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发布时间:2020-10-16 03:38:55

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作者:颜才南、胡志宏、曾建华 编著

出版社:化学工业出版社

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氯化氢生产与操作

氯化氢生产与操作试读:

前言

氯碱工业是基本化学工业之一,在国民经济中占有重要地位。近几年新技术、新工艺的采用,使我国氯碱生产技术同国外生产水平基本没有差距。这也对从事氯碱生产的人员提出了新的要求,因此加强对从业人员的培训,全面提高操作技术水平和技能是氯碱生产企业的重要工作,也为高职高专应用化工技术类专业的人才培养提供了广阔的空间。

2012年我国烧碱年产量达2698万吨,现已成为世界烧碱第一生产大国。氯碱工业的生产技术始终围绕提高产品质量、降低能耗和改善环境这一永恒的主题在不断进步。各氯碱企业不断进行循环经济消耗链的研究与探索,坚持走可持续发展的道路,使技术、环境和效益都取得了长足的进步。

本书内容较为丰富,是作者多年生产实际经验的总结,基本反映了我国烧碱工业中氯化氢生产现有的技术状况和行业发展的趋势。全书按照氯化氢生产的前后工序进行编写,连贯性强。着重讨论了氯化氢生产流程、工艺控制、主要设备、操作要求、安全要求,对安全事故案例也进行了深入的剖析。

本书可作为氯碱企业提升技术工人操作技能的培训用书,也可作为企业生产管理及高等院校学生实习的参考书,还可作为高等职业学校化学工程与工艺专业的教学用书。

由于编者的学识水平有限,本书一定存在许多不足,欢迎广大读者批评指正。编者2013-7

1 氯气处理

1.1 概述

工业上氯气的生产方法是以食盐为原料,将食盐(氯化钠)溶解为饱和水溶液在电解槽中通入直流电,使氯化钠水溶液发生电解反应,反应方程式如下。

2NaCl+2HO→电解→2NaOH+H+Cl222

电解后得到的是温度高(约85℃)且含有大量水分的湿氯气,-6经过冷却和干燥后可得到干燥氯气[含水量一般在(50~400)×10左右],干氯气经氯气压缩机(纳氏泵或透平机)加压至0.2~0.3MPa下在—25~—30℃之间进行间接冷却,使氯气冷凝为液氯。

1.1.1 氯气的物化性质

在通常情况下,氯气是黄绿色的气体、有毒,并有刺激性气味,吸入少量就会使人的鼻、喉黏膜受到刺激,引起胸痛和咳嗽,吸入过量氯气会使人窒息,甚至死亡。氯气密度比空气大,熔沸点较低,能溶于水,易溶于有机溶剂,在压强为101kPa、温度为—34.6℃时易液化。液态氯为金黄色液体,如果将温度继续冷却到—101℃时,液氯变成固态氯,固态氯为四方晶体。

1.1.1.1 氯气的物理性质

化学式 Cl2

原子量 35.453

分子量 70.906

相对密度(水=1)1.47;(空气=1)2.483

密度(标准状态)3.214kg/m

沸点(0.1MPa)—34.03℃

熔点(0.1MPa)—101.3℃-7

黏度(16℃)129×10Pa·s

气化热(沸点下)286.16kJ/kg

熔融热(熔点下)90.35kJ/kgρ3

临界常数 温度t=144℃,压力P=7.7MPa,密度=0.573kg/cmccc

比热容 气体(25℃)c=0.476kJ/(kg·℃);c=0.358kJ/(kgpv·℃)

液体(25℃)c=1.047kJ/(kg·℃)p

固体(—133℃)c=0.664kJ/(kg·℃)p

热导率(25℃)气体0.00891W/(m·℃)

液体0.1394W/(m·℃)

膨胀系数 平均为0.003836

压缩系数 101~767kPa

溶解度(0℃,101kPa)100g水中能溶解氯1.462g2

扩散系数(0℃,0.1MPa)在空气中为0.108cm/s-52

20℃,在水中1.22×10cm/s

水合物 温度<9.6℃时,可以与水生成Cl·8HO水合物,反应的22生成热77.143kJ/mol

外观 气体为黄绿色,液体为黄色微橙的透明液体

嗅味 具有窒息性刺激臭味

液氯的蒸气压见表1-1。

常温下氯气在水中的溶解度见表1-2。

1.1.1.2 氯气的化学性质

25

氯元素符号Cl,原子序数17,外围电子排布3s3p,位于第三周-期3ⅦA族。原子半径99pm,Cl半径181pm,第一电离能1251kJ/mol,电负性3.0,主要氧化数—1、0、+1、+3、+5、+7。氯属卤族元素,化学性非常活泼,除了对惰性气体、碳、氮等元素外,几乎可以与各种元素直接化合。氯也能和许多化合物起反应,所以在自然界中以游离状态存在的氯是极少的,大多呈无机化合物存在。食盐(NaCl)即为代表性的化合物。单质氯以双原子分子(Cl)组成,为黄绿色2有刺激性臭味的气体,有毒。部分水解成盐酸、次氯酸(HClO),后者有漂白性。易溶于二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂。在低温下干燥氯气化性不十分活泼。有痕量水存在时,活泼性急剧增加。能跟所有金属化合,能跟氧、氮、碳以外非金属单质直接化合,生成氯化物。有强氧化性,是强氧化剂。工业上用电解饱和氯化钠水溶液制得,实验室常用浓盐酸跟二氧化锰共热制备。表1-1 液氯的蒸气压(绝压)表1-2 常温下氯气在水中的溶解度

(1)氯气与金属的反应

氯气易与各种金属反应生成氯化物,如氯气与银反应生成氯化银。

2Ag+Cl→2AgCl2

氯气与金属的反应,在有水存在时,能生成盐酸,而促使其腐蚀,如

2Fe+3Cl→2FeCl323

FeCl+3HO→Fe(OH)+3HCl323

完全干燥的氯气或液氯在常温下几乎不与金属作用,但也有例外,如钛(Ti)与湿氯不起反应,而与干燥氯生成氯化物。

Ti+Cl→TiCl22

(2)氯气与水反应

氯微溶于水,生成少量的盐酸和次氯酸。

Cl+HO→HClO+HCl22

次氯酸在光和热的影响下容易分解,析出初生态氧[O]和生成盐酸。

HClO→HCl+[O]+-

次氯酸还会在水中离解HClO→H+ClO

由于次氯酸、次氯酸根离子和初生态氧具有强烈的氧化作用,再加上盐酸的腐蚀作用,因此,湿氯气腐蚀性极强。表1-3列出了在干氯气、湿氯气及氯水中能够使用的耐腐蚀材料。表1-3 氯气介质下的耐蚀材料注:A能够或正被成功地使用,B注意使用过程,C不能使用;摘自《调节阀手册》第二版,美国仪表学会,J.W.哈奇森主编,林秋鸿等译,1984。

