氯气处理工艺的问题和解决方案

银艳媚，覃治海

（广西柳化氯碱有限公司，广西柳州545600）

氯气处理工艺的问题和解决方案

银艳媚，覃治海

（广西柳化氯碱有限公司，广西柳州545600）

通过描述氯气处理工艺原理和流程，对氯气处理运行中所发现的工艺问题给予解决，确保氯气处理工艺正常运行。

氯气处理工艺；氯水洗涤塔；换热器

广西柳化氯碱有限公司的氯碱项目为年产20万t烧碱和20万t PVC。一期工程年产10万t烧碱和10万t PVC,于2010年初建成并顺利投产；2012年初又增加5万t/a烧碱，形成年产15万t/a烧碱和10万t/a PVC生产规模。氯气处理采用氯水洗涤塔以氯水直接洗涤冷却，通过换热器以循环冷却水带走热量，冷凝下来的氯水送往电解真空脱氯，基本实现了氯水不外排生产工艺。

1 氯气处理的基本原理

根据道尔顿分压定律，氯气含水量与某一状态下饱和蒸气分压有关，而饱和蒸气分压与温度有密切关系，即氯气温度越高，氯含水越多；氯气温度越低，氯含水则越少。从电解槽出来的湿氯气一般温度在85℃左右，所夹带的水蒸气量见表1[1]。

从表1可以看出，饱和湿氯气中水蒸气含量与温度有密切联系，温度下降10℃湿氯气含水蒸气量降低近一半，由此可见，湿氯气处理首先需进行冷却，这不仅可除去湿氯气中99.5%左右的水蒸气，而且可大大降低后面硫酸干燥的负荷，减少硫酸与水反应生成的热量，大幅度降低硫酸的单耗。

一般情况下湿氯气温度控制在12～15℃，因为在9.6℃时，湿氯气中的水蒸气与氯气生成Cl2·8H2O结晶，会造成设备、管道的阻塞并损失氯气。湿氯气冷却后，大部分水被除去，冷凝下来的水，除部分在冷却管壁上流下，但还有许多雾滴颗粒存在氯气中，这些雾滴粒径大约为2.5 μm，这部分水如果不除去，将会增加硫酸单耗，最终影响干燥塔出口氯气含水量。水雾捕集器除水雾效果的好坏直接影响氯气含水量及其挟带的盐雾量，这些都对干燥的负荷和干燥塔的正常操作影响甚大，因此除雾器不仅要效率高、阻力小，且能自净[1]。

表1 不同温度下饱和湿氯气中的含水量

控制各塔或冷却器出口氯气温度是本单元的最重要操作指标，其主要影响因素是冷却水或冷冻水的温度，氯气在氯水洗涤塔内冷却温度尽可能达到控制要求，一般小于40℃，再经过钛管冷却器，以5℃冷冻水将氯气冷却到12～15℃。值得注意的是出塔或冷却器的氯气温度不宜低于12℃，以免生成Cl2·8H2O结晶堵塞通道，且当氯气温度在低于12℃后，氯中含水量逐渐降低，当氯气中含水量小于0.4%时，氯气会与钛反应燃烧。

氯气温度不能太高，否则入干燥塔的氯气温度高，氯气中水蒸气含量增加，对后续干燥系统的负荷增大，导致干燥塔不能在操作弹性范围内工作，影响干燥效率。

2 氯气处理工艺流程简述

来自电解约80℃湿氯气进入氯水洗涤塔，用氯水直接洗涤冷却，除去氯气中大部分水分和盐雾等杂质，并使氯气温度下降到40℃以下；出洗涤塔氯气进入钛管冷却器，用5℃冷冻水间接冷却，使氯气温度进一步下降到12～15℃；出钛冷的氯气进入水雾捕集器除水雾和盐雾等杂质，从水雾捕集器出来的氯气含水量降到4 g/kg湿氯气以下；再进入到由填料层和泡罩层组合形成的氯气干燥塔，用浓度为98%（wt）硫酸为吸收剂吸收氯气中少量水分，使氯气水分含量降到100×10-6左右，出干燥塔的氯气通过酸雾捕集器除去酸雾后进入到氯气压缩机，经过氯压机升压后进入到氯气分配台送往各个用氯单位，氯气处理流程示意见图1。

氯水洗涤塔底部的氯水经泵输送进到氯水冷却器，用循环冷却水冷却降温后送入洗涤塔填料层洗涤、冷却进塔高温湿氯气，从氯水洗涤塔、钛管冷却器和水雾捕集器冷凝下来氯水经泵输送到电解脱氯塔进行真空脱氯；浓度98%（wt）的浓硫酸从高位槽进到干燥塔顶部，在1~5层泡罩塔板逐级溢流，后下到填料层的循环酸中，吸收通过塔板上的泡罩及填料层的氯气水分，在吸收水分时硫酸温度会升高，在泡罩塔板上安装有冷却盘管（盘管中通5℃冷冻水）冷却浓硫酸温度，干燥塔底部的硫酸经泵输送到硫酸冷却器中，用5℃冷冻水冷却后进入干燥塔中部的填料层，循环干燥、冷却进塔氯气。从干燥塔底部排出的稀硫酸经泵输送到罐区。

