氯气干燥系统氯中水含量控制

唐继平

(石河子天域新实化工有限公司，新疆 石河子 832000)

目前,新疆天业集团具有140万t/a聚氯乙烯树脂，100万t/a离子膜法烧碱生产规模。旗下子公司天域新实化工有限公司(以下简称“天域新实化工”)始建于2004年，设计总规模为24万t/a聚氯乙烯树脂,配套18万t/a离子膜烧碱，生产的食品卫生级聚氯乙烯树脂主要包括SG3、SG5和SG7 3种，广泛应用于PVC管材、型材、门窗、装饰板、电线、电缆等领域；离子膜液碱、片碱产品广泛应用在石油化工、电力、建材、医药、食品等行业领域。随着生产规模的不断扩大和天域新实化工对控制成本的要求，氯气干燥在生产中显得尤为重要。氯中水含量过高不但影响后续工段的使用，而且会对氯气压缩机及管道造成腐蚀，影响其使用寿命，对正常生产造成影响。氯含水低则酸耗高，达不到节能降耗要求。所以天域新实化工采取了一系列措施降低氯中水含量，达到了节能降本的目的。

1 氯气处理工艺流程

本岗位采用“泡罩-填料三合一”工艺。湿氯气须经干燥除水后再进入透平机，常见的填料塔流程有三塔串联和四塔串联。四塔串联可使氯中水含量更低一些,但是投资比较大、占地面积较大、耗酸量也大。所以天域新实化工采用三塔串联方式，洗涤冷却后的湿氯气进入一段填料塔，经稀硫酸脱水后进入二段填料塔，脱水后进入三段填料塔，经浓硫酸脱水干燥处理。进三段硫酸浓度逐段提高，多余的硫酸溢流进入前一段塔,一段塔多余的酸进入废酸储罐。浓硫酸来自于浓硫酸罐，用计量泵通过计量打入三段填料塔，工艺流程图如图1所示。干燥塔采用玻璃钢加强PVC材质，具有优异的整体防腐性能,价格合理，但浓度、垂直度要求较高。选用玻璃钢加强PVC材料，要求温度低于70 ℃。

天域新实化工三塔串联工艺流程如图1所示。

图1 三塔串联工艺流程图

通过对天域新实化工氯气干燥系统中前几年氯含水超标情况的统计分析，其水含量略超过公司规定，大部分超标时间都是在新疆炎热的夏季时间段。

近年来，部门及班组经过不断的技术改进和严格的工艺控制，最终将氯中水含量控制在0.02%以内。

2019年5—6月的平均氯含水质量分数统计数据依次为：0.022%、0.024%、0.025%、0.025%、0.022%。

2 影响氯中水含量的因素

当前各氯碱厂都对氯气干燥非常重视，干燥过的氯气进入压缩机，经压缩后运往用氯单位,但透平机对氯气含水量也有一定的要求,氯气中水含量过高严重影响透平机的正常使用，腐蚀叶轮。氯气中水含量低则增加硫酸单耗。

2.1 进一段干燥塔氯气温度

氯气冷却后温度太高或太低都对氯气后续处理带来负面影响。进一段干燥塔氯气温度越高，水含量越大，水蒸气分压越大。浓硫酸酸耗量越大,浓硫酸因吸水放热,一段干燥塔多采用玻璃钢加强PVC材质,若放出的热不能及时转移,在温度达到70 ℃时,塔身承受高温而变形，使干燥无法正常运行。其次,要转移浓硫酸放出的热，须使用冷冻盐水。若进干燥塔氯气温度过高，则会加剧冷冻负荷。再者进干燥塔氯气温度过高含水量大。若未经吸水而进入透平机，因含水量过大而使叶轮腐蚀。所以要控制进干燥塔氯气温度即控制钛冷却器出口温度。