(3)氯气与无机化合物的反应

氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠。

2NaOH+Cl→NaClO+NaCl+HO22

氯气与氢氧化钙反应生成次氯酸钙。

2Ca(OH)+2Cl→Ca(ClO)+CaCl+2HO22222

可与硫代硫酸钠(大苏打)反应而被吸收。

2NaSO+Cl→NaSO+2NaCl2232246

NaSO+4Cl+5HO→2NSO+2NaCl+6HCl2232224

NaSO+3HCl→HSO+2NaCl+S↓22323

(4)氯气与有机化合物的反应

与苯起反应CH+3Cl→CHCl(加成反应)662666

CH+Cl→CHCl+HCl(置换反应)66265

与醋酸起反应CHCOOH+Cl→CHClCOOH+HCl322

(5)氯气与氨起反应

氯与氨即使在低温下,亦起剧烈反应,生成氯化铵和氮气。

8NH+3Cl→6NHCl+N+456kJ3242

当氯氨过量时,则生成易爆物质三氯化氮,三氯化氮分解时,发生强烈爆炸。

4NH+3Cl→3NHCl+NCl+489kJ3242

三氯化氮分解 2NCl→N+3Cl322

(6)氯气与氢气起反应

H+Cl→2HCl22

氢气和空气的混合气中,含氢量在4.1%~74.2%(体积分数)是爆炸区间。氢气和氧气的混合气体中,含氢量在4.5%~95%(体积分数)是爆炸区间,氢气和氯气的混合气体中含氢量在3.5%~97%(体积分数)是爆炸范围。氢气、氯气和空气混合气的爆炸上下浓度极限如图1-1所示。氢气和空气的混合气的燃点为450℃。而与氨气的混合气的燃点则为51℃。在生产厂房中大量氢气外溢的情况下,亦可能生成易爆的氢气、空气的混合气。为了氯碱生产的安全,氢气、空气的混合气中氢的允许含量为4%(体积分数)。氮气或二氧化碳等惰性组分对混合气的着火极限、爆炸极限是有影响的。因此,如果在氢气和空气的易爆混合气中加入一定量的氮气和二氧化碳,就不会发生爆炸。例如,在1体积的氢气和空气混合气中加入16.5体积的氮气或10.3体积的二氧化碳。就可以防止爆炸。因此,氯碱生产过程中合成炉系统在开车点炉或检修动火时,氢气管道、设备往往要用氮气冲洗稀释,再经分析,控制易爆混合气含氢量合格(含氢量≤0.4%)后才能动火。图1-1 氢气、氯气和空气混合气的爆炸上下浓度极限

氯内含氢也是必须控制的指标,氯氢混合气在正常温度或无光照下不起作用,但在日光或人造光的波长为470nm或者温度超过50℃,两种气体将爆炸性地反应生成氯化氢。电解槽阳极出来的氯气中含有空气、氢、二氧化碳、一氧化碳等。氯气中含氢量小于1%(体积分数)一般无爆炸危险。但当氯气、氢气的混合气中含氢量为3%~7%(体积分数)时,点燃时伴有爆炸;含氢量达83%~93%(体积分数)时,压力增高但不爆炸。因此,氯内含氢量必须严格控制。另外,氯中含氢还影响氯气液化效率的控制。

1.1.2 氯气的用途

氯气为重要化工原料,用途极广,主要有杀菌消毒、纸浆纤维漂白;氯气在矿石精炼等工业有广泛的应用,如镁的冶炼及精制,钛、锆、钒、铌、钼、铜、钨的生产。用于无机合成时可生产漂白剂(如漂白粉、漂粉精及次氯酸钠)、三氯化铝、氯化磷、农药、三氯化铁、照相用氯化银、氯酸钾、合成盐酸、四氯化钛和氯化硅等。用于有机合成时可生产有机农药、氯烃溶剂、塑料、增塑剂、合成橡胶、合成纤维、制冷剂等。

1.1.3 氯气纯度的测定方法

①测定原理 氯气可由硫代硫酸钠溶液反应吸收。

2NaSO+Cl→NaSO↓+2NaCl2232246

② 测定手续 测定仪器装置见图1-2氯含量分析仪。图1-2 氯含量分析仪注:1.水准瓶内的酸性饱和食盐水,必须用氯气饱和。2.硫代硫酸钠吸收液每8h更换一次。

先将氯气通往碱处理瓶,置换1~2min以后,用样品气洗涤量气管1~2次,然后准确量取样品气100mL,用水准瓶把气体压入硫代硫酸钠溶液吸收瓶,充分摇动韩氏球50~60次,依此反复吸收,直至读数恒定为止,记下残余气体体积数。

③ 计算公式

式中 V——取样体积,mL;

V——吸收后残余气体体积,mL。1

1.1.4 氯气内含氢量的测定方法

1.1.4.1测定原理氯中含氢的测定,由体积差来计算氯内氢含量。

氢气和氧气在适当的比例下,遇电火花爆炸化合成水,氢的体积是爆炸减少体积的2/3。

2H+O=2HO2221.1.4.2 测定手续 仪器装置见图1-3。(1)采样

先将300mL取样器充满酸性饱和食盐水,用排水集气法采取试样300mL,然后取下食盐水瓶,迅速接上碱液瓶,被碱吸收后,取样器内剩余的气体供氯中含氢测定。图1-3 氯中含氢分析仪器1,2,3,4,12,15—旋塞;5,9,11—液封瓶;6—爆炸球;7—量气管;8—水准瓶;10—量管;13—电阻丝;14—变压器(2)空白测定

打开旋塞3,准确取标准氢5mL,关闭旋塞3,打开旋塞4将5mL氢气压入爆炸球6,打开旋塞1、2、3、4,提高水准瓶8,排出剩余气体,再抽取空气20mL,关闭旋塞1,打开旋塞4,将爆炸球6的氢气抽回量气管与空气混合后,准确读取其体积(V),并压入爆炸球61内,关闭旋塞4,通电点火爆炸。然后打开旋塞4,将爆炸后剩余气体抽回量管,关闭旋塞4,稍等片刻,使量管内液面不再上升,准确读取爆炸后气体体积(V)。2

空白试验体积=V—V12(3)样品测定

氯气被碱吸收后,将剩余气体抽入量管内,使爆炸前混合气体体积大于或等于25mL,其测定手续与空白试验相同。1.1.4.3 计算公式

式中 V——爆炸前混合气体体积,mL;1

V——爆炸后混合气体体积,mL;2

V——空白试验时爆炸前后体积差,mL;3

H%——标准氢纯度,%;2

A——加入标准氢体积,mL;

V——试样体积,mL;———换算系数(体积比)。

注意事项

① 取样量管应严格遮光;

② 仪器应保持清洁,以保证导电良好;

③ 爆炸球要用金属网或玻璃板阻隔,以保证安全;

④ 空白试验低于7.2mL时要及时更换标准氢;

⑤ 读取气体体积时,必须使水准瓶内液面与量管内液面在同一位置上;

⑥ 读取气体量管读数,前后静候时间要一致。

1.1.5 氯气中含水量的测定方法

电解生产出的氯气中含有一定量的水蒸气,很容易使金属材料制成的氯气输送管道及其他相关装置设备受到腐蚀,因此,必须干燥湿氯气,以除去其中的水分。这就需要准确分析氯中的微量水含量。