图1 氯气处理流程示意图

3 氯气处理在生产过程出现的问题和解决方案

3.1 氯水洗涤塔出现的问题和解决方案

该公司一期工程烧碱分厂氯气处理工序的氯水洗涤塔运行工艺指标正常，进塔氯气温度约70℃，出塔的氯气温度在40℃以下。2012年增加年产5万t烧碱后，发现洗涤塔进塔氯气温度升到80℃左右，出塔的氯气温度超过40℃，特别在炎热的夏天，出塔氯气温度达到50℃以上，致使后继设备钛冷的5℃冷冻水量和干燥塔硫酸消耗量升高，出干燥塔氯气含水量达到300×10-6以上，超过了氯压机（透平压缩机）指标要求（小于100×10-6），直接影响到氯压机的使用寿命；此外，从洗涤塔送到电解氯水管是UPVC塑料管（DN50管径），也因氯水温度高变形泄漏严重，维修工作量大，且更换时需要排净管道中的氯水，危及到安全生产和环保排放，要求立即进行工艺改造。

分析造成进出氯水洗涤塔氯气温度高的原因主要有以下几个方面。（1）该项目扩建后产能增加，氯气总管的氯气量和所夹带饱和水蒸气量增多，热焓增加，而氯气总管的散热面积（即长度和管径）是不变的，总管散热量和增加的热量不成正比，造成了到氯水洗涤塔氯气温度升高；（2）该项目规模为年产20万t烧碱，一期工程为年产10万t烧碱，为了节省投资成本，部分设备只按年产10万t烧碱安装，氯水冷却器（板式换热器）的换热面积（板片数量）按10万t/a烧碱安装。2012年初，装置扩产到年产15万t烧碱的生产规模，当时氯碱行业市场很不景气，国内大多数烧碱厂处于亏损状态，该公司生产经营也很困难，公司在扩建年产5万t烧碱时把氯水冷却器增加换热面积（即增加板片）给省掉了。因此，进塔氯气量和所夹带饱水蒸气量增多，带的热量增加，而氯水冷却器移出的热量不增加，造成出塔氯气温度升高。另外在炎热的夏天，循环冷却水温度高，甚至达到35℃以上，板换设计进口温度32℃，出口温度40℃，夏天冷却器循水移出的热量反而降低，造成出塔氯气温度达到50℃以上。

为了解决氯气洗涤塔出口温度高的问题，要增加氯水冷却器换热面积（即增加板片），把氯水冷却器的换热面积提高到年产20万t烧碱所需要的换热量，即板换的板片数量增加了1倍，该公司于2012年8月系统停车检修时拆开氯水冷却器的板换，清除干净板片的污垢以降低热阻，并增加新板片。系统完成检修后开车运行，出氯水洗涤塔的氯气温度降到了40℃以下，后继钛冷5℃冷冻水量和干燥塔硫酸消耗量降低，出塔氯气含水量降到了100×10-6左右，有效保护氯压机的使用寿命，另外电解氯水管维修量也相应减少。

3.2 钛管冷却器出现的问题和解决方案

2010年因氯碱产品市场低迷，生产系统低负荷运行，当生产进入寒冷的冬天，经常发现钛管冷却器低部冷凝氯水出口管的视镜中有氯水结晶现象，严重时结晶堵塞氯水管，钛管冷却器冷凝下来的氯水无法排除，造成氯气通道阻塞，氯气压力波动大，直接影响到氯气处理的稳定运行，甚至停车。每当发现钛冷底部氯水管视镜中有氯水结晶时，操作人员关闭钛冷5℃水进口阀，关小氯水冷却器循环水管进口阀，以提高氯水洗涤塔出口氯气温度，并用水淋洒氯水管，以溶解结晶的氯水。

分析钛管冷却器冷凝下来的氯水结晶原因，当在9.6℃时，湿氯气中的水蒸气与氯气生成Cl2·8H2O结晶，见图2。

图2 钛管冷却却改造前流程

在钛管冷却器（列管换热器）中，5℃冷却水走壳程，氯气走管程，5℃冷却水和氯气的流向相反，属于逆流流程。生产中一般控制出钛冷冷却水温度在12℃左右。逆流传热温差大，容易使钛冷出口氯气温度低于12℃，甚至达到结晶温度9.6℃，使湿氯气中的水蒸气与氯气生成Cl2·8H2O结晶。为了解决钛冷出口氯气不低于12℃问题，采用并流流程，并流可以使出口氯气温度不低于冷却水出口温度，即12℃。

改造5℃冷却水管流程，即把原来冷却出水管改造成进水管，进水管改成出水管；并且把出水管改成往下U型水封（U型顶部高于进口管），目的是使钛管冷却器的壳程充满水，达到冷却效果。经改造后，钛管冷却器低部冷凝氯水出口管的视镜中再也没有氯水结晶现象，见图3。

4 结语

广西柳化氯碱有限公司氯碱项目的氯气处理采用氯水直接洗涤冷却氯气，氯水送往脱氯塔真空脱氯，采用填料+泡罩组合形成干燥塔干燥氯气，采用美国孟莫克除雾器除水雾和酸雾，氯气压缩采用德国西门子（原德国KK&K公司）透平机，生产装置按照高效、节能、安全环保及高质量的要求进行设计，技术水平先进，原料消耗低，产品质量好，企业逐渐建成国内一流的环保型氯碱企业。

图3 钛管冷却器改造后流程

［1］方度，蒋兰荪，吴正德．氯碱工艺学．化学工业出版社，1990：358－360．

Chlorine treatment process and solve problems

YIN Yan-mei，QIN Zhi-hai
（Guangxi Liuhua Chlor-alkali Co.,Ltd.,Liuzhou 545600，China）

By describing the principle and process flow，chlorine treatment process of chlorine gas treatment process problems found in operation and solutions，to ensure normal operation of chlorine gas treatment process.

chlorine treatment process；chlorine water washing tower；heat transfer

TQ114.4+1

B

1009－1785(2017)06-0010-03

2017-03-13