氯气干燥工艺的选择

1、碱工业第44卷第12期氯.44,No.12Vol2008年12月Dec.,2008Chlor-AlkaliIndustry【氯氢处理】氯气干燥工艺流程选择李风格3(中国石化集团巴陵石化分公司,湖南岳阳414014)关键词氯气;干燥流程;工艺控制;除雾器摘要简述了氯气干燥原理及几种典型的氯气干燥工艺流程(串联的填料塔组流程、强化型泡沫塔流程及填料塔与泡罩塔组合流程)。提出干燥塔组合流程要降低氯气中水分,关键是严格控制进塔氯气冷却温度、出塔硫酸浓度、进塔硫酸浓度和温度以及出塔氯气温度等工艺参数,同时选用效率较高的除雾过滤技术。中图分类号TQ028.2文献标志码B文章编号1008-133X(2008

2、)12-0017-04TheselectionofchlorinegasdryingprocessLIFeng-ge(BalingPetrochemicalBranchCo.,SINOPEC,Yueyang414014,China)Keywords:Abstract:chlorinegas;dryingprocess;processcontrol;demisterTheprincipleofchlorinegasdryingandseveralkindsoftypicalchlorinegasdryingproces2ses,suchasserialpackedtowersprocess,in

3、tensivefoamingtowerprocessandcombinedprocessofpackedtowerandbubblecaptower,areintroduced.Itispointedoutthatinordertodecreasethewatercontentinchlorinegas,thekeymattersaretostrictlycontrolprocessparameters,suchascoolingtempera2tureofinletchlorinegas,theconcentrationofoutletsulfuricacid,theconcentratio

4、nandtemperatureofin2letsulfuricacid,andthetemperatureofoutletchlorinegas,andselecthighefficiencydemistingandfilte2ringtechnology.氯气处理是氯碱生产中的关键工序,其任务是对电解来的湿氯气进行冷却、干燥和加压输送。经过硫酸干燥后的氯气如果水含量超标,将加剧氯气输送及液氯等工序的管道和设备腐蚀,给整个生产系统带来严重后果。目前,国内部分氯碱企业处理后的氯气含水质量分数在0.005%0.010%之间,但大多数企业只能达到0.03%0.04%1。特别是随着氯气输送工艺的不断进

5、步,国内很多氯碱企业逐步采用透平压缩机取代传统的纳氏泵输送氯气工艺,对氯中水含量的要求越来越高。因此,采用合理的氯气干燥工艺流程和工艺操作条件,降低干燥氯气中的水含量,已成为企业决策者和专业技术层关注的焦点。1氯气干燥原理工业上采用浓硫酸作为氯气的干燥剂,是由于浓硫酸具有较高的脱水效率、不与氯气发生化学反应、氯气在硫酸中的溶解度低等优点。氯气的干燥,是在硫酸与湿氯气接触后,通过硫酸吸收氯气中的水分实现的。因此硫酸干燥氯气的实质是水从氯气中扩散到硫酸中的传质过程,而该过程能否进行或进行的程度如何,取决于氯气分压与硫酸液面上水蒸气分压的差值,也就是传质推动力。传质推动力越大,干燥效果就越好。温度一

6、定时,硫酸浓度越高,水蒸气分压愈低;硫酸浓度一定时,温度降低则水蒸气分压随之下降,从而加大了传质过程中的推动力。因此,在操作时选择适当的硫酸浓度和操作3作者简介李风格(1971),男,高级工程师,现任中国石化集团巴陵石化分公司环氧树脂事业部烧碱车间主管,曾多次参与离子膜法、隔膜法烧碱技改项目。收稿日期2008-01-1517氯氢处理氯碱温度,有利于提高氯气干燥效果2。2氯气干燥工艺流程目前较为先进、典型的氯气干燥流程大致可分为3类1:串联的填料塔组流程、强化型泡沫塔流程及填料塔与泡罩塔组合流程。2.1串联的填料塔组流程北美、日本大多采用填料塔组流程2,此流程一般由双塔、3塔或4塔串联组合而成,