(1)分析原理

利用浓硫酸的吸水性,将试样通过钾球中的浓硫酸,则浓硫酸质量增加;而排出的氯气用氢氧化钠溶液吸收。浓硫酸与氢氧化钠质量增加的量之比即为氯中含水的质量分数。

(2)试剂与仪器

3

浓硫酸(密度为1.84g/cm);30%氢氧化钠溶液;由缓冲瓶、钾球、碱液吸收瓶组成的硫酸钾球测定水分装置。

(3)测定步骤

向钾球中注入浓硫酸5~6mL,通氯5min饱和,通空气5min以排出钾球内的氯气,钾球两端用胶管封住,于干燥器内干燥30min,取出称其质量记为W(g,下同)。向250mL碱液吸收瓶中加入约50mL1质量分数大约为35%的离子膜电解液,然后稀释到150mL左右,称其质量记为W,连好装置。慢慢打开氯气取样阀,用螺纹夹控制氯气3气泡速度为3~4个/s,约40min后,使吸收瓶质量增加50~70g。钾球通以真空泵内的干燥空气5~10min,排净氯气,然后封住球的两端,在干燥器内干燥30min,称其质量记为W,氯气被碱液吸收后称2其质量记为W,用下式进行计算。4

(4)测定过程应注意

① 在测定过程中,通样时间不能过长或过短,最好在40min左右。时间过短,质量增加少,做样不准确;时间太长,由于碱液和氯气反应生成大量的热又会使溶液沸腾,导致泛碱。

② 在测定过程中保持碱液质量增加50~70g,如果碱浓度太低,那么质量增加量减少,做样不准;如果质量增加过多,碱液吸收瓶立管容易堵塞,使钾球中的硫酸外喷,样品分析失败。

③ 在分析氯中含水量时,特别注意要控制好取样条工艺条件,减少倒压现象的发生。取样管有倒压时,把管路里的水倒入取样装置中,进而使分析结果偏大;而且,倒压又使缓冲瓶里的石棉含水量也偏高,也将使氯中含水量偏高。

1.1.6 三氯化氮含量的测定方法

(1)原理

图1-4 气体吸收管

液氯气化后通入浓盐酸,三氯化氮转变为氯化铵,与纳氏试剂显色反应,在420nm处用分光光度计测定吸光度(GB 5138—2006)。具体反应式如下。

NCl+4HCl=NHCl+3Cl342

(2)试剂和溶液

铵标准溶液c(NH)=2.5μg/mL;氢氧化钠溶液20%;酒石酸钾4钠(分析纯溶液)50%,经加热除铵处理;纳氏试剂;盐酸经处理过的试剂盐酸。

(3)仪器和设备

气体吸收管(见图1-4);20mL具塞比色管;三氯化氮采样装置(见图1-5);盐酸分离装置(见图1-6);分光光度计。图1-5 三氯化氮采样装置A—不计量NaOH溶液吸收瓶;B—三通活塞;C—气体吸收管;D—暗箱;E—计量NaOH溶液吸收瓶图1-6 盐酸分离装置A—空气过滤瓶(内装1+5硫酸溶液);B—气体吸收管;C—电加热装置;D—盐酸收集瓶;E—NaOH溶液吸收瓶;F—吸收瓶(内装氧化钙)

(4)分析步骤

绘制标准曲线后,按图1-5连接好采样装置,用干滤纸擦干净取样器阀门,缓慢打开取样器阀门,将适量的氯气通入不计量的氢氧化钠溶液吸收瓶中,清洗取样器阀门。之后旋转三通活塞,控制氯气流量约400mL/min(即每秒4~5个泡)通入已加入5mL盐酸的气体吸收管,避光取样10min。根据氢氧化钠吸收瓶E在采样前后的质量差,计算采样量。将上述已盛有试料的气体吸收管置于预先加热的盐酸分离装置(图1-6)内,加热,蒸出盐酸(最后体积约1~2滴)。

用水冲洗样品分离后的采样气体吸收管的进气管内壁和浸入盐酸吸收液部位外壁,加入1滴酒石酸钾钠溶液,用水稀释至刻度,再加入1mL纳氏试剂,摇匀。静置10min。

用适宜的比色皿,在波长420nm处,用水调整分光光度计零点,测定溶液吸光度。

(5)结果计算

三氯化氮质量分数w,可按下式计算。2

式中 m——由标准曲线上查得的试料中铵的质量数,μg;3

m——由标准曲线上查得的空白试验中铵的质量数,μg;4

m——试料的质量数,g;5

6.67——铵与三氯化氮的换算因子;

1.025——吸收系数。

1.2 氯气处理工艺

氯气处理工艺一般包括:氯气洗涤塔、一、二段钛冷却器、氯气泡沫干燥塔、氯气填料干燥塔、酸雾捕集器等设备。

氯气处理工艺流程见图1-7。

电解后的湿氯气到氯处理系统管道,温度由85℃降至约80℃进入氯处理系统,湿氯气通过氯气总管从氯气洗涤塔下部进入塔内,洗涤塔的底部作氯水循环槽用,氯水循环泵将氯气洗涤塔底部约60℃的氯水输送经过氯水冷却器冷却降温至约45℃送至氯气洗涤塔上部的配液盘,再从配液盘均匀分布到塔内填料上,最后又流回到洗涤塔底部的氯水循环槽中,氯气在洗涤塔内得到洗涤降温,从塔顶出来的氯气送至一段钛冷却器。氯水冷却器采用的冷却介质为循环冷却水。一、二段钛冷却器的氯水流至氯气洗涤塔内,氯气洗涤塔内的部分氯水靠溢流进入氯水集中槽,氯水集中槽中的氯水从氯水排放总管排入废水处理系统。氯气洗涤塔底部安装有一根接入氯水排放总管的管道及阀门,可用来排出底部污垢或调节氯气洗涤塔内的氯水液位,以保证液位控制在玻璃液位计上的规定位置上。图1-7 氯气处理工艺流程

洗涤塔顶部温度约为65℃的氯气进入一段钛冷却器列管内,通过管壁进行热交换,把氯气温度降至40℃以下,然后氯气再进入二段钛冷却器的钛列管内,用冷冻岗位供给的3~6℃的冷冻水进行第二次间接冷却,经过两段间接冷却后的氯气,经水沫捕集器去除部分水分和杂质后,进入氯气泡沫干燥塔。

外溢流负压氯气泡沫干燥塔流程:湿氯气冷却后进入泡沫干燥塔底部,通过5层塔板与硫酸泡沫层接触水分被吸收。干燥后的氯气从塔顶排出,进入氯气填料干燥塔。含量为96%~98%的浓硫酸进入浓硫酸循环槽由浓硫酸循环泵输送,经浓硫酸冷却器冷却后进入浓硫酸高位槽。高位槽内的浓硫酸进入泡沫塔的第一块塔板,吸收氯气水分,通过外溢流进入第二块塔板继续吸收氯气水分,然后外溢流回到浓硫酸循环槽。稀硫酸循环槽内的稀硫酸由稀硫酸循环泵输送,经稀硫酸冷却器进入第四块塔板,吸收氯气水分后通过外溢流进入第五层塔板,继续吸收氯气水分,然后回到稀硫酸循环槽。稀硫酸循环槽内的硫酸浓度接近72%时,打开浓硫酸高位槽进入第三块塔板的阀门,及时补充浓硫酸,并通过第三块塔板内溢流管进入第四块塔板。稀硫酸吸收氯气水分后浓度变稀,稀硫酸循环槽中多余的稀硫酸溢流至废酸槽。

