氯碱生产中三氯化氮的来源及预防爆炸的措施

丁章勇

（常州新东化工发展有限公司，江苏 常州 213000）

氯碱生产中三氯化氮的来源及预防爆炸的措施

丁章勇

（常州新东化工发展有限公司，江苏 常州 213000）

分析了氯碱生产中三氯化氮的来源、富集的原因及存在的爆炸危害，提出了预防爆炸的措施。

三氯化氮；爆炸；危害；防治

三氯化氮是一种危害性极强的物质，在氯碱生产中，做好三氯化氮爆炸的预防工作非常重要。

1 三氯化氮的来源

在氯气的生产和使用过程中，所有和氯气接触的物质，当其中含有氨、铵盐或含铵有机物时，都可能与氯反应，生成三氯化氮。

（1）电解所用的盐水中可能带有 NH4Cl、（NH4）2CO3等无机铵，以及胺（RNH2）、酰胺（RCONH2）、氨基 酸[RCH（NH2）COOH]等有机铵，这些铵盐可能由原盐、化盐用水或是盐水精制所用的助剂带来，在电解过程中与电解槽阳极室产生的氯气在pH值为2～4的条件下会发生反应生成三氯化氮。

（2）氯气洗涤用水以及干燥所用的浓硫酸中也可能带有铵盐，同样会与氯气反应生成三氯化氮。

（3）特别是在氯气液化过程中，大量使用冷冻盐水，大多数制冷系统用液氨作为制冷剂，如果冷冻盐水中的含铵化合物含量高，尤其是制冷剂氨漏入冷冻盐水中，当液化器破裂造成冷冻盐水与氯气直接接触时，会生成大量的三氯化氮。

2 三氯化氮富集的原因

在正常的电解生产氯气过程中，气相中NCl3的体积分数小于5%，不会发生爆炸，但是在氯气液化过程中，当铵盐含量较高或溶制冷剂氨的冷冻盐水与氯气直接接触，会使气相中的NCl3含量急剧升高，当气相中NCl3的体积分数达到或超过5%时，就存在发生爆炸的可能。

NCl3液体在液氯中的分布一般较为均匀，只是因为其相对密度稍大于液氯，造成贮槽下部的NCl3含量稍高。NCl3与液氯的沸点差别很大，液氯的蒸气压也比NCl3高得多，并且由于NCl3与氯的分离系数为6~10[1]，当液氯被气化时，大部分的NCl3仍然存留在未蒸发的液氯残液中，随着多次投料、蒸发的循环，就会造成剩余液相中NCl3的富集，当其质量分数超过5%时就有爆炸的危险。

3 预防爆炸的措施

在氯气的生产和使用过程中，NCl3的产生是无法避免的，为了避免其发生爆炸，要采取合理的措施把其浓度控制在爆炸极限之外。

3.1 阻止铵离子进入电解工序是治本之法

要加强对原盐（卤水）的管理，要避免在储运过程中含铵物质污染原盐（卤水），定期对其中的总铵和无机铵含量进行分析，必要时调整盐种。选用合适的水源并加强监控，特别是采用河水化盐时，在使用化肥的季节，应严密监视化肥对水体的污染，避免化盐用水含铵量超标。在盐水精制过程中，应选用不含铵或含铵低的精制剂、助沉剂。做好对进槽精盐水的分析，一般要求每天不少于1次，如果各种原料性质都比较稳定，可以适当减少分析频次，如2次分析结果有较大差异时，应增加分析频次，以便查找原因。

原盐、卤水、化盐用水及精盐水中的铵盐含量的一般控制指标如1表所示[2]：

表1 铵盐含量的控制指标 质量分数×10-6

3.2 合理采用氯气液化及液氯包装工艺

目前，大部分氯碱企业的液氯生产均采用间接冷凝工艺，即冷冻盐水分别在氨蒸发器和氯气冷凝器中进行热交换，这样，除非氨蒸发器和氯冷凝器同时出现内漏，才会使得氨与氯气直接接触，大大降低了发生事故的概率。但是要控制冷冻盐水的输送压力小于冷凝器中的氯气压力，还要定期对冷冻盐水中的氨含量进行检测，一旦发现超标，立即停车检修。最有效的方法是以氟利昂代替氨作为制冷剂，可以从根本上杜绝氯和氨接触，目前，已有部分企业进行了尝试，效果非常好。

