高效氯气干燥塔工艺在氯气干燥中的应用_赵涛.pdf

高效氯气干燥塔工艺在氯气干燥中的应用赵涛*，侯素青，任芙蓉(内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 012314)关键词氯气;氯气干燥塔;干燥流程 摘要简述了氯气干燥原理。对比了高效氯气干燥塔工艺和多塔氯气干燥工艺的工艺流程，工艺指标和氯中含水控制值。说明:高效氯气干燥塔的应用操作弹性大、操作简单稳定、投资少、运行费用低、占地小、优势明显。中图分类号TQ028 2 文献标志码B 文章编号1008 133X(2023)02 0010 04Application of high efficiency chlorine drying tower process in chlorine dryingZHAO Tao，HOU Suqing，EN Furong(Inner Mongolia Yidong Group Dongxing Chemical Co，Ltd，Ulanqab 012314，China)Key words:chlorine;chlorine drying tower;drying processAbstract:The principle of chlorine drying is briefly described The process flow，process index andcontrol value of water content in chlorine are compared between high efficiency chlorine drying towerprocess and multi tower chlorine drying process The comparison results show that the high efficiencychlorine drying tower has obvious advantages such as large flexibility，simple and stable operation，lowinvestment，low operation cost，and small floor space内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司(以下简称“东兴化工”)2 16 万 t/a 离子膜烧碱生产装置的氯气干燥工序原设计采用两套三级干燥塔，即一级填料干燥塔、二级填料干燥塔、泡罩干燥塔，三塔为玻璃钢，设备运行多年，存在老化损坏现象。为了安全起见，东兴化工于 2020 年拆除原有的三级氯气干燥塔 6 座及配套设施，在原有泡罩干燥塔位置安装高效氯气干燥塔，材质为钢制内衬聚四氟乙烯，更加安全耐用，维修成本更低。本文对比介绍高效氯气干燥塔的应用情况。1氯气干燥工艺简述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。而氯气干燥则是氯气处理中至关重要的环节，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。氯气干燥工艺经过多年的发展和实践，典型的氯气干燥流程大致可分为以下 4 类:串联的填料塔组流程，强化型泡沫塔流程，填料塔与泡罩塔组合流程，高效氯气干燥塔流程。其中，前三类是多塔流程，第四类是单塔流程。多塔(多级)浓硫酸干燥，多级冷却组成的浓硫酸干燥装置，尽管具有一定脱水能力，但实际运行中存在不同程度的问题:流程长，设备多，能耗及维护也比单塔流程高;对各级氯气换热温度控制要求较高，否则会造成浓硫酸消耗过大，或者使得氯气和水形成结晶堵塞管路;对各段浓硫酸出口浓度控制有较高控制要求，否则会导致额外的浓硫酸消耗，或01第 59 卷第 2 期2023 年 2 月氯碱工业Chlor Alkali IndustryVol 59，No 2Feb，2023*作者简介赵涛(1974)，男，副高级工程师，1998 年毕业于沈阳化工学院高分子系，现于内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司从事生产技术工作。收稿日期2021 03 24;修回日期2022 10 27使得干燥氯气中水含量指标超标。随着塔技术的提高，高效的填料层技术，以及高效泡罩层技术的发展，新型高效氯气干燥塔应运而生，比多塔技术具有不可比拟的优势。2原氯气三级干燥塔工艺流程简介原氯气三级干燥塔工艺流程如图 1 所示。图 1原氯气三级干燥塔工艺流程图Fig 1Original process flow of three tower chlorine drying如图 1 可知:由电解来的湿氯气，经洗涤、冷却、水雾捕集后依次进入一级填料干燥塔、二级干燥填料塔、泡罩塔。泡罩干燥塔干燥后的氯气经氯气酸雾捕集器捕集后，氯气含水质量分数在 50 106以下，进入氯气压缩机。脱水剂浓硫酸与氯气逆流接触，98%的浓硫酸经浓硫酸计量泵送至泡罩干燥塔第一层塔板，经降液管然后逐步溢流至其他层塔板与氯气接触后经浓酸循环泵一部分回塔，一部分输送至二级填料干燥塔。二级填料干燥塔的硫酸经硫酸循环泵输送至塔顶分布器，经填料段与氯气接触后，一部分参与循环，另一部分输送至一级填料干燥塔。一级填料干燥塔的硫酸经硫酸循环泵输送至塔顶分布器，经填料段与氯气接触后，一部分参与循环，另一部分质量分数低于 75%的稀硫酸经稀酸循环泵输送至稀硫酸储槽。氯气中的水分被硫酸吸收而放热，这部分热量大部分由稀硫酸循环冷却器移走，少部分由氯气吸收。3高效氯气干燥塔工艺3 1高效氯气干燥塔特点高效氯气干燥塔是一种复合塔，将传统氯气干燥工艺的填料塔、泡罩塔组合串联的传质特点集中在一个塔壳体内，同时通过研发，大幅度提高填料和泡罩塔板的流体力学、传质性能，实现一塔替代多塔，干燥效果好且稳定。同时缩短了操作流程，大幅降低设备投资费用和维护费用，节约能耗，更有利于生产管理。