电解系统废氯气的处理

前言
近年来，随着经济的发展，我国的氯碱化工合成领域也越来越广泛并且和人民生活用品息息相关，随着楼市的扩建PVC的消耗数量不断增加。

造纸业、漂泊业、消毒剂等都离不开次钠。

本篇论文论述了我在毕业设计期间所从事工作的研究课题——电解系统废
氯气的处理的吸收工艺特点、设备以及对其进行的工艺技措的优化使工艺运行更加平稳安全环保。

第一节主要是从研究背景和工艺现状进行开题，第二节进行对工艺原理进行详细介绍和工艺流程图进行详讲。

第三节主要从装置主关键设备和设备的特点进行阐述。

第四节从工艺运行期间进行的九项工艺技措，从而使次钠系统更加环保，操作简单，完全实现自动化控制。

第五节主要是在日常生产和研究中得出的操作注意事项温度、浓度、压力。

第六节进行总结论文。

论文以研究工作的进展顺序为序，分章、节逐一论述了课题的来源，目的及意义，实践过程中遇到的问题与难点及其解决方法与措施。

电解系统废氯气的处理
摘要
介绍离子膜电解装置用的二级废氯吸收工艺流程，离子膜法制碱生产中废氯气的处理原理及工艺，指出了工艺操作的注意要点，着重介绍了九点改进：安装变频器，风机由远传控制，改造二级废氯循环碱液罐罐顶与废氯总管相连，定期清洗吸收塔，安装压力远传，增加现场氯气吸收管线，废氯积水配次钠，地沟次钠回收箱,次钠吸收塔并联。

关键词：离子膜电解；废氯气；烧碱；处理
Electrolytic waste of chlorine gas
treatment system
Abstract
The treatment principles and process of waste chlorine gas in ionic membrane caustic soda production were introduced. The keypoints needing pay attention to were put forward.Focuses on the improvement of nine areas: Installing the drive, The fan is controlled by the remote, Transformation of secondary waste lye chlorine cycle top jars connected with waste chlorine Explorer, Regular cleaning absorber, Remote installation of pressure , Increase on-site chlorine absorption lines, Waste water with sodium chloride times, Sodium waste bins times，Sodium absorption tower in parallel.
Kay words: ionic electrolysis; waste chlorine gas; cuastic soda; treatment
目录
前言 (I)
电解系统废氯气的处理 (II)
摘要 (II)
1 论文研究背景和现状 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 研究现状 (1)
2 废氯气处理工艺 (1)
2.1 废氯气处理的原理 (1)
2.2 废氯气的处理工艺 (1)
3 废氯气处理装置 (1)
3.1 废氯气处理装置的主要设备 (2)
3.2 废氯气处理装置的特点 (4)
4 该装置进行以下九方面的技措优化 (5)
4.1 安装变频器 (5)
4.2 将风机设定为远传启动 (5)
4.3 二级废氯循环碱液罐罐顶与废氯总管相连 (5)
4.4 定期清洗吸收塔 (5)
4.5 安装压力远传 (6)
4.6 增加现场氯气吸收管线 (6)
4.7 废氯积水配次钠 (6)
4.8 地沟次钠回收箱 (6)
4.9 次钠吸收塔并联 (6)
5 废氯气处理操作中的注意事项 (6)
5.1 严格控制操作温度 (6)
5.2 严格控制循环碱液罐里的碱液的浓度 (7)
5.3 注意废氯气处理装置压力的变化 (7)
6 结论 (7)
参考文献 (8)
致谢 (9)
1 论文研究背景和现状
1.1 研究背景
离子膜法电解制烧碱技术是目前世界上最先进电解制烧碱技术，但是在离子膜电解槽开停车时会产生一定量的低纯度的废氯气以及在生产中由于氢气量的不足必须要经废氯系统吸收否则不能达标排放。