氯气填料干燥塔流程:从泡沫干燥塔出来的带酸氯气从氯气填料塔的底部进入,通过塔内填料,与从塔顶喷淋下来的浓硫酸进行接触,水分被吸收。干燥后的氯气从塔顶排出,为防止干燥后的氯气携带酸沫进入压缩机腐蚀设备,从干燥塔出来的带酸的干燥氯气必须先进入酸雾捕集器分离酸沫之后才能输送到氯气压缩机系统。含量为96%~98%的浓硫酸由填料塔浓酸循环泵输送,经填料塔浓酸冷却器冷却后进入填料塔塔顶。从塔顶一直喷淋经过填料,由底部的溢流管流回填料塔浓酸槽,而浓酸循环泵接而将浓酸槽内的浓酸继续打到填料塔顶部,而同时浓酸槽也溢流回到浓酸循环槽,循环使用。浓酸高位槽与浓硫酸循环槽连通,同时也为填料干燥塔及时补充浓酸。

1.2.1 氯处理的任务与一般方法

氯处理的任务包括氯气的冷却、干燥脱水、净化和压缩、输送几个部分,另外,还可以稳定和调节电解槽阳极室内的压力,保证电解工序的工艺条件和干燥后的氯气纯度。

氯气处理的一般工艺流程如下:两段列管间接冷却,硫酸干燥塔(填料塔),硫酸干燥塔(泡罩塔)串联干燥流程。采用此工艺设备少,系统阻力小,操作稳定,经济性能优越。

从电解槽出来的湿氯气,一般温度较高,并伴有大量水蒸气及盐雾等杂质。这种湿氯气,对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用,只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下,才能耐湿氯气的腐蚀。例如金属钛、聚氯乙烯、酚醛树脂、陶瓷、玻璃、橡胶、聚酯、玻璃钢等,因而使得生产及运输极不方便。但干燥的氯气对钢铁等常用材料的腐蚀在通常情况下是较小的,所以湿氯气的干燥是生产和使用氯气过程中所必需的。

氯气干燥前通常先使氯气冷却,使湿氯气中的大部分水蒸气被冷凝除去,然后用干燥剂进一步出去水分。干燥后的氯气经过压缩,再送至下一工序。

在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸气分压来表示。在同一压力下,温度愈高,含水量愈大,其水蒸气分压也就愈高。

为了使氯气能用钢铁材料制成的设备及管道进行输送或处理,要求氯气的含水量<0.05%(如果用透平压缩机输送氯气,则要求含水-6量<100×10)。因此必须将氯气中的水分进一步除去。在工业上,均采用浓硫酸来干燥氯气,因为浓硫酸具有:a.不与氯气发生化学反应;b.氯气在硫酸中的溶解度小;c.浓硫酸有强烈的吸水性;d.价廉易得;e.浓硫酸对钢铁设备不腐蚀;f.浓硫酸可以回收利用等特点,故浓硫酸是一种较为理想的氯气干燥剂。

当温度一定时,硫酸浓度愈高、其水蒸气分压愈低;当硫酸浓度一定时,温度降低,则水蒸气分压也降低。也就是说硫酸的浓度愈高、温度愈低,硫酸的干燥能力也就愈大,即氯气干燥后的水分愈少。但如果硫酸的温度太低的,则硫酸与水能形成结晶水合物而析出。因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运过程中,尤其在冬季必须注意控制一定温度和浓度,以防止管道堵塞。硫酸浓度在84%时,它的结晶温度为+8℃,所以在操作中一般将HSO温度控制在不低于10℃。此24外,硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。故用硫酸干燥湿氯气时,应控制硫酸的浓度、温度以及硫酸与氯气的接触面积和接触时间。

生产中使用的氯气还需要有一定的压力以克服输送系统的阻力,并满足后续工序对氯气压力的要求,因此在氯气干燥后还需用气体压缩机对氯气进行压缩。

1.2.2 氯气的冷却

氯气的冷却因方式的不同,可分为直接冷却、间接冷却和氯水循环冷却三种流程。

直接冷却流程:工艺设备投资少,操作简单,冷却效率高,但是,此流程排出的污水含有氯气,腐蚀管路,污染环境,同时使氯损失增大,且耗费大量蒸汽。

间接冷却流程:操作简单,易于控制,操作费用低,氯水量小,氯损失少,并能节约脱氯用蒸汽。冷却后氯气的含水量可低于0.5%。

氯水循环冷却流程:冷却效率高,操作费用低于直接冷却法,高于间接冷却法,投资比前者高而低于后者。缺点是热交换器所用冷却水温度要求低于15℃,因此需要消耗冷冻量并需增设氯水泵、氯水循环槽使流程复杂化。氯气出口温度控制在12~15℃,因为当氯气温度在低于9.6℃时,湿氯气中的水蒸气会与氯气生成Cl·8HO结晶,22造成设备、管道阻塞并损失氯气。

1.2.3 氯气的干燥

来自电解的湿氯气温度很高,含有约20%的水分,几乎被水蒸气所饱和。湿氯气所带的水蒸气与温度有关,温度越高所带的水蒸气量也越大。

1.2.3.1 不同温度下饱和湿氯气中的水蒸气分压和含水量

表1-4 不同温度下饱和湿氯气中的水蒸气分压和含水量注:1mmHg=133.322Pa。

由表1-4可知,采用冷却降温措施降低湿氯气温度,减小饱和水蒸气分压,就可降低湿氯气的含水量。如来自电解的湿氯气的温度是80℃,则每1kg湿氯气中含有219g的水,若用冷却水冷却至15℃后,则每1kg氯气中含水为4.3g。因此,80℃的湿氯气冷却至15℃时,含水可降低214.7g。氯气的温度越低,氯气含水量越低,但是不能低于9.6℃,因为在此温度下氯气易与水反应生成氯水结晶物,堵塞管道及设备,降低钛冷却器的冷却效率。在实际生产过程中,要求氯气的含水量不高于0.01%(每1kg氯气中含水量不超过0.1g)。另外,还采用硫酸吸收的方法进一步除去氯气冷却后所含的少量水分。

1.2.3.2 氯气干燥工艺流程

来自隔膜电解和复极离子膜电解的高温湿氯气,分别进入各自的氯气洗涤塔底部进口管,由塔底上升,经塔内填料与塔顶喷淋下来的冷却氯水进行充分有效接触,除去氯气中夹带的盐雾、水分及杂质。氯气被冷却至70℃左右,由塔顶导出,进入一段钛冷却器,用循环水间接冷却至50℃左右,进入二段钛冷却器,用循环水间接冷却至30℃左右,最后进入三段钛冷却器,用冷却水间接冷却至12~15℃。经过三段钛冷却器冷却的氯气通过水雾捕集器除去少量水分、杂质。进入填料塔底部,由塔底上升,经过填料层与塔顶喷淋下来的低温硫酸进行充分有效地接触,使氯气中所含的少量水分逐步被硫酸吸收,并控制填料塔出口温度≤30℃。随后,氯气经填料塔顶部导出,进入泡罩塔底部,由塔底上升,经过泡罩塔盘与由塔顶溢流的低温硫酸接触,进一步除去氯气中的水分,并控制泡罩塔出口氯气温度≤25℃。最后,进入酸雾捕集器,除去氯气中夹带的少量硫酸和杂质,被氯压机吸入,经过压缩和冷却后输送到各用氯单位。