为了防止液氯反复投料和气化造成NCl3的富集，当前，一般以LSY多级离心泵（俗称液下泵）代替气化加压法进行液氯包装，使液氯直接从贮罐底部送出，这样不但可以消除因NCl3浓缩而产生的安全隐患，而且液氯包装速度快，效率高[3]。可以利用年度大修的机会对液氯贮槽进行每年一次的清洗和探伤，杜绝NCl3在槽底部的沉积引起的氯气泄漏。

3.3 液氯汽化装置的安全操作

为了氯的平衡及产品链的延伸，有的氯碱企业配套有精细化工产品装置，因其对氯的纯度要一般＞99%，电解产生的干燥氯无法直接使用，而需要使用气化液氯，要在液氯岗位设置气化装置，这对安全操作提出了较高的要求，首先，气化器的加热只能使用低于45℃的热水作热源，严禁用明火、电或蒸汽等直接加热。其次，严禁将气化器中的液氯完全气化，以防三氯化氮大量富集，要根据气化量定期对气化器及气液分离器进行排污；当气化装置需要检修时，必须经排污处理并彻底清洗置换后方可进行，以避免残余液氯气化后NCl3浓缩，在拆卸检修过程中引起爆炸。

3.4 排污安全操作及排污液的处理

在排污时必须带液氯排放，禁止“干排”；严禁敲击排污阀门或管线，严禁排污物与油脂、橡胶等引爆物质接触。要加强对排污液的检测，严格控制其中的NCl3浓度。一般规定其质量浓度不得超过60g/L[3]，如发现大于80 g/L时，加大排污量和排污次数，并增加检测频次；发现大于100 g/L时，应果断停车、查找原因并妥善处理。可以加入适量的四氯化碳或氯仿等溶解稀释NCl3后。再进行排污，防止NCl3在排污管线或排污阀内富集，达到一定浓度而发生爆炸。

由于采用了带氯排污，在排污液中含有大量的液氯，要防止其在排污液中大量气化。目前，普遍采用的方法是用碱液对排污液进行吸收，这样在消除危害的同时，还可以制取次氯酸钠。

3.5 液氯钢瓶使用注意事项

（1）严禁使用加热钢瓶的方法抽提钢瓶内的液氯，只能靠瓶内液氯在常温下气化产生的压力将其压出。当停止使用液氯时，应将钢瓶到用氯设备之间的管道用氮气或压缩空气进行置换，以防液氯和NCl3残留于管道中。

（2）用户在使用中，严禁将液氯气化用完，钢瓶内禁止产生负压或物料倒灌混入其他物质，有条件时，可以配置缓冲罐，但必须要定期对缓冲罐进行排污并分析其中的NCl3含量。

（3）在每次充装前要对钢瓶进行检查，并抽空瓶中的残余物，还要定期对钢瓶进行清洗或校验。

4 小结

NCl3作为氯碱生产的副产物，虽然绝对量很小，但其危害极大，是氯碱生产中的一个重大隐患。对NCl3进行有效的控制与治理已经成为关系到氯碱行业长期、稳定、安全发展的重要课题。只要在原料质量、工艺指标、操作方法等方面把好关，才能够将NCl3对氯碱生产的危害控制和根除，进而从根本上保证生产装置的安全、高产、稳产的。

［1］时 钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒.化学工程手册，第2版.北京：化学工业出版社.

［2］王鸿畴.氯碱生产中三氯化氮的生成及防治措施.云南化工,2004（8）：38-39.

［3］赵素梅.浅谈烧碱生产中三氯化氮的危害与防治.氯碱工业，2004（1）:38-39.

Source of nitrogen trichloride and prevention measures of explosion

DING Zhang-yong
(Changzhou Xindong Chemical Co.,Ltd.,Changzhou 213000,China)

The source,reasons of enrichment and existing harm of nitrogen trichloride were analysed.The prevention measures of explosion were put forward.

nitrogen trichloride;explosion;harm;prevention measures

TQ086.3

B

1009－1785(2011)10-0031-02

2011-06-14