新型二氧化氯配制装置在工业循环水系统中的应用

孟　斌　　尹　钊

(河南龙宇煤化工有限公司河南永城476600)



新型二氧化氯配制装置在工业循环水系统中的应用

孟斌尹钊

(河南龙宇煤化工有限公司河南永城476600)

河南龙宇煤化工有限公司分别为一、二期化工装置配套的新、旧循环冷却水系统独立运行，均采用组合型钢混结构机械通风逆流模式，塔体框架采用混凝土材质，塔体围护板采用玻璃钢材质。热水经进水管流入塔内，先流入配水管系，再经支管上的喷嘴均匀地喷洒到下部的淋水填料上，水经淋水填料以水滴或水膜的形式向下运动。冷空气由下部进水口进入塔内，与热水在淋水填料层以逆流的形式进行传热和传质，以降低水温，吸收了热量的湿热空气由风机经风筒抽出塔外，而气流夹带的一些小水滴经分离后回到塔内，冷水流入下部集水池。

1　二氧化氯在工业循环水系统中的作用

敞开式循环冷却水系统为微生物繁殖提供了便利条件：适宜的水温(25～35 ℃)、饱和的溶解氧、适中的pH、丰富的营养源、浓缩倍数的提高所导致含盐量的增加、工艺介质泄漏以及倾向于采用碱性有机磷系配方作为水质稳定剂、充足的阳光等都为循环冷却水微生物滋长营造了一个理想的环境。以这些微生物为主体，与混杂的泥砂、无机物和尘土等形成生物黏泥，经附着与累积，所产生的黏泥引起设备、管道的局部腐蚀、堵塞等一系列问题，导致换热器的热交换效率降低，减弱阻垢剂对金属表面的保护作用，造成垢下腐蚀，甚至使管道穿孔，并损坏设备。因此，必须在循环冷却水中投加二氧化氯杀菌除藻剂，以控制微生物的生长和繁殖。

2　二氧化氯的性能与特点

(1) 高效性。二氧化氯是一种强氧化剂，杀菌效果好且药效持续作用时间长，在水中稳定，溶解性也很高，同时能有效杀灭细菌、芽孢、孢子、病毒、真菌及藻类。试验表明，二氧化氯对厌氧菌的杀灭率在12 h内保持在99%左右，即使在作用时间达24 h后，杀菌率仍可保持在86%左右。在循环水系统中，当异养菌浓度为108～109个/L时，质量分数0.1×10-6的二氧化氯杀菌率达到99%只需要5 min。

(2)药剂用量少。由于二氧化氯的高效性，其有效氯是氯气的2.63倍，杀菌效果高达氯气的5倍，是次氯酸钠的50倍以上，所以，二氧化氯用量相对较少。当循环水中二氧化氯质量浓度为2.0 mg/L时，作用5 min后，维持游离氯0.1～0.3 mg/L，相当于有机非氧化性杀菌剂使用剂量20～50 mg/L。

(3)二氧化氯适用的pH范围广。二氧化氯在pH为6～10的循环冷却水中都具有很强的杀菌能力，因此，杀菌效果基本不受循环冷却水中pH的影响。如循环冷却水中pH从7.0升高至9.5时，以氯为主的其他杀菌剂的杀菌效果大大降低，但二氧化氯杀菌的效果大致相同。这使二氧化氯特别适用于碱性条件下(pH>8)的循环冷却水系统中。为了避免腐蚀，循环冷却水中pH一般控制在8.0～9.5，而一般以二氧化氯为杀菌剂的工业循环冷却水中pH最佳范围为7.5～8.5。