在氯气干燥系统中,钛冷却器和水雾捕集器内冷凝下来的氯水经汇集管流入氯水循环罐,由氯水循环泵输出,经氯水冷却器用二次水间接冷却后,进入氯气洗涤塔洗涤氯气。然后,回流到氯水循环罐往复循环使用。高温湿氯气在氯气洗涤塔中冷却下来的氯水经氯水循环罐的溢流管流至脱氯器,用蒸汽间接加热至80~90℃,氯水由氯水外排泵外排,析出的氯气被吸入氯气洗涤塔。

浓酸高位槽内的浓硫酸自流至硫酸缓冲罐,用泡罩塔硫酸泵经硫酸板式换热器用冷冻水间接冷却后定量加入到泡罩塔内。泡罩塔内的硫酸用泡罩塔循环硫酸泵经硫酸板式换热器用冷冻水间接冷却后,进入泡罩塔循环使用,吸收氯气中的水分。泡罩塔内溢流的硫酸通过溢流管进入填料塔,用填料塔硫酸循环泵经硫酸板式换热器用冷冻水间接冷却后进入填料塔顶部,循环使用。

氯气干燥时均以浓硫酸为干燥剂,分为填料塔串联硫酸循环流程和泡沫塔干燥流程。

填料塔串联硫酸循环流程:该流程对氯气负荷波动的适应性好,且干燥氯气的质量稳定,硫酸单耗低,系统阻力小,动力消耗省。但设备大,管道复杂,投资及操作费用较高。

泡沫塔干燥流程:此流程设备体积小,台数少,流程简单,投资及操作费用低。其缺点时压力降较大,适应氯气负荷波动范围小,塔板易结垢,同时由于塔酸未能循环冷却,塔温高,因此出塔氯气含水量高,出塔酸浓度高故酸耗较大。

1.2.3.3 氯气干燥生产中不正常现象的原因及处理方法

表1-5为氯气干燥生产中不正常现象的原因及处理方法。

1.2.4 氯气的净化

氯气离开冷却塔、干燥塔或压缩机时,往往夹带有液相及固相杂质,一般需采用过滤装置加以净化。而管式、丝网式填充过滤器是借助具有多细孔通道的物质作为过滤介质的,能有效地去除水雾或酸雾,净化率可达94%~99%,而且压力降较小,可用于高质量的氯气处理。

出干燥塔气相氯气中夹带有一定的“酸雾沫和细粒”,含量大致3为20~100mg/m,主要成分是硫酸、硫酸钠、硫酸铁和有机氯化物3等;绝大部分的酸雾粒直径小于10μm,含量大约为70mg/m。

夹带着酸雾细粒的氯气径向通过多细孔通道的过滤介质,直径大于3μm的“雾粒沫”具有较大的动能,冲击到过滤层纤维床以后,立即被分离掉。粒径小些的“雾粒”,被气体分子碰撞后往不同的方向移动,接触过滤介质表面被拦截下来,气流的流向使细小“酸雾液滴”继续水平方向移动,重力使酸雾液滴增大,并往下移动,由于浸渍过的过滤介质具有优良的疏水性能,使“液滴”迅速增大,当重力克服向上的拉力时,“酸雾液滴”便落入容器的底部而达到净化的目的。表1-5 氯气干燥生产中不正常现象的原因及处理方法续表

1.2.5 氯气的压缩

氯气的压缩输送方式很多,可以采用离心式鼓风机、液环式压缩机(即纳氏泵)、透平压缩机等。

纳氏泵是借助于浓硫酸作为液环、密封介质,利用硫酸进行冷却循环,以带走氯气压缩时产生的热量,流程见图1-8。图1-8 纳氏泵流程示意1—硫酸高位槽;2—纳氏泵:3—硫酸冷却器;4—气液分离器;5—氯气除雾器

来自泵酸高位槽的98%的浓硫酸经过节流进入纳氏泵,在压缩机的运转作用下在叶轮周围形成密封的液流环,使进口总管中的常温氯气被抽吸进入压缩机;在压缩机的压缩作用下,使氯气得到增压(0.15MPa);同时夹带着硫酸的氯气流一起进入气液分离器。在气液分离器中,氯气被旋风离心分离,往上进入氯气出口总管。而硫酸被分离后,往下由分离器底部进入硫酸冷却器,被工业上水冷却至常温后再回返进入压缩机,如此反复循环。

因为纳氏泵的工作压力不高,压缩产生的热量又大部分被硫酸所带走,硫酸冷却器执行着将硫酸冷却至常温的任务。一般来讲压缩机出口的氯气温度不会超过80℃(实际气相温度为60℃以下)对于使用材质为碳钢的设备和管道来说是安全的,因此纳氏泵流程中不需要设置氯气冷却器。

在纳氏泵流程中,要求硫酸的浓度不低于92%,以减少压缩机在高温下的腐蚀。另外由于氯气脱水干燥的不完善,气相中尚含有一定量的水分,在压缩机内被硫酸所吸收,因此,循环液硫酸的浓度会有所降低,需要经常补充98%的浓硫酸去更换掉已被稀释的循环密封溶液。

因纳氏泵单机工作能力有限,当前氯气的压缩操作一般采用氯气透平压缩机来进行。氯气透平压缩机是精密的气体压缩设备,其工作原理是借助于叶轮的高速旋转所产生的离心力对氯气做功,使之获得动能和静压能,从而使氯气压力升高,实现向界区外的输送。

干燥合格后的氯气进入透平机的第一级,经过初步压缩后进入一级冷却器用循环水冷却至55℃以下,然后进入透平机的第二级,经再次压缩后进入二级冷却器进行用循环水冷却至55℃以下,冷却后的氯气送往各用户。

在低流量操作的情况下,部分氯气经单机回流阀至氯气透平机一级入口,以达到调节机前压力控制压缩机流量和防止机组喘振的目的。

1.2.5.1 透平压缩机运行控制指标

表1-6为透平压缩机运行控制指标。

1.2.5.2 透平机工作原理

透平机是一种叶片旋转式机械,凭借叶轮的高速旋转,使气体受到离心力作用而产生压力,同时气体在叶轮、扩压器等过流元件里的扩压流动,气体速度逐渐减慢,动压转换成静压,气体压力又得到提高。

透平机的结构原理

氯气透平机由主机、电机、底座、润滑油系统、密封系统、控制系统共六个部分组成。表1-6 透平压缩机运行控制指标

① 主机是氯气透平机的核心部分,由叶轮、缸体、蜗通体、主轴、齿轮、轴承、轴封环与端封环等部件组成。

② 二极电机与齿轮箱用减振性能较好的膜片联轴器连接,经过增速箱,转速达到22500r/min。

③ 润滑油是透平机正常运行所需的血液,采用32#汽轮机油对增速箱的齿轮、轴承进行喷油冷却。

④ 密封系统是透平机的关键部分,直接影响氯气的正常输送。

⑤ 控制系统由温度计、压力表以及传感元件组成,系统不正常时,控制系统要发出信号报警,与电解槽控制系统连锁。-6

干燥合格(HO≤200×10)的氯气先经酸雾捕集器将剩余的硫2酸液滴及不洁物颗粒分离、过滤,进入透平机的第一级,压缩后进入一级中间冷却器,冷却后进入透平机第二级入口,经压缩后排出,进入二级冷却器,冷却后氯气送到合成岗位。透平机进、出口之间设有一回流管,出口处的高压氯气通过旁路回流阀回流到氯压机一级入口,以调节透平机的排气量以及防止机组喘振。

