提升干燥自控能力 氯气系统提质降耗

罗强

(宜宾海丰和锐有限公司，四川 宜宾 644002)

1 装置背景

天原集团海丰和锐有限公司(以下简称“海丰和锐”)现有2套离子膜装置,其中I线于2007年7月投产，有8台高电流密度电解槽；II线于2012年2月投运，采用10台蓝星(北京)化工机械有限公司NBZ-2.7膜极距复极式电解槽。2套装置都实现了长周期、安全、平稳、高效运行。

氯气含水量过高，不但影响到后续工段的使用，而且会腐蚀氯压机及管道，影响其使用寿命，给正常生产造成影响。氯气在浓硫酸中的溶解度很小。使用浓硫酸作为干燥剂，干燥效果高、吸水性强，能可靠稳定保证在线氯中含水质量分数低于0.005%。

2 氯气处理浓硫酸干燥自控提升

2.1 氯气干燥浓硫酸浓度在线检测

电解产生的氯气要降温减小饱和水蒸气分压，减少氯气中的含水量。随后氯气进入填料干燥塔底部，由下至上经过填料层与塔顶喷淋下来的硫酸充分接触，氯气中的水分被硫酸充分吸收。硫酸质量分数降至75%～76%时，用泵送至稀硫酸储槽。

在该工段实现硫酸浓度在线监控变化，否则硫酸质量分数下降至75%后，吸收水分的能力降低，不仅干燥效果差，而且腐蚀设备和管道。通过对现场工况进行深度分析推敲，在硫酸泵出口设计在线浓度检测旁通管路回至填料塔。

改造前氯气干燥工艺流程如图1所示。

图1 改造前氯气干燥系统图Fig.1 Process flow diagram of chlorine drying system before improvement

2.2 氯气干燥浓硫酸浓度自控提升

本次改造采用InPro7250 PFA感应式电导率传感器配套M400 IND智能数字浓度仪，内置实际浓度曲线H2SO4(32%～84%)，输出模拟量接入DCS系统来实时监控硫酸浓度变化。

通过在线硫酸浓度检测即可实现在线浓度—加酸流量自动串级控制。在硫酸循环泵出口处安装自控调节阀，以液位作为主对象，控制泡罩—填料塔底液位，塔底循环液浓度在线检测控制泡罩—填料塔浓硫酸加入量，实现浓度、浓硫酸加入流量串级控制。硫酸质量分数降至75.5%时，排酸调节阀将其送至稀硫酸储槽，达到最优经济高效运行的目的。

硫酸在线浓度安装图如图2所示，检测结果如图3所示。

图2 硫酸在线浓度安装图Fig.2 Installation diagram ofsulfuric acid concentration on-line analyzer

图3 硫酸在线浓度曲线图Fig.3 Curve of on-line detected sulfuric acid concentration

2.3 自控优化提升的实施情况

海丰和锐的氯气干燥采用两段填料塔+填料泡罩组合塔方式工艺，浓硫酸从储槽下方出来后，经过滤器除去杂质，由隔膜泵打出，经板式换热器降温后进入填料泡罩组合塔顶部，填料泡罩组合塔中的硫酸通过溢流管溢流至二段填料塔。二段填料塔中的硫酸用泵打出，经过冷却器后从塔顶喷淋下来，与至下而上的氯气逆流接触吸水。二段填料塔的硫酸通过溢流管溢流至一段填料塔,一段填料塔中的硫酸用泵打出后经冷却器降温，从塔顶喷淋下来，与从冷却段出来的湿氯气逆流接触，吸收其中的水分。当硫酸质量分数下降至75%～76%时，通过自控阀打到废酸储槽存放并出售。

改造后氯气干燥工艺流程如图4所示。

图4 改造后氯气干燥流程图Fig.4 Process flow diagram of chlorine drying system after improvement

氯气干燥系统的浓度自动串级控制。这种控制方式同时兼顾浓硫酸加入量和排酸浓度控制，能有效快速控制新酸补充量，同时精准控制排酸浓度，实现排酸浓度稳定。

浓度串级控制方框图如图5所示。

图5 浓度串级控制方框图Fig.5 Block diagram of concentration cascade control

氯气干燥系统第一填料干燥塔液位控制采用串级控制。液位波动时，这种控制方式能及时调整外排硫酸量，保证第一填料干燥塔液位稳定。

填料塔液位控制方框图如图6所示。

图6 填料塔液位控制方框图Fig.6 Block diagram of control of packed tower level

采用液位逻辑比例控制，当液位高于或低于工况设定偏差时，自动按照逻辑执行补充酸阀开关控制。硫酸储槽配置方框图如图7所示。

图7 硫酸储槽配置方框图Fig.7 Block diagram of sulfuric acidstorage tank configuration

2.4 工艺自控要点

保证氯气的进口温度、排酸浓度、填料塔液位等指标在工艺指标要求范围内，以确保氯气干燥处理自控可靠稳定[1]。①氯气温度经冷却器控制指标12～13 ℃；②严格控制浓硫酸质量分数在75%～76%；③控制出塔氯气温度低于20 ℃。经过不断改进自控技术和严格工艺控制，最终将硫酸酸耗控制在13.25 kg/t左右。

3 自控提升前后吨碱硫酸消耗情况

自控提升前，2019年8—12月的硫酸消耗统计依次为：15.30、14.96、15.01、15.11和14.89 kg/t，平均14.94 kg/t。

自控提升后，2020年1—5月的硫酸消耗统计依次为：13.51、13.03、13.11、13.23和13.30 kg/t，平均13.23 kg/t。

浓硫酸氯气干燥自控逻辑效果图如图8所示。

图8 浓硫酸氯气干燥自控逻辑效果图Fig.8 Logic effect diagram of automatic control of chlorine drying by concentrated sulfuric acid

4 结论

氯气干燥系统通过装置自控优化后，对运行工况数据指标进行了长时间运行数据分析。此次自控优化提升在设备管理、工艺管理、运行操作、装置经济性运行等多个方面得到了显著提升，目前氯气干燥装置在保证氯中含水质量分数低于0.005%的前提下，吨碱浓硫酸消耗长期稳定控制在13.23 kg/t左右。直接经济效益以烧碱产能42万t/a、浓硫酸价格350元/t计，每年节约费用25.137万元。