7、目前我国也有部分企业采用此流程,如中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂采用3台填料塔串联流程,浙江巨化股份有限公司采用4台填料塔串联流程3。这里仅介绍3塔串联工艺流程(见图1)。1干燥塔;2硫酸循环泵;3干燥塔;4硫酸循环泵;5干燥塔;6硫酸循环泵;7、8、9硫酸冷却器图1串联的填料塔组流程如图1所示,湿氯气冷却后进入干燥塔与塔顶喷淋的75%78%硫酸逆流接触,除去部分水分后进入干燥塔,与比干燥塔中浓度略高的硫酸逆流接触,再除去部分水分后进入干燥塔塔底,与浓硫酸逆流接触,再除去部分水分,经酸除雾器后去氯气压缩机。96%98%的浓硫酸进入干燥塔塔底,再用泵输送经冷却器进入塔顶喷淋,吸水后流至

8、塔底;塔底多余的硫酸溢流到干燥塔塔底,用泵输送经冷却器进入塔顶喷淋,吸水后回至塔底,多余的硫酸则溢流至干燥塔塔底,干燥塔内硫酸循环方式与、干燥塔相同,干燥塔多余的硫酸则溢流到废酸贮槽。填料塔流程操作平稳,弹性较大,塔的阻力降小,单塔的压降一般在1.0kPa以下,且每个填料塔的液流循环量变化不大,能较好地平衡进塔气量的变化,满足相应的气液传质过程。由于填料塔的操作弹性较大,适应气相变化能力较强,在电解刚开车时氯气流量较小的情况下,它几乎与满负荷操作相同,能达到对水分要求的指标,因而显示其独特之处。但填料塔占地面积大,投资较多,大修时清理检修难度较大1。18工业2008年2.2强化型泡沫塔流程强化

9、型泡沫干燥塔(以下简称“强化塔”)有泡沫塔、泡罩塔形式,这些塔操作的空塔速度与填料塔大致相当,而强化塔与填料塔体积之比却为1(1220),两者体积相差甚大。在填料塔内需用48s完成的干燥操作,在强化塔内仅需数秒即可完成2。另外,强化塔采用的是外溢流、大液流冷却循环的干燥方式,使液气比大大增加,以实现强化干燥的目的。因此,强化型泡沫塔具有设备小、占地少、投资省、产量大、易操作的优点,但阻力降比填料塔大,增加了氯气压缩机的动力消耗。该流程在国内如原上海天原化工厂等厂家使用,其工艺流程见图2。1泡沫干燥塔;2稀硫酸循环槽;3稀硫酸循环泵;4稀硫酸冷却器;5浓酸循环槽;6浓酸循环泵;7浓酸冷却器;8浓

10、酸高位槽;9酸除雾器;10废酸贮槽图2强化型泡沫塔工艺流程如图2所示,湿氯气冷却后进入强化塔底部,通过5层塔板与硫酸泡沫层接触吸收,干燥后的氯气从塔顶排出,经酸除雾器后去氯气压缩机。来自浓硫酸循环槽质量分数为96%98%的浓硫酸由酸泵送至浓硫酸冷却器,冷却后进入浓硫酸高位槽,然后分为二路:一路经过节流调节后进入浓酸段的第1块塔板,吸收微量水分后通过外溢流回到第2块塔板继续吸收水分,然后通过外溢流回到浓硫酸循环槽;另一路浓硫酸经节流调节后进入浓酸段的第3块塔板,进行气液相传质后,浓硫酸内溢流至第4块塔板。来自稀硫酸循环槽的稀硫酸质量分数约为72%,由稀酸泵压送至稀酸冷却器,冷却后直接进入第4块塔