东兴化工改造的高效氯气干燥塔装置分为两线，单线设计氯气流量为 7 200 m3/h，年运行时间8 000 h，装置操作弹性 30%120%，在 30%120%负荷间均可正常操作。进洗涤冷却塔湿氯气物性数据如表 1 所示。表 1进洗涤冷却塔湿氯气物性数据Table 1Physical data of wet chlorinefeeding to washing and cooling tower温度/压力/kPa组分/%(体积分数，干基)Cl2O2H280 852098508013 2工艺流程简介高效氯气干燥塔工艺流程如图 2 所示。由电解来的湿氯气，经洗涤、冷却、水雾捕集后进入氯气干燥塔底部，自下而上依次经过填料段(高度3 500 mm 鲍尔环)、塔板段、填料段(高度400mm 鲍尔环)，与硫酸逆流接触。98%的硫酸由硫酸计量泵输送至氯气干燥塔的塔板段上方，依次流过各个塔板，然后与循环稀硫酸混合经填料段，从塔底经稀硫酸循环泵一部分输送至塔内，另一部分控制塔液位输送到稀硫酸储槽。硫酸吸水过程中产生的11第 2 期赵涛等:高效氯气干燥塔工艺在氯气干燥中的应用氯氢处理热量通过循环管路上的稀硫酸冷却器移除。经高效氯气干燥塔脱水后的氯气含水质量分数在 50 106以下。氯气干燥塔后得到的干氯气用氯压机加压，经氯气分配台送到后工段加工或使用。为进一步捕集硫酸酸雾，塔顶设有 400 mm 高度的填料段。图 2高效氯气干燥塔工艺流程图Fig 2Process flow of high efficiency chlorine drying tower3 3工艺控制指标技改前后指标一致的前提下，工艺控制指标如表 2 所示。氯气含水与浓硫酸消耗控制如表 3 所示。表 2工艺控制指标Table 2Process control indexes序号指标名称控制范围1进塔浓硫酸流量根据负荷用量，调整计量泵输出2进塔浓硫酸温度10 20 3循环稀硫酸温度10 14 4浓硫酸质量分数98%5出塔稀硫酸质量分数76%77%6干燥塔液位40%80%表 3氯气含水量与浓硫酸消耗控制Table 3Water content of chlorine and control ofconcentrated sulfuric acid consumption序号项目指标 1指标 21稀酸控制质量分数/%76 77752 浓硫酸消耗 kg/(tNaOH)15 314 83氯气含水质量分数/1062050由表 2、表 3 可知:单塔流程控制的工艺指标和多塔流程基本相同。不同的是，单塔流程可以根据氯气含水的要求，通过控制稀硫酸浓度，简便灵活的加以调节。4高效氯气干燥流程与三塔氯气干燥流程运行动静设备对比改造前三塔流程动静设备(双线)如表 4 所示。改造后单塔流程动静设备(双线)如表 5 所示。通过表 4、表 5 对比可知:单塔流程设备数量仅为三塔流程的 1/4，设备装机总功率仅为三塔流程的 1/3，极大地降低了设备投资和运行电耗。5结语高效氯气干燥塔在离子膜烧碱氯气干燥系统中的应用，与原三塔流程干燥工艺相比，具有 5 方面的优势。极大地降低了设备投资，减少了维护费用，降低了厂房占地面积和建筑成本。工艺流程简化，控制参数减少，使得操作更加简单，运行更加稳定。动力消耗减少，硫酸消耗与原三塔流程持平。氯气含水控制更加简便，控制出塔稀酸浓度，即可以控制氯气含水。如东兴化工控制稀酸质量分数21氯氢处理氯碱工业2023 年76%77%，氯气含水可稳定控制在 20 106以下。管道设备减少，减少了氯气的泄漏危害。总之，高效氯气干燥塔工艺操作弹性大、操作简单稳定、投资少、运行费用低、维修维护费用低，与多塔流程相比，优势明显，代替多塔流程必定是氯气干燥工艺的选择趋势。表 4改造前三塔流程动静设备(双线)Table 4Dynamic equipment and static equipment forthree tower process in two production lines before improvement序号设备名称规格型号材质设备数量/台1一级填料干燥塔立式 ID2 600 H16 500V=875 m3，硬 PVC/FP22二级填料干燥塔立式 ID2 600 H16 500V=875 m3，硬 PVC/FP23泡罩干燥塔立式 ID2 600 H13 350V=708 m3，硬 PVC/FP24稀硫酸循环泵离心式，Q=161 m3/h，H=25 m，N=55 kW氟塑料合金45硫酸循环泵离心式，Q=161 m3/h，H=25 m，N=55 kW氟塑料合金46浓硫酸循环泵离心式，Q=14m3/h，H=15 m，N=4 kW氟塑料合金47循环酸冷却器板式 F=2295 m2哈氏合金6合计设备装机总功率:456 kW24表 5改造后单塔流程动静设备(双线)Table 5Dynamic equipment and static equipment forsingle tower process in two production lines after improvement序号设备名称规格型号材质设备数量/台1氯气干燥塔立式 ID1800 H15 300，V=39 m3C S+PTFE2278%硫酸循环泵离心式 Q=120 m3/h，H=25 m，N=37 kWC S+PTFE4合计设备装机总功率:148 kW6 编辑:蔡春艳(上接第 9 页)电能相比于蒸汽价格更高。从运行的角度来说，蒸汽直接接入相比电加热蒸汽锅炉系统更加简单、直接。目前，硫酸提浓装置使用的蒸汽已改进为电厂高压蒸汽减温减压后独立管道输送，该措施不仅保证了装置的主要热源稳定，也将运行成本降低了 34%。区别于新建项目，老企业在技改时通常会面临场地和成本的限制。所以硫酸提浓装置需要在设备规格、设备布置、节能降耗等方面做更精细化的研究，以满足不同企业的需求。将硫酸提浓从装置变为氯氢处理车间的一个工序，让硫酸在氯氢处理车间内部进行循环，减少跨装置输送带来的操作和成本上的增加。6结语硫酸提浓装置开车至今已稳定运行近 4 年，其具有技术可行、设备可靠、操作简便等特点，是企业循环经济产业链的重要组成部分。如何