润滑油从主机油箱经液下泵,经单向阀到达高位油箱,油位达到规定的位置,关闭上油阀门,然后进入油冷却器,再进入可切换工作的过滤器,滤去杂质,再进入增速箱内各润滑点,使用后的润滑油经回流管回到油箱。当油压<0.08MPa,备用泵自动启动保证透平机正常运转,当忽然停电时,高位油箱的油靠重力自流下来,维持停车阶段后的惯性运转。

循环水来自外界凉水塔,先进入一、二级中间冷却器、油冷却器,然后回到循环水罐再用水泵送回凉水塔冷却,循环使用。1.2.5.3 运行中出现的问题及解决措施

(1)氯中含水超标

-6

透平机要求氯含水≤200×10,刚开车时氯含水严重超标(500×-6-610~600×10),这样会使叶轮严重受损,加剧管道腐蚀,缩短使用周期,经分析,可采取以下降低氯含水的措施。

① 提高冷却能力,降低氯气温度 从电解总管来的湿氯气进氯气洗涤塔冷却、洗涤,生成的氯水经板换冷却,循环使用,刚开车时由于板换进冷却水量小,冷却效果差,造成氯水温度偏高,加大冷却水量和氯水循环量后,氯水温度由原来50℃左右降到30℃左右,这样减轻了钛冷的负担。

② 降低浓酸,稀酸温度 氯气采用填料和泡罩塔串联工艺,泡罩塔用98%的硫酸干燥,生成浓度低的酸,送给填料1塔,酸在使用过程中经板换冷却转移硫酸吸水释放的热量,降低酸温,酸出板换的温度由原来的15~20℃降到10~15℃,取得了明显的效果。

③ 除雾方面 选用除雾效果好的玻璃纤维棉,能使氯含水下降两三倍。

(2)夏季氯气温度高,油温高

透平机对氯气加压做功后,气体温度将会升高,当氯气温度达到149℃时,就能发生“氯火”现象,机组可能彻底损坏。夏季,由于凉水塔供给许多岗位,造成回水温度高,冷却效果不好,造成氯气温度、油温偏高报警,影响正常生产。基于这种情况,可增加板式换热器或面积以确保降温效果。

(3)密封气压力波动

仪表密封气压力不稳,封不住氯气,氯气时常泄漏,严重污染环境,机器无法长周期正常运行,密封气压力高,消耗增大,影响氯气纯度,并且梳齿套气封底部排污口漏油严重,浪费资源,提高了制造成本。在密封气和进入机组气封间加装稳压阀,可以保证进入设备的密封气压力保持稳定,彻底解决了压力波动的问题。

(4)中间冷却器列管结盐

从离子膜电解送过的氯气夹带的氯化物及硫酸盐,经氯气洗涤塔,酸雾捕集器除去一部分,但由于酸雾捕集器过滤效率低及其他因素影响,还有一部分进入透平机组,致使叶轮、中间冷却器表面形成一层坚硬盐层。使机组性能下降,涡壳内噪音增加,中间冷却器换热效果差,氯气温度高,机组报警影响正常生产。由于一般盐层都溶于水,可先采用2%的碱水浸泡溶解,然后用压缩空气吹干的方法解决问题。

(5)防喘振控制

喘振通常是在透平机流道中由于工况改变,流量明显减小,而出现的旋转脱离,形成失速,此时系统与机组之间在自行的压力平衡过程中而出现周期性的轴向低频,大振幅的气流振荡现象,喘振的破坏性是十分严重的,采用有效的防喘振是非常重要的。透平机在正常运行时,一般不发生喘振。这原因是客观造成的,需在压缩机组上安装一个防喘振系统,才是安全有效的。

另外,当电解槽忽然断电或合成岗位紧急灭炉造成泵后压力突然增高和开停车时操作工操作不当,也会造成机组喘振。这是人为造成的,只能通过加强培训,提高操作工熟练程度来加以解决。

1.2.6 事故氯处理

1.2.6.1 事故氯处理的氯气来源

① 透平机岗位开停车需置换的低浓度氯气。

② 由于透平机岗位透平机机组跳闸或操作不当造成离子膜电解氯气总管氯气正压,通过氯气正压安全水封外溢的事故湿氯气。

③ 离子膜电解来的废氯气以及真空脱氯岗位不正常时产生的废氯气。

④ 液化岗位液氯液下泵密封气以及液氯钢瓶包装产生的尾气。

⑤ 液化岗位氯气分配台和透平机岗位由于管道或设备原因造成外溢的事故氯气。

⑥ 来自氯化氢工序的事故氯气。

1.2.6.2 负压事故氯气处理装置的工作原理

负压事故氯气处理装置通过风机抽吸事故氯气和尾气,进入填料式吸收塔、尾气塔,用15%~16%的稀碱液进行单元操作,尾气排放大气。该反应过程为放热过程,热量通过板式换热器用循环冷却水带走,反应原理如下。

Cl+2NaOH→NaClO+NaCl+HO+25.31kcal/mol22(1cal=4.1868J)

由于反应是放热反应,所以必须及时移走反应热,否则会使吸收液温度上升,发生下面的副反应。

3NaClO→NaClO+2NaCl3

氯气过量时NaOH+3Cl+HO→NaClO+5HCl223

实际生产中,保持一定的过碱量可以抑制副反应的进行。

电解开停车时和各种事故状态时的氯气进入吸收塔的下部,与经过冷却的循环液逆流接触,进行吸收反应。从吸收塔顶部出来的未反应完的含氯尾气再进入尾气塔下部,与预先配制好的约18%碱液反应,进一步除去其中的氯,达到环保排放标准的尾气经风机排入大气中。

为了保证电解开停车时氯气排出管有足够和稳定的负压(—200mmHO),在风机入口处设置空气调节阀,通过控制空气进入量2来维持氯气排出管的负压。

从吸收塔底部出来的吸收液流入吸收循环槽,由吸收塔循环泵送出,经冷却器冷却后返回吸收塔,与氯气继续反应,直至循环液中有效氯浓度≥10%,然后进行吸收循环槽的切换,切换下来的循环槽里的吸收液送至成品槽。

从尾气塔底部出来的吸收液进入配碱循环槽,由尾气塔循环泵送出,经冷却器被冷冻水冷却后返回尾气塔,与含氯尾气继续反应,当循环液中NaOH含量小于10%后,需进行配碱循环槽的切换,切换下来的循环槽里的吸收液送至吸收循环槽,再向配碱循环槽中加入由电解工序来的32%NaOH,并加水配制成18%的碱液,准备下一次切换使用。