11、板,与第3块塔板内溢流下来的浓硫酸混合,并与湿氯气进行充分的传质吸收后,经外溢流至第5块塔板,继续与进塔的湿氯气逆流接触吸收水分,最后经外溢流出塔板,返回稀硫酸贮槽,多余的第12期李风格:氯气干燥工艺流程选择氯氢处理稀硫酸则溢流入废酸槽4。2.3填料塔与泡罩塔组合流程填料塔与泡罩塔的组合流程最先由荷兰阿克苏公司开发,简称为“阿克苏流程”,欧洲等地应用较多1。由于泡罩塔的塔板上留有一定厚度的硫酸层,氯气从硫酸层中通过时,能使气液两相充分接触;而且泡罩塔处理量大,塔板上安装圆形或条形泡罩,增加了设备的操作弹性和对负荷变化的适应性5。因此,该流程能很好地适应气体流量的变化,即在气体流量较小时,填料塔

12、承担干燥任务;而在满负荷运行状况下,泡罩塔则以较快的速度完成传质吸收过程。目前,该流程已成为我国氯碱企业氯气处理改造的首选流程,如浙江嘉化(集团)有限责任公司采用2台填料塔加1台泡罩塔流程6,上海氯碱化工股份有限公司采用1台填料塔加1台泡罩塔流程3。图3介绍了3塔串联的填料塔与泡罩塔流程。1干燥塔;2硫酸循环泵;3干燥塔;4硫酸循环泵;5泡罩塔;6硫酸循环泵;7、8、9硫酸冷却器;10硫酸计量泵图3串联的填料塔与泡罩塔组合流程如图3所示,湿氯气冷却后进入干燥塔与塔顶喷淋的质量分数75%80%的硫酸逆流接触,除去部分水分后进入干燥塔,与质量分数88%94%的硫酸逆流接触4除去部分水分后,进入干燥

13、塔塔底,经过塔下部的填料段后,依次通过5层塔板的泡罩,与塔板上的硫酸层充分接触除去部分水分,然后经酸除雾器送至氯气压缩机。98%浓硫酸通过计量泵从泡罩塔的顶层塔板加入,依次通过塔板自流至塔底后,多余的硫酸溢流至前面的填料塔,而塔多余的硫酸则溢流到废酸贮槽。、干燥塔均采用酸泵对塔内的硫酸进行喷淋循环。3干燥工艺流程的选用2000年7月,中国石化集团巴陵石化分公司环氧树脂事业部5万t/a离子膜烧碱装置开工建设,氯气干燥选用了2台填料塔加1台泡罩塔串联的3塔流程;2004年7月,隔膜法烧碱装置氯气干燥系统技术改造时,选用了1台填料塔加1台泡罩塔的2塔流程。隔膜法烧碱装置的氯气干燥工艺改造之前采用的是

14、泡沫筛板单塔流程,该塔设有4层塔板,采用内溢流、小流量方式,操作时不仅泡沫层质量不易控制和掌握,而且在干燥过程中,因硫酸吸水产生的热量无法移出,故泡沫塔出口氯气温度一般在40以上,夏季有时高达60,造成出塔氯气水含量经常超标,夏季尤为严重。下面简单介绍该套隔膜法烧碱装置氯气干燥流程的特点及工艺控制情况。3.1工艺流程及特点图4为该套隔膜法烧碱装置氯气干燥流程改造后的简图。1水洗塔;2段钛冷却器;3段钛冷却器;4水除雾器;578%酸冷却器;6干燥塔;794%酸冷却器;8干燥塔;9酸除雾器;10酸计量泵;1194%酸泵;1278%酸泵图4隔膜法烧碱装置氯气处理流程简图如图4所示,改造后的氯气干燥流

