力：常壓，設計溫度：50C，設氧化鈉計壓力：滿液3.2廢氯氣處理裝置的特點由圖1可知，雙塔處理廢氯氣工藝以一級吸收塔為廢氯氣處理主塔，二級吸收塔為保護塔，且以廢氯氣吸收塔、堿液循環(huán)罐、堿液吸收循環(huán)泵和堿液冷卻器作為2個循環(huán)吸收系統(tǒng)，每個循環(huán)系統(tǒng)可獨自循環(huán)吸收廢氯氣。與單塔流程相比，雙塔流程的優(yōu)點是當一個循環(huán)吸收系統(tǒng)的設備發(fā)生故障時，另一個循環(huán)吸收系統(tǒng)仍可發(fā)揮作用，使廢氯氣處理裝置不至停止運行。流程中的堿液高位罐設置有自控閥，通過壓力控制與一、二級堿液吸收循環(huán)泵連鎖，當一級或二級堿液吸收循環(huán)泵在發(fā)生故障停泵時，自控閥打開，堿液高位罐中稀堿液進入一級廢氯氣吸收塔或二級廢氯氣吸收塔吸收廢氯氣，避免因停泵而發(fā)生跑氯事故。裝置中的堿液吸收循環(huán)泵與尾氣風機均設有應急電源，在全廠停電時立即啟動應急電源，使事故狀態(tài)下的廢氯氣得到處理。4該裝置進行以下九方面的技措優(yōu)化4.1安裝變頻器原來在沒有變頻器的時候，廢氯系統(tǒng)的氯氣在開次鈉或者投用氯酸鹽、停車時候，隨著廢氯氣的量的變化而要調節(jié)鈦風機的進口閥，那樣給現(xiàn)場增加了操作勞動量，而且使應急時間延長而且也有可能造成氯氣大量泄漏事故，對現(xiàn)場設備以及人造成不可估量的風險以及危害。在吸收塔的出風口鈦風機處安裝變頻與廢氯總管進口壓力掛連鎖，調節(jié)吸收系統(tǒng)的負壓值保持在-1?-2kPa左右，風機全速運行。風機的轉速和系統(tǒng)的負壓連鎖，吸收系統(tǒng)的負壓值保持在-1?-2kPa左右，這樣是廢氯總管里的負壓保持恒定，總管的壓力也保持波動較小，可以更加有效的抑制了因壓力波動而造成廢氯溢出事件的發(fā)生，更加環(huán)保更加的方便操作。在一般的開次鈉情況變頻不需要進行手動干預，但是在次鈉出成品進行倒灌時候需要進行手動來調節(jié)變頻(本裝置負壓為-1.5KPA)。如表1,對于次鈉開度3.5是已經很大的開度所以反應時間也很快。表1序號變頻(%)次鈉開度(%)反應時間(h)168119268.91.517369.82154713145733.5114.2將風機設定為遠傳啟動最初設計風機安裝在吸收塔出口處，在氯氣處理四樓，操作柱也在四樓。操作人員對于應急以及故障處理不方便，不能夠及時的處理所出現(xiàn)的問題，給廢氯氣外溢提升了機會，而且在出現(xiàn)故障切換備用風機時也不方便，經過討論，決定將鈦風機風機設定為DCS遠傳控制啟動。這樣操作方便、簡捷、而且可以及時的發(fā)現(xiàn)問題處理問題。此項措施取得了明顯效果，工藝布局也很合理。這樣做大大的減少了現(xiàn)場的勞動強度而且更好的為應急或者故障提高了寶貴的時間，從而避免了氯氣泄漏事故，更加環(huán)保更加方便員工操作。4.3二級廢氯循環(huán)堿液罐罐頂與廢氯總管相連原來堿液循環(huán)罐都有溢流管直接與外界對空，那樣若遇到次鈉分解整個廠房都是氯氣味，對設備、人、環(huán)境造成了很大的影響和危害，而且不能夠為員工建立一個安全的工作環(huán)境，也使應急操作更加被動。為了避免次鈉分解氯氣外溢，從而將次鈉堿液循環(huán)罐與廢氯總管進口相連，這樣可以更好的保護設備以及人的安全，也可以更加環(huán)保更加安全。