1.2 研究现状
新疆中泰化学阜康能源有限公司从2012年9月1# 装置30万t／a离子膜烧碱一次开车成功，相距2012年10月2# 装置30万t／a离子膜烧碱也顺利的开车成功，在短短的一年生产中对于装置也进行了大大的改良和优化操作以及安全。

保证了系统稳定运行，次钠系统也可以更加安全环保的处理废氯尾气，为装置应急和生产保驾护航。

二级废氯吸收装置，采用国内比较先进、成熟的设备，系统的运行全部采用DCS自动控制。

目前该装置运行平稳、良好。

全天24 h运行，随时平衡、吸收前面系统输送的废氯。

本工业园区里有三套次钠系统分别是1# 装置有一套，2# 装置有一套，液氯包装有一套。

2 废氯气处理工艺
2.1 废氯气处理的原理
氯气是剧毒物质，耐毒极限为3mg/m3，车间空气中含氯量最高容许浓度为1 mg/m3。

为了解决电解槽及其他工序在开停车、检修和清理时排放的废氯气、以及正常生产中氯酸盐处理系统产生废氯、正常生产中液氯液化尾气及液氯包装产生的废气，或者发生事故时紧急排放氯气，在氯气处理工序设置了废氯气处理及事故氯气处理装置。

废氯气或事故氯处理装置的原理是用质量分数为15%左右的NaOH碱液吸收氯气，化学反应式：2Na0H+C12=NaC1O+NaCl+H2O+106 kJ 由于反应是放热反应，必须及时移出热量，控制反应温度低于40℃为宜，以免有效氯的分解。

反应时还要注意通氯量，通氯过量时将发生过氯化反应，使全部次氯酸钠瞬间分解，造成次钠分解事故，为此必须控制氢氧化钠过量0.1%~1.0%（有效碱为1.5~10g/L），反应终止时及时分析其残留碱量。

2.2 废氯气的处理工艺
废氯气处理采用烧碱吸收双塔工艺流程。

废氯气的处理工艺流程见图1。

电解工序来的事故氯气或氯氢处理工序的开、停车废氯气、氯酸盐处理系统及正常生产中液氯来的包装抽气，液氯储槽来的安全阀氯气、氯氢处理工序超压排放的氯气和液氯来的液化尾气等进入一级废氯气吸收塔下部，在填料层与碱液塔顶循环喷淋下来的15%稀碱液逆向接触，进行更加有效的吸收反应。

从塔顶出来的含氯尾气再进入二级废氯气吸收塔底部，在填料层继续与15%稀碱液反应。

达到环保排放标准的尾气经塔顶导出，通过钛风机将合格的尾气排入大气。

通过压力自动控制调节风机频率，保证系统操作压力的稳定。

3 废氯气处理装置
3.1 废氯气处理装置的主要设备
为了充分利用我公司液氯生产工段现有的处理废氯气生产次氯酸钠的设备，为了防止液氯生产工段发生事故，本装置与液氯工段的抽真空装置（用于液氯包装抽瓶或者氯气设备及管道检修时抽真空的装置）的部分设备，如碱液循环罐，冷却器，循环碱泵，俩套装置可同时投入生产，处理废氯气主要包括离子膜电槽和单槽开车的低纯度的废氯气，各生产槽放空废气和氯气正负水封溢流出的氯气，考虑到离子膜电槽会突然发生紧急事故自动跳闸停车，我们在离子膜槽氯气总管上安装了自动联锁装置，一切发生紧急停车，阀门就会自动从氯气总管系统切换到废氯气吸收系统。

1 A-次钠成品泵；
2 A、B-一级碱液循环罐；
3 A、B-一级碱液循环泵；
4 A、B-二级碱液循环罐；
5 A、B-二级碱液循环泵；
6 A-一级废氯气吸收塔；6 B-二级废氯气吸收塔；
7 A-一级碱液冷却器；7 B-二级碱液冷却器；
8 A-碱液高位槽；
9 A、B-钛风机；10 A-混合器
图1 废氯气的处理流程图
一级废氯气吸收塔和二级废氯气吸收塔中的碱液吸收氯气后温度升高，从塔底流出分别进入一级碱液循环罐和二级碱液循环罐。