2.2 硫酸温度过高，脱水性差

硫酸吸水最佳温度为12～18 ℃，进塔硫酸温度越高,硫酸液面上的水蒸气分压越大,不仅硫酸消耗越大而且脱水性差,不能充分吸收氯气中夹带的水蒸气。

因此必须控制好酸温度，使其能最大程度吸收氯气中水蒸气，降低氯中水含量。

夏季的氯中水含量要高于冬季，一个重要原因是进泡罩塔的硫酸温度过高，虽然在进泡罩塔时加了换热器,但由于管线过长,在实际生产中进泡罩塔的温度一直都在20 ℃，因此须进一步控制硫酸温度。

2.3 稀酸浓度太低

出干燥塔的酸浓度反映了干燥酸总体浓度,稀酸浓度太低,硫酸吸水效果不佳,使氯气中夹带的水蒸气不能充分吸收而进入透平机,腐蚀透平机叶轮。所以控制稀酸质量分数在70%以上，使其能最大程度吸收氯气中水蒸气[1]。

2.4 填料塔偏流

若填料塔倾斜或填料塔堵塞，会造成循环酸偏流不能与进入填料塔的氯气充分接触，导致部分水蒸气被带出至透平机，腐蚀叶轮。生产中密切观察填料塔酸视镜有无偏流现象，若有则需要停车检修。

2.5 泡罩塔倾斜或塔板断裂

泡罩塔倾斜会使酸不能充分与氯气接触，塔板断裂则塔板上的液体无法留在塔板上，全部由断裂处泄漏下来，干燥效果极差，可通过酸雾捕集器观察下酸量大小判断[2]。

3 降低氯中水含量采取的措施

经过分析,酸温是影响氯中水含量指标的重要因素之一，在其他因素无法改变的前提下，只有降低酸温才能降低氯含水，为此天域新实化工通过以下方法解决酸温问题,从而降低了氯含水。

3.1 浓硫酸罐增加降温管线

氯含水超标多发生在夏季[3]。新疆夏季气温干燥炎热，硫酸罐外壁气温达到40 ℃以上，因此在硫酸罐外壁缠绕一圈碳钢管线，在管线里面通入7 ℃的水，这样保证了外界传给硫酸的温度是较低的，进而保证了硫酸的温度，这样进泡罩塔的温度最终控制在13 ℃左右。

3.2 增加酸板式换热器的换热面积

为降低氯气温度、循环酸温度，经计算增加了循环酸板式换热器的换热面积。增加面积的计算过程如下。

若干燥塔中无氯气,则循环酸温度等于冷冻水温度[4]。按7 ℃计算，循环酸温度的上升是由于氯气中水分溶解到硫酸中放热产生的。

产生的热量为：

Q1硫酸=C硫酸M硫酸ΔT1，

式中，C硫酸为硫酸的比热容；M硫酸为单位时间内硫酸的流量；ΔT1为循环酸的温度上升量，15 ℃。

循环酸温度如表1所示。

表1 循环酸温度

循环酸平均温度为22 ℃，则ΔT2=7 ℃。

C硫酸·M硫酸·ΔT1·S现·A=

C硫酸·M硫酸·ΔT2·S需·A，

因为S需=2.14S现，即将酸板式换热器面积增加至原来的2.14倍。

即将一段、二段酸板式换热器面积增加22.8 m2，共4台；新酸板式换热器换热面积增加1.14 m2，共2台板式换热器(现有一段、二段板换换热面积为20 m2，新酸板换换热面积1 m2)。针对新疆夏季炎热干燥的气温，酸板换设计偏小，经过计算分析，对板式换热器进行了增大面积的处理，解决了酸温高的问题。

通过增大酸板式换热器和降低硫酸罐内硫酸温度，彻底避免了夏季酸温过高对氯中水含量的影响，从而将氯中水含量控制在指标范围内。

4 结论

当前5—9月氯含水质量分数依次为：0.016%、0.018%、0.018%、0.018%和0.016%。

从天域新实化工实际操作来看，近年来氯中水含量超标都是在夏季偏高0.006%左右，经过一系列措施最终将氯含水控制在0.02%以下。氯中水含量高低是生产中相当重要的一环，在生产中应当注意观察，多分析查找原因，保证氯中水含量控制在指标内，为后续透平机的安全运行奠定基础，为化工生产的安全保驾护航。