电解槽出槽湿氯气潜热利用工艺优化

董晓政，王尚文，朱明

(甘肃北方三泰化工有限公司，甘肃 白银 730900)

甘肃北方三泰化工有限公司(以下简称“三泰公司”)原有10万t/a离子膜法烧碱装置，采用的是蓝星(北京)化工机械有限公司的离子膜电解槽，从2008年5月开始投入运行以来，一直为下游TDI配套提供氯气。随着TDI产能的不断提高，产出的氯气已无法满足要求，在新建项目无法获得审批的情况下，只能在现有生产装置的基础上，不断进行技术改造，将离子膜电解槽改为膜极距电解槽。随着产能的增加，湿氯气产生的大量热能要进行有效利用，因此对氯气系统进行相应的改造。

1 湿氯气干燥工艺

1.1 湿氯气干燥原理及工艺

离子膜电解槽在直流电作用下，阳极产生氯气，阴极产生氢气和烧碱。氯气中含有大量水分，经过气液分离装置，湿氯气和水形成气液两路，湿氯气经氯气总管进入氯水洗涤塔后，进入钛管冷却器冷却大量水分，再经氯气水雾捕集器截留部分水分后，进入填料干燥塔用稀硫酸进行干燥，最后由泡罩干燥塔中的浓硫酸吸收微量水分达到合格。

湿氯气干燥系统主要利用冷却和干燥两种方式除水：①高温气态水遇冷后生成冷凝水，形成气液两种状态去除大部分水分；②利用浓硫酸具有的吸水性，作为干燥剂，吸附氯气中的微量水，使氯气中的含水量达到标准要求。氯气干燥工艺过程如下：电解槽→阳极液槽→洗涤塔→钛冷凝器→氯气水雾捕集器→填料塔→泡罩塔。

1.2 基于湿氯气含水和余热进行的改造

电解槽产生的湿氯气温度在85 ℃左右[1]，含水60%，原工艺是将高温湿氯气通过氯气总管自然散热和洗涤塔低温水带走热量。为降低氯气中水含量，并充分利用高温氯气的余热，将湿氯气和精制后的一次盐水进行换热。一次盐水的温度为50～60 ℃，在经过二次盐水精制和电解槽前，盐水的温度须提高到70 ℃，以往用蒸汽加热才能达到该温度。现与湿氯气换热后，一次盐水可以用少量的蒸汽或者不用蒸汽加热即可达到要求的温度。

改造后的氯气干燥工艺过程：电解槽→阳极液槽→氯气换热器→洗涤塔→钛冷凝器→氯气水雾捕集器→填料塔→泡罩塔。

1.3 改造后的相关数据对比

经过改造，减轻了氯气系统的负荷，氯气含水质量分数由(7～8)×10-5下降至(5～6)×10-5。在夏季一次盐水可不用蒸汽加热即可使用，基本达到了改造目标。

2 改造后存在的问题

经过半年多的使用，尤其是在夏季高温期运行过程中，出现了如下一些问题。

(1)冬季运行时氯气换热器冷凝下来的氯水量很少且不连续，夏季时，几乎没有冷凝下的氯水。经过分析，认为是氯气换热器的氯水排放管线设计不合理，存在气阻，导致氯水流通不畅。原氯水工艺如图1所示。

图1 原氯水工艺流程图

(2)夏季高温时，氯气经换热后整个氯气系统温度超指标运行，导致氯中水含量偏高，最高时达到8.2×10-5。

(3)酸雾捕集器压差偏高(指标要求<10 kPa)达到7 kPa，增设换热器前一直保持在(2～4) kPa。

3 进一步改造

通过分析，结合上述问题，对工艺和设备进行进一步优化。

(1)取消氯气换热器的氯水排放管线的U形管，并在氯气总管与氯水排放管线之间加装阀门，系统运行时关闭阀门，停车时打开阀门，避免产生气阻，从排放口到阳极液放净槽的管线设置2°～5°的坡度。阳极液放净槽适当保持液位高度，在40%～55%(液位也不能过高)。改造后工艺如图2所示。

图2 改造后氯水工艺流程图

(2)经过第一次改进，氯气换热后的温度下降了5 ℃，但后系统温度仍旧超温，为此三泰公司又对氯气洗涤塔进行改造，将原填料塔、泡罩塔直径由2.2 m增加到2.5 m。增加1套洗涤塔洗涤水换热器(并联使用，冬季用1套，夏季2套全开)。

(3)酸雾捕集器由3个滤芯增加至4个滤芯，增大过滤面积30%。

4 蒸汽节约量计算[2]

(1)精盐水流量为160 m3/h，质量浓度为(305±5) g/L的密度按1.2×103kg/m3、比热容按3.29 kJ/(kg·℃)计算。

(2)精盐水被80 ℃湿氯气加热，一般升温5～6 ℃，所以取Δt=5 ℃。

(3)压力为0.2 MPa时，蒸汽潜热H=2 307(kJ/kg)。

(4)回收热量Q=cmΔt=3.29×160×1.2×103×5=3.16×106(kJ)。

折算成蒸汽为3.16×106÷2 307=1 370(kg)=1.37 t，则全年(年运行时间按8 000 h计算)节约蒸汽：1.37×8 000=10 960(t)。蒸汽价格按103元/t计算，全年可节约成本：

10 960×103=112.89万(元)。

5 结语

通过以上优化，氯水冷凝量明显增加，氯气系统温度达标，酸雾捕集器压差降至1.5 kPa，完全达到改造要求，并为今后氯碱生产线提高产能奠定了基础,提供了经验。

氯碱生产过程能耗高、污染严重，在节能减排日益受到世界各国重视的今天，充分合理利用能源，控制污染物排放，保护环境等方面还有很多工作要做。