一级碱液循环罐中的碱液由一级碱液吸收循环泵打出经一级碱液冷却器冷却后打上一级废氯气吸收塔与氯气继续反应。

同理，二级碱液循环罐中的碱液由二级碱液吸收循环泵打出经二级碱液冷却器冷却后打上二级废氯气吸收塔与氯气继续反应。

一级碱液冷却器和二级碱液冷却器通7℃冷冻水间接冷却循环碱液。

废氯气处理装置的主要设备及规
格见表1。

碱液循环罐中的循环碱液在循环吸收氯气过程中浓度不断降低，待反应液有效氯质量分数>10% （有效氯大于150g/L）过碱量约为1%（有效碱1.5~10g/L）时，即停下启用备用罐。

然后，把罐中次氯酸钠溶液作为成品经次氯酸钠成品泵输送到成品罐，再从蒸发打32%碱与河水配制好15%稀碱液作为备用新罐。

装置中的碱液高位罐设置有自动开关阀，并与一、二级碱液吸收循环泵连锁。

当一级碱液吸收循环泵或二级碱液吸收循环泵在停电或者发生故障停泵时自动打开，稀碱液从碱液高位罐进入一级废氯气吸收塔或二级废氯气吸收塔吸收废氯气，避免因停泵而发生跑氯事故。

表1 废氯气处理装置主要设备一览表
序号设备名称设备位
号
规格型号数量技术参数
工艺介
质
1 引风机C-520A/
B
9-26№4.5D(1) 2
离心式额定风量： 3000m3/h全
压：0.005MP
废氯气
2
一级碱液
冷却器E-510
卧式DN900×
5110
FN=170㎡
1
V（壳程/管程）=1.38/1.77m3,卧式，
外形尺寸：ID900H5110,换热器型式：
BEM 换热器程数（壳程/管程）：1/4
操作（壳程/管程）温度：
7-12/42-35℃，操作（壳程/管程）
压力：0.4/0.4MPa，设计（壳程/管
程）温度：100/100℃，设计（壳程/
管程）压力：0.5/0.5MPa传热面积：
170㎡
冷冻水
/NaOH、
NaClO
3
二级碱液
冷却器E-520
卧式 DN600×
4640 FN=73
㎡
1
换热器型式：BEM 换热器程数（壳程
/管程）：1/4 操作（壳程/管程）温
度：7-12/42-35℃，操作（壳程/管
程）压力：0.4/0.4MPa，设计（壳程
/管程）温度：100/100℃，设计（壳
程/管程）压力：0.5/0.5MPa 物料（壳
程/管程）名称：冷冻水/NaOH、NaClO
传热面积：73㎡
冷冻水
/NaOH、
NaClO
4 一级碱液
循
环
泵
P-510A/
B
200FSB-30L 2
流量：287m³/h 扬程（正常）：30m 电
机功率：Y280S4-4
液碱
5 二级碱液
循
环
泵
P-520A/
B
100FSB-30L 2
流量：94m³/h 扬程：30m 电机功率：
Y160L-2-18.5Kw
液碱
6 次氯酸钠
成
品
泵
P-522 100FSB-50L 1
流量：100m³/h 扬程：50m 电机功
率：Y200L1-2-30Kw
次氯酸
钠
7
一级废氯
气吸收塔T-510
立式 V=88.4m3
ID3000 H~12500
1
塔型：填料塔，操作压力Mpa(G)：
-0.005~0.03，操作温度℃：塔底70
塔顶50，，壳体材料：PVC+FRP,气
量Nm3/h：`5000，气体比重kg/m3：
1.5~
2.5，液体比重kg/m3：1200，
液体喷洒物kg/m3：250，填料容积
m³/h：30.772
氯气
8
二级废氯
气吸收塔T-520
立式V=19.2m3
ID1400 H~12500
1
塔型：填料塔，操作压力Mpa(G)：
-0.005，操作温度℃：塔底60 塔顶
50，，气量Nm3/h：`2000，气体比
重kg/m3：1.5~2.5，液体比重kg/m3：
1200，液体喷洒物kg/m3：62，填料
容积m³/h：7.693
氯气
9 一级碱液
循
环
槽
V-510A/
B
立式 V=71.5m3
ID=4500 H4500
2
外形尺寸：ID4500H5780,操作温度：
35℃，操作压力：-0.005-0.03MPa，
设计温度：50℃，设计压力：
-0.01-0.04MPa
次氯酸
钠
10 二级碱液
循
环
槽
V-520A/
B
立式 V=71.5m3
ID=4500 H4500
2
V=71m3,立式，外形尺寸：
ID4500H5650,操作温度：35℃，操作
压力：-0.005-0.01MPa，设计温度：
50℃，设计压力：-0.01-0.04MPa
次氯酸
钠
11 碱液高位
槽
V-522
立式 V=34m3
ID=3200 H4200
1
V=33.7m3,立式，外形尺寸：
ID3200H5400,操作温度：40℃，操作
压力：常压，设计温度：50℃，设
计压力：满液
15%的氢
氧化钠
12 二级碱液
循
环
槽
V-520A/
B
立式 V=71.5m3
ID=4500 H4500
2
V=71m3,立式，外形尺寸：
ID4500H5650,操作温度：35℃，操作
压力：-0.005-0.01MPa，设计温度：
50℃，设计压力：-0.01-0.04MPa
次氯酸
钠
13 碱液高位
槽
V-522
立式 V=34m3
ID=3200 H4200
1
V=33.7m3,立式，外形尺寸：
ID3200H5400,操作温度：40℃，操作
压力：常压，设计温度：50℃，设
计压力：满液
15%的氢
氧化钠
3.2 废氯气处理装置的特点
由图1可知，双塔处理废氯气工艺以一级吸收塔为废氯气处理主塔，二级吸收塔为保护塔，且以废氯气吸收塔、碱液循环罐、碱液吸收循环泵和碱液冷却器作为2个循环吸收系统，每个循环系统可独自循环吸收废氯气。