15、程具有以下2个特点。(1)氯气干燥采用了填料塔与泡罩塔串联的2塔流程,其中干燥塔装有2层(每层3.5m高)HQ-AM73×27.5×4的PVC新型花环填料,干燥塔下部装有1层3.5m高的73×27.5×4PVC花环填料,上部为5层泡罩塔板(每层25个泡罩),浓硫酸从顶层泡罩塔板加入,每个塔的填料段之间均采用循环量约50m3/h的硫酸对氯气进行干燥脱水处理。每塔配1台哈氏合金板式冷却器,将硫酸吸收氯气中水分而产生的热量移走,降低硫酸表面的水蒸气分压,提高吸收效果。两种不同类型的塔器串联组合在一起,流程结构紧凑,占地面积较小,充分发挥了填料塔操作弹性大和泡罩

16、塔处理量大、干燥效率高的优势互补作用7。(2)该流程中水除雾器、酸除雾器均选用了美国孟山都(Monsanto)公司生产的高效、低阻力降玻璃纤维除雾过滤元件,其玻璃纤维除雾筒对粒径大于3m的雾滴可100%除去,粒径小于3m的粒子分离效率达99.3%,且阻力降低于1.5kPa。大大降低了塔的干燥负荷,同时减少了因酸雾夹带造成氯气含水量分析值偏高的情况。(下转第26页)19蒸发与固碱氯碱上扬,液化气原料成本成为粒碱生产中不可忽视的因素,相比2003年,粒碱生产仅燃料费用就上升了300元/t左右(编者注:现在石油价格已降低,估计燃料费用也已降低)。因此,寻求价格低廉的燃料降低生产成本成为一种较好的节能

17、途径。还可通过工艺改进、过程优化来达到节能目的,例如,最终浓缩产生的二次蒸汽温度达320,分别经过预浓缩和蒸发效壳程后,还有大量剩余蒸汽从放空口排出,造成热量损失。因此,工艺设计时应考虑增大效真空泵的抽气率,充分利用浓缩产生的二次蒸汽,合理利用中压蒸汽,尽可能提高烧碱进最终浓缩器前的浓度,从而降低最终浓缩蒸发量,节约燃料,降低成本。(3)合理搭配固碱产品结构,降低能量损耗。由于粒碱生产的需要,粒碱单元每次启动前或造粒单元短期停车时熔融碱进入溶解单元,会造成不小的能量损失。因此,在结构设计时,与片碱装置配合使用,一方面可以省去溶解单元,另一方面便于生产(上接第19页)3.2工艺控制为确保干燥氯气

18、水含量稳定,在操作过程中须加强以下5方面的工艺控制。(1)加强对氯气的洗涤、冷却,尽可能除去氯气中夹带的盐雾等颗粒,将冷却后的氯气温度控制在4555之间。(2)严格控制干燥塔入口的氯气温度。操作时干燥塔入口的氯气温度严格控制在1215范围。(3)进塔浓硫酸质量分数在96%以上,同时浓硫酸温度要求控制在1116之间,以降低硫酸液面上的水蒸气分压。(4)经干燥处理出塔后的氯气温度严格控制在20以下。(5)干燥塔溢流至废酸槽的硫酸质量分数要求控制在78%84%之间。4结语目前国内氯碱企业采用的氯气干燥流程虽然不尽相同,但无论是采用多台填料塔串联,或带有稀硫酸、浓硫酸循环冷却的强化型泡沫塔,还是采用填料塔与泡罩塔串联的组合流程,要降低氯气中水分,关键是严格控制好各项工艺指标,特别是要加强最后一塔的进塔硫酸浓度、温度以及出塔氯气温度的控26工业2008年调整,建议投资时先考虑片碱装置,再适时配套粒碱装置。(4)要确保粒碱装置长期、平稳运行,物料输送是最大的限制因素,因此,粒碱装置的物料输送将成为今后完善粒碱工艺的一个重要问题。(5)粒碱产品的包装也是今后需要完善的问题,目前金泰氯碱采用的是德国进口的FFS包装机,虽然该型包装机可实现粒碱产品的全自动包装,但单层P