若有分解的氯氣，可以在進行二次吸收，與循環(huán)堿液繼續(xù)反應。4.4定期清洗吸收塔對于運行的次鈉吸收塔隨著時間的推進，次鈉一級塔與二級塔以及進口負壓壓差也會逐漸增大，負壓壓差增大對于鈦風機變頻也會增大。最終分析為次鈉塔結鹽，因為吸收塔的分布器和換熱器通道狹細，更需要清洗，堿液循環(huán)管道也需要清洗。原來次鈉倆塔之間負壓增大只能夠在產次鈉時候，對交完次鈉罐的罐補充20%-30%的河水，在倒罐啟動堿液循環(huán)泵用河水進行洗塔，至少清洗30分鐘左右?，F(xiàn)在為了有效的控制這種現(xiàn)象經常性的發(fā)生，而增設了河水補水管線清洗吸收塔，在次鈉塔正常運行的情況也可以清洗,給生產和運行帶來了很大的方便。不會因負壓壓差過大而啟動倆臺鈦風機運行，為節(jié)能降耗打下了良好的基礎。增設的河水管線此操作更加方便更加合理而且也為員工減少了勞動力。每一次處理事故后，在循環(huán)塔內配15%左右的燒堿時，均是先加水，然后用水在吸收塔內循環(huán)近1h,清洗堿液循環(huán)管道，尤其吸收塔的分布器和板式換熱器，通道狹細，更需要清洗。清洗后再配堿，保證堿液循環(huán)管道暢通。4.5安裝壓力遠傳在裝置的運行中，通過溫度顯示判斷是否有氯氣進入該裝置。氯氣和燒堿反應是放熱反應，因此，若板式換熱器的進口溫度升高，則氯氣進入該裝置，但不知是氯氣泵前的氯氣進入該裝置，還是氯氣泵后的氯氣進入該裝置。隨后在進入該裝置的泵后、泵前的氯氣管道安裝遠傳壓力計，并設置報警，提前提示處理事故，遏制事故的發(fā)生。4.6增加現(xiàn)場氯氣吸收管線原來的現(xiàn)場比如在檢修泵或者現(xiàn)場取樣氯氣外溢會給周邊環(huán)境以及設備、人造成很大的不確定影響。最后在氯氣處理一樓、和脫氯二樓分別增設了倆條軟管可以更加有效的吸收現(xiàn)場的氯氣。保證了生產的更平穩(wěn)運行也為現(xiàn)場環(huán)境創(chuàng)造了一個良好的環(huán)境，遏制事故的發(fā)生。4.7廢氯積水配次鈉原來設計的是次鈉用河水配次鈉這樣每次大約9m3河水，最后進行工藝改造對其廢氯積水引至次鈉罐，可以更好的降低河水的消耗，而且氯水中本來就帶了一部分氯，這樣也使次鈉產量有所提高。4.8地溝次鈉回收箱原來每次取樣或者做樣都是現(xiàn)場留個次鈉回收桶，對周邊環(huán)境不太美觀，最后將次鈉循環(huán)罐附近一段地溝設置回收箱，取樣更加方便，也使現(xiàn)場5S管理更加有序。4.9次鈉吸收塔并聯(lián)原來次鈉塔是串聯(lián)的，在遇到次鈉塔泄漏或者處理一級次鈉塔的時候，必須停次鈉或者停車處理，那樣給生產帶來的很大影響。現(xiàn)在次鈉塔可以改為串聯(lián)，將次鈉氯氣改至二級次鈉塔吸收即可，可以使生產更加穩(wěn)定。5廢氯氣處理操作中的注意事項5.1嚴格控制操作溫度由于吸收反應是放熱反應，必須及時移出熱量，及時調節(jié)堿液冷卻器的循環(huán)冷卻水或冷凍水閥門，控制反應溫度低于35°C，以免因溫度過高使循環(huán)堿液的溫度繼續(xù)升高，一方面造成循環(huán)堿液對廢氯氣吸收能力下降，另一方面會造成次氯酸鈉分解，因此在反應過程中必須及時移走熱量°35C以下，可以提高吸收能力和漂水產品的質量。5.2嚴格控制循環(huán)堿液罐里的堿液的濃度控制一、二級廢氯氣吸收塔循環(huán)液中的NaOH含量在要求范圍內，以免過氯化反應。運行過程中注意觀察循環(huán)液顏色變化，成品次氯酸鈉溶液（有效