降低氯气干燥系统浓硫酸消耗的途径

2021-12-31黄健

氯碱工业 2021年9期

黄健

(焦作煤业(集团)有限责任公司，河南焦作 454001)

1 氯气处理浓硫酸使用要求

氯气处理浓硫酸干燥工艺主要是利用浓硫酸具有的吸水性除去氯气中夹带的水分，输出合格的干燥氯气。浓硫酸具有强烈的吸水性，当它和含水物质相遇时，就会把该物质中的水分吸收出来，生成硫酸的水合物,达到脱去水分的目的。而且浓硫酸具有以下特性：①不与氯气发生反应，氯在硫酸中的溶解度极小；②脱水效率高；③价廉易得；④浓硫酸对钢铁设备腐蚀性较小；⑤稀硫酸可回收利用。

硫酸的吸水性与浓度、温度有关，要保证干燥塔的硫酸浓度及温度，才能保证氯气的干燥效果。焦作煤业(集团)有限责任公司开元化工20万t/a烧碱项目氯气干燥系统采用的是1#干燥塔(填料塔)和2#干燥塔(泡罩塔)两塔串联的方式，使氯气和浓硫酸充分接触。填料塔用硫酸质量分数为75%～90%，泡罩塔用硫酸质量分数为90%～98%，经过充分脱水后进入氯气压缩机将干燥氯气加压输送出去。

2 氯气处理浓硫酸干燥工艺流程

由电解来的高温湿氯气经过洗涤工序后进入1#干燥塔底部，1#干燥塔硫酸循环泵将稀硫酸送1#干燥塔冷却器冷却降温后送入1#干燥塔上部，对湿氯气进行初步干燥。干燥后的氯气进入2#干燥塔底部，再用98%的浓硫酸进行干燥，98%的浓硫酸由浓硫酸高位槽供给进入2#干燥塔第一层塔板，经降液管逐步溢流至其他层塔板。2#干燥塔干燥后的氯气经干氯气过滤器去除酸雾和不洁物后，进入氯气压缩机压缩加压后分别送至液氯和氯化氢合成工序。浓硫酸吸收氯气所放出的热量由2#干燥塔冷却器换热后导出，2#干燥塔液位由2#干燥塔硫酸循环泵送入1#干燥塔内控制，1#干燥塔内的稀硫酸送入成品罐区销售。

浓硫酸干燥工艺图如图1所示。

图1 氯气干燥流程图Fig.1 Chlorine drying process flow

3 控制浓硫酸消耗的途径

3.1 严格控制氯气冷却后温度

电解工段过来的高温湿氯气经过氯气预冷器和氯气冷却器两级冷却后，温度指标情况会给氯气干燥系统带来较大影响，如果氯气降温脱水阶段效果不良，温度指标偏高，高于15 ℃甚至达到20 ℃左右，此时如果不加以控制，直接进入氯气干燥系统，会造成塔温升高，此时消耗的浓硫酸量明显增加，浓硫酸吸水放热也会导致干燥塔塔板及塔身发生形变直接影响干燥塔稳定运行；反之，氯气冷却后温度过低，在温度低于9.6 ℃时会生成Cl2·8H2O，堵塞氯气管道，对生产造成不利影响。

实践证明：冷却后的氯气温度控制在11～15 ℃时，浓硫酸干燥效率最好，且可以降低浓硫酸消耗量。

氯气温度和含水量对浓硫酸单耗的影响如表1所示。

由表1可知：当控制进1#干燥塔浓硫酸质量分数98%，出2#干燥塔稀硫酸质量分数75%时，进2#干燥塔湿氯气温度越高，含水量越大，则浓硫酸的消耗量越高，因此，将氯气温度控制在11～15 ℃范围内，浓硫酸消耗量显著降低。

表1 氯气温度和含水量对浓硫酸单耗的影响Table 1 Effect of chlorine temperature and water content on unit consumption of concentrated sulfuric acid

3.2 合理选择液体分布器，有效避免干燥塔内布液不均匀

氯气干燥塔内件包括液体分布装置、床层压紧装置、填料支撑装置、液体收集再分布装置、进料和采出装置、气体分布装置等。氯气干燥塔液体分布器、液体收集再分布器和气体分布器的选择十分关键。如果选择不当，会导致填料的性能无法充分发挥，布液分布不均匀可使填料的性能下降50%～70%，从而增加了浓硫酸的消耗。

近年来，通过对规整填料的深入研究，改变内部的气液流动方式，出现了很多效率高、压降低、通量大的新型填料，这也使选择合理的气液分布器，充分发挥新型填料的使用效率，显得十分重要。很多厂家采用重力型管式液体分布器，大大改善了填料干燥塔布液不均匀的问题。

重力型管式液体分布器是依靠管内液体提供的压头，通过分布管上的分布孔进行液体分布，分布器结构简单、安装便捷、分布效果好，截面上分布点多达180个/m2，有效提高了液体分布效果。但是由于液体与管壁的摩擦和分布管中液体流动速度的不同而影响分布孔出口压力的变化，导致分布孔液体流动不均，设计时要充分考虑分布管的直径与分布孔的孔径选取。

3.3 确保水雾捕集器性能

水雾捕集器的工作原理：极其微小的雾粒由于气体分子的撞击会产生无规则热运动。直径为0.1 μm的雾滴的布朗运动会比直径为1 μm的雾滴快10倍，加大了撞击概率。采用3种方式进行捕集：①惯性碰撞；②直接拦截；③布朗扩散。大于3 μm的雾滴碰撞到纤维面离开了气流，被纤维床捕集；0～0.3 μm的雾滴可用直接拦截的方式捕集；极其微小的雾粒由于气体分子的撞击会产生无规则热运动而被捕集。

如果水雾捕集器使用效果不好会给后续干燥工序带来影响，会直接导致过多的水分带入干燥系统，增加了干燥系统的脱水负荷，浓硫酸消耗量随之增加。

水雾捕集器可以保证氯气进入干燥塔前尽量除去多余的水分。开元化工20万t/a烧碱项目使用的除雾器原件(DN600×3 000)运行初期平均压差为0.3～0.5 kPa，中期达到0.6 kPa左右，最终稳定在0.7 kPa左右。至今已经使用9年有余仍保持正常运行状态。氯中含水质量分数稳定在0.03%～0.035%，硫酸单耗为13 kg/(t·NaOH)，使用效果非常明显。曾在大修期间对该过滤器打开检查过，除雾器元件良好，滤芯无堵塞现象。

水雾捕集器内部结构如图2所示。