1.2.6.3 负压事故氯装置生产流程

来自各岗位的事故氯气和废氯气(透平机岗位开停车需置换的低浓度氯气;由于透平机岗位透平机机组跳闸或操作不当造成离子膜电解氯气总管氯气正压,通过氯气正压安全水封外溢的事故湿氯气;离子膜电解来的废氯气以及真空脱氯岗位不正常时产生的废氯气;液化岗位液氯液下泵密封气产生的尾气;液氯钢瓶包装产生的尾气;液化岗位氯气分配台和透平机岗位由于管道或设备原因造成外溢的事故氯气;来自氯化氢工序的事故氯气),通过风机的抽吸,经过事故氯气总管,进入负压事故氯吸收塔底部与塔顶循环喷淋下来的15%~16%稀碱液在填料层进行化学吸收。产生的热量会使循环吸收的碱液温度升高到50~60℃,较热的碱液进入配碱循环槽,通过吸收塔循环泵加压至0.20~0.25MPa,进入吸收塔板式换热器与循环冷却水进行热交换,出来温度较低的碱液打上事故氯吸收塔顶部循环吸收不断产生的事故氯气。事故氯吸收塔出口的废气随后进入尾气塔的底部与塔顶部循环喷淋下来的15%~16%稀碱液在填料层进一步进行化学吸收,同样产生的热量会使循环吸收的碱液温度升高到40~50℃,较热的碱液进入碱液循环槽,通过尾气塔循环泵加压至0.20~0.25MPa,进入尾气塔板式换热器与循环冷却水进行热交换,出来温度较低的碱液打上尾气塔顶部循环吸收不断产生的废气。最后尾气塔出口排出的尾气通过风机的出口排向大气。风机的入口设置有风机补气电动碟阀、遥控补气控制阀、氯气正压安全水封压力自动调节阀,严格控制风机的抽气量。

工业用的清洁水从二次泵房来,直接进入配碱循环槽与从液碱包装来的32%碱液混合,配置15%~16%的稀碱液用来吸收氯气。

吸收塔板式换热器和尾气塔板式换热器的循环冷却水从烧碱循环水来,与热碱液进行热交换后,直接回到烧碱循环水凉水塔冷却。

1.2.6.4 正常生产控制指标

表1-7为正常生产控制指标。表1-7 正常生产控制指标

1.2.6.5 负压事故氯碱液循环系统开停车操作

(1)开车前准备

① 碱液循环系统开车之前,须全系统设备、管道清洗合格并经过试压试漏。

② 检查碱液循环系统的管路、接点、设备、阀门完好无泄漏。

③ 检查碱液循环系统的电器、仪表均处于可控制状态。

④在配碱循环槽按1∶1的比例加入32%碱液和工业一次水,控制稀碱液浓度约为15%~16%和配碱循环槽的液位为2/3位置,如为新开车液面要求略高于正常工作液面。

⑤ 检查吸收塔板式冷却器和尾气塔板式冷却器碱液进出口阀门是否开启,关闭旁路阀。

⑥ 检查吸收塔板式冷却器和尾气塔板式冷却器循环冷却水进出口阀门是否开启、并调节好水量。

⑦ 检查配碱循环槽出口阀是否开启,关闭备用的配碱循环槽的出口阀、碱回流阀。

⑧ 检查碱液循环槽出口阀是否开启。

⑨ 检查吸收塔循环泵、尾气塔循环泵的润滑油是否加到规定液位、盘车正常,机封冷却水是否开启,调节冷却水的压力小于0.1MPa。

⑩ 检查各泵的进出口阀是否关闭。

(2)碱液循环系统正常开车操作步骤

①确认准备工作完成后,打开吸收塔循环泵的进口碟阀和出口排气阀,排出泵内的空气。然后关闭排气阀。紧接着启动吸收塔循环泵,慢慢打开泵出口的碟阀,调节泵出口的回流阀,调节泵出口的压力至正常范围0.20~0.25MPa。

② 打开尾气塔循环泵的进口碟阀和出口排气阀,排出泵内的空气,然后关闭排气阀。紧接着启动吸收塔循环泵,慢慢打开泵出口的碟阀,调节泵出口的回流阀,调节泵出口的压力至正常范围0.20~0.25MPa。

③ 检查碱液循环系统各温度、压力是否在控制的范围内;泵运行是否正常。

④ 通过塔底部回流管视镜观察碱液的流动情况,并适当调整碱液的循环量。

⑤ 碱液循环系统运行正常30min后,方可启动风机抽空系统。

(3)吸收塔和尾气塔循环泵的倒泵操作

① 打开备用泵的进口碟阀和出口排气阀,排出泵内的空气,然后关闭排气阀。紧接着启动备用泵,慢慢打开泵出口的碟阀,两台泵同时运行。

② 慢慢关闭运转泵的出口碟阀,调节备用泵,保持泵出口压力稳定。

③ 然后停下运转泵,关闭运转泵的进口阀和机封冷却水,备用泵投入运行。

(4)碱液循环槽与次氯酸钠成品槽的倒槽操作

当碱液循环槽内的碱液长时间被氯气吸收,碱液与氯气反应生成次氯酸钠溶液,如果碱液被吸收完,将会出现跑氯事故。因此为了避免跑氯事故发生,需要让分析工按时分析次氯酸钠饱和度,及时更换未饱和的次氯酸钠溶液,具体操作如下。

① 打开用来接收碱液循环槽未饱和的次氯酸钠溶液的次氯酸钠成品槽的进液阀;关闭尾气塔循环泵去往盐水、污水站的阀门。

② 慢慢打开尾气塔循环泵通往次氯酸钠成品槽的阀门,同时慢慢关闭通往尾气吸收塔的阀门以及泵出口回流阀,将碱液循环槽的溶液不断输送到次氯酸钠成品槽。

③ 在此过程中,尾气吸收塔碱液循环系统将停止运行。

(5)次氯酸钠半成品输送

尾气塔循环备用泵直接输送配碱循环槽的次氯酸钠半成品至次氯酸钠成品槽,具体操作如下。

① 打开用来接收配碱循环槽未饱和的次氯酸钠溶液的次氯酸钠成品槽的进液阀,关闭尾气塔循环泵去往盐水、污水站的阀门。

② 确认备用泵出口与尾气塔连接的碟阀关闭、与次氯酸钠成品槽连接的隔膜阀关闭。打开泵入口管与需要输送次氯酸钠的配碱循环槽的阀门,打开泵出口的排气阀,排出泵内空气,然后关闭排气阀。