3　旧二氧化氯制备装置工艺流程

以氯酸钠为氧化剂、甲醇为还原剂，在硫酸介质中进行反应，生成二氧化氯气体，在水射器中用净化水作为吸收水吸收后制成二氧化氯溶液，再进入循环冷却水系统。在53～60 ℃反应温度及负压条件下，向反应器中连续加入氯酸钠、浓硫酸及甲醇进行反应，生成二氧化氯气体。因反应为放热反应，温度升高后，需操作人员向反应器夹套内投加冷却水使其降至最佳反应温度。其反应方程式：30NaClO3+20H2SO4+7CH3OH=30ClO2+10Na3H(SO4)2+23H2O+CO2+6HCOOH(放热反应)；实际生产配比(质量比)为:NaClO3∶H2SO4∶CH3OH=1.000∶0.626～0.627∶0.070～0.071。旧二氧化氯制备装置工艺流程见图1。

图1　旧二氧化氯制备装置工艺流程

4　新型二氧化氯制备装置工艺流程

通过计量泵将33%(质量分数)的氯酸钠溶液与30%(质量分数)盐酸溶液按一定比例输送到二氧化氯反应器中，在一定温度(80～90 ℃)和负压条件下进行充分反应。因该反应为吸热反应，温度稳定在80 ℃以下后，电加热器自动投用，温度高于90 ℃时，电加热器自动退出，产出以二氧化氯为主、氯气为辅的混合物，经水射器后与循环水充分混合形成消毒液，再进入循环水系统。其反应方程式：2NaClO3+4HCl=Cl2+2ClO2+2NaCl+2H2O(吸热反应)，实际生产配比(质量比)为：NaClO3∶HCl =1.000∶0.685。新型二氧化氯制备装置工艺流程见图2。

图2　新型二氧化氯制备装置工艺流程

5　新、旧二氧化氯制备装置特点比较

(1)新装置只需要2种原料，工艺流程简单，易于操作调整，所用设备少，占地面积小；而旧装置新装置需要3种原料，工艺流程复杂，密封点多，易出现泄漏，所用设备多，占地面积大。

(2)新装置只需要1组二氧化氯发生器，同时采用电加热的方式使其达到反应温度，易于自动化控制；而旧装置使用蒸汽加热，反应又是强烈的放热反应，温度波动大，不易控制。

(3)新装置直接用循环水系统压力作为输送动力，而旧装置需要启动配套的射水泵作为输送动力。同时，旧装置反应前原料需进行充分搅拌、混合，增设的罗茨风机造成消耗高、效率低，投资成本高。

(4)新装置安装有二氧化氯浓度自动报警和安全阀起跳系统，安全阀起跳后物料通过管线直接送入循环水冷却塔内，不仅使现场无异味，而且达到资源综合利用的目的。旧装置安全阀没有设置压力联锁，而且放空点设在厂房内，完全靠抽风机抽气排放至大气中，一旦出现工况波动，造成安全阀起跳，现场异味大，当有限空间内二氧化氯含量达到一定值后，存在发生爆炸危险；为此，虽然已经过多次技改，安全系数有所提高，但仍然达不到新装置的安全指标。

6　成本核算

(1)原料核算：2套装置均以生产1 kg二氧化氯计算，旧装置用硫酸0.988 kg，市场价格800元/t；用甲醇0.111 kg，市场价格2 000元/t；新装置用盐酸1.081 kg，市场价格400元/t；因2套装置均使用等质量的氯酸钠，所以氯酸钠的成本核算不计入。按以上核算数据，新装置每生产1 t二氧化氯共节省588元，按照每周运行2次、每次运行8 h共产出200 kg二氧化氯(产出多少以循环水系统中余氯合格标准0.5×10-6计算二氧化氯量)、年运行天数350 d计，则每年可节省原料成本共11 600元。

(2)电量消耗：只计算罗茨风机(200 kW)用电量，电价按0.725元/(kW·h)计，其他设备功率较小，可忽略不计，则每年可以节省电费共计116 000 元。综上所述，新装置比旧装置每年共节省127 600元。

新装置具有安全性高、自动化程度高、运行可靠、效果好、经济性强等优势，在工业循环水系统中值得推广使用。

2015-12-17)