③ 启动备用泵,然后慢慢打开泵出口与次氯酸钠成品槽连接的隔膜阀,调节好泵出口压力,直至输送完溶液,然后停下备用泵,关闭打开的泵进出口阀。

(6)碱液循环系统的正常停车操作

① 接到停车指令后,关闭吸收塔循环泵的出口碟阀,然后停下泵、关闭泵入口的碟阀。

② 关闭尾气塔循环泵的出口碟阀,然后停下泵、关闭泵入口的碟阀。

③ 关闭泵机封冷却水,排净泵内残余碱液。(7)碱液循环系统正常运行的操作与控制

① 每小时巡回检查吸收塔和尾气塔的碱液循环是否正常,塔底部是否积液,堵塞进气口。

② 注意控制碱液的温度和泵出口的压力,严格控制碱液温度在正常范围内。

③ 严格控制碱液循环槽的碱液浓度,碱液接近饱和状态及时倒槽,使用新鲜碱液,次氯酸钠输送到次氯酸钠成品槽后,及时配制好新鲜碱液备用。

④ 检查碱液循环泵的机封冷却水是否正常。

⑤ 检查碱液管道是否有漏点,并及时消漏。

1.2.6.6 负压事故氯气处理系统的开停车操作

(1)开车前准备工作

① 检查风机空气运转是否正常、检查事故氯气系统管道是否试压试漏。

② 检查负压事故氯碱液循环系统运行是否正常,循环冷却水系统运行是否正常。

③ 检查废氯气分配台和事故氯气总管碟阀是否开关灵活。

④ 检查氯气正压水封液位自动控制系统是否运行正常,设定液封的高度。

⑤ 通过DCS全部打开风机的补气控制阀门、关闭废氯气分配台的所有阀门以及事故氯气总管碟阀。

(2)正常开车步骤

① 全开风机的出口碟阀,启动风机,然后慢慢打开进口阀,风机空气运转。

② 慢慢关闭风机的补气控制阀门,调节风机的抽气量,注意废氯气分配台的压力变化情况。

③ 当事故氯气系统出现负压后,慢慢打开废氯气分配台各事故氯气阀门,同时慢慢关闭风机的补气控制阀,调节系统的压力。

④ 联系透平机岗位,打开事故氯气总管碟阀,负压事故氯处理装置与氯气正压安全水封管道连通,然后把风机补气控制自动阀切换为自动状态。

⑤ 开车正常后,检查风机的出口是否有氯气冒出,检查碱液循环泵、风机电机电流、配碱循环槽碱液浓度,并做好原始记录。

(3)正常运行的操作与控制

① 经常检查氯气正压安全水封的出口压力是否超标太大,避免负压事故氯装置通过正压水封抽吸氯气系统的氯气。

② 经常检查风机的出口是否有氯气冒出,检查碱液循环泵、风机电机电流、配碱循环槽碱液浓度,碱液接近饱和状态时及时倒槽使用新鲜碱液。

③ 经常与透平机岗位、液氯岗位、液氯包装岗位、离子膜岗位以及氯化氢岗位联系,保持系统的压力正常。

④ 认真填写原始生产记录,保持岗位卫生清洁。

(4)正常停车步骤

① 接到停车指令后,关闭废氯气分配台所有阀门和事故氯气总管碟阀。

② 全打开风机的补气控制阀,风机继续抽吸约30min。然后关闭入口阀,停下风机。

③ 关闭风机出口阀,打开风机底部排液阀排液。

1.2.6.7 氯气系统出现事故时负压事故氯气处理系统紧急操作

① 当电解氯气系统出现事故(透平机跳闸或操作不当)时,氯气总管压力正压,事故氯气将破安全水封进入负压事故氯处理装置。

② 及时关小风机补气控制阀,增大风机的抽气量,控制氯气正压安全水封出口的压力为负压。

③ 及时与透平机岗位联系,了解事故情况,避免事故氯气外溢。

④ 经常检查碱液的温度变化情况,开大循环冷却水量,降低碱液温度。

1.2.6.8 外电全停应急、处理预案

当装置电网失压时,透平机和氢压机停止运转,离子膜电槽在连锁的作用下跳闸,此时氯气系统会逐渐走向正压状态,应急电源会在6~15s内向事故氯供电,岗位操作人员应做好如下步骤。

① 迅速汇报生产调度和班长,事故氯已全停,液化岗位和HCl合成岗位,暂时禁止往事故氯排放氯气。

② 迅速把小透平机组出口阀关闭,把机组两大回流的手动阀迅速关闭,防止系统倒压。

③ 应急电源供电后,迅速关闭吸收塔循环泵的出口阀,重新启动吸收塔循环泵,然后打开泵出口阀门;同样方法启动尾气塔循环泵;迅速关闭钛风机入口阀,重新启动钛风机,然后打开钛风机入口阀;调节钛风机补气控制阀,控制好氯气正压安全水封的压力,及时处理事故氯气。

④ 待系统运转正常后,通过氯气正压水封把残留在总管的氯气排到事故氯进行处理,联系调度通知液化岗位和HCl合成岗位,可以小流量往事故氯排放废氯气,同时检测好碱浓度、温度和系统的真空度,将管道残余氯气处理完。

当外电已经供电恢复正常,则可按正常程序迅速赶往现场再次启动事故氯碱泵和风机。

1.2.6.9 事故氯装置不正常现象及处理方法

表1-8为事故氯装置不正常现象及处理方法。表1-8 事故氯装置不正常现象及处理方法续表

2 氢气处理

2.1 概述

由电解来的氢气,其温度在80℃左右,含有水蒸气和部分碱雾,为了防止送出的氢气管路有积水,造成氢气压力不稳定及氢气输送不畅。尤其是冬季,气温较低,产生的冷凝水积聚在氢气管路中结成冰,极易造成氢气输送管道阻力异常增大甚至管道堵塞,为此,在氢气送往下游工序前,必须除去氢气中所含的水分。同时氢气中夹带的碱雾送到下游装置,对下游装置的产品质量将造成威胁,所以经过氢气处理装置以后,可以向下游装置提供合格的原料氢气。

氢气处理具体工艺过程是将从电解来的高温湿氢气进入一段氢气冷却器(可为列管式冷却器或填料冷却器)用循环水冷却,冷却后的氢气温度小于40℃,在此过程中大约有80%的水分被冷凝下来。冷却后的氢气由氢气压缩机加压后,再经二段冷却器用5℃水进一步冷却降温,然后经水雾捕集器除去气流中夹带的大部分固体杂质、碱雾及水蒸气,最后经过调节压力,进入氢气分配台送下游各装置使用。

2.1.1 氢气的物化性质

氢气在常温常压下是无色、无嗅、无味的,比空气轻得多的气体,其固体为雪花状。氢气的分子式是H,其主要参数如下。2

分子量 2.016

沸点—252.754℃

凝固点—259.2℃3

密度(标准状态)0.0897kg/m

比热(20℃)3.408cal/(g·℃)-4

黏度(0℃)84.2×10mPa·s

气化潜热(常压)108.5kcal/kg

临界温度—239.9℃

临界压力 1.30MPa

热导率(标准状态)0.137kcal/(m·h·℃)

氢气在水中溶解度很小,在标准状态下,每升水中只能溶解21.5mL氢气。氢气和氧气在常温下无特殊条件(如撞击)时几乎不起反应。但在800℃高温下或合成炉点火时,氢气和原料气内带入的氧气反应而生成水。

2H+O→2HO222

氢气属于极易自燃和爆炸的气体,氢气和氯气、空气、氧以及氯化氢在一定范围内混合,都可能产生爆炸性混合物(见表2-1)。表2-1 氢气和其他气体形成爆炸混合物的浓度范围

氢气在空气和氧气中自燃点分别是530℃和450℃,氢气和空气的爆炸混合物属于快速爆炸物,最适宜混合比是35%,爆炸延滞时间只有0.01s;和乙炔气一样,在氢气中通入氮气、二氧化碳或水蒸气等惰性气体,可以降低其爆炸危险性。氢气有最大的扩散速度,容易通过各种细小的空隙,如钢板。高扩散速度使氢气有高导热性。用氢气冷却物体比用空气冷却约快6倍。氢分子通过电弧或高温,都能离解成氢原子,氢原子在金属表面很快又结合成氢分子,同时放出大量的热,形成氢原子火焰,温度可高达3500℃。

2.1.2 制取氢气的一般方法

氢气一般可用下列几种方法制取。

① 电解氢氧化钠水溶液,制得的氢气纯度较高(99.9%);

② 甲烷转化法,甲烷和水蒸气在高温和镍、钴催化作用下转化成氢气和一氧化碳;

③ 水煤气法,用焦炭在高温下跟水蒸气反应;

④ 离子型金属氢化物如氢化钙跟水反应;

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