与单塔流程相比，双塔流程的优点是当一个循环吸收系统的设备发生故障时，另一个循环吸收系统仍可发挥作用，使废氯气处理装置不至停止运行。

流程中的碱液高位罐设置有自控阀，通过压力控制与一、二级碱液吸收循环泵连锁，当一级或二级碱液吸收循环泵在发生故障停泵时，自控阀打开，碱液高位罐中稀碱液进入一级废氯气吸收塔或二级废氯气吸收塔吸收废氯气，避免因停泵而发生跑氯事故。

装置中的碱液吸收循环泵与尾气风机均设有应急电源，在全厂停电时立即启动应急电源，使事故状态下的废氯气得到处理。

4 该装置进行以下九方面的技措优化
4.1 安装变频器
原来在没有变频器的时候，废氯系统的氯气在开次钠或者投用氯酸盐、停车时候，随着废氯气的量的变化而要调节钛风机的进口阀，那样给现场增加了操作劳动量，而且使应急时间延长而且也有可能造成氯气大量泄漏事故，对现场设备以及人造成不可估量的风险以及危害。

在吸收塔的出风口钛风机处安装变频与废氯总管进口压力挂连锁，调节吸收系统的负压值保持在-1~-2 kPa左右，风机全速运行。

风机的转速和系统的负压连锁，吸收系统的负压值保持在-1~-2 kPa左右，这样是废氯总管里的负压保持恒定，总管的压力也保持波动较小，可以更加有效的抑制了因压力波动而造成废氯溢出事件的发生，更加环保更加的方便操作。

在一般的开次钠情况变频不需要进行手动干预，但是在次钠出成品进行倒灌时候需要进行手动来调节变频（本装置负压为-1.5KPA）。

如表1，对于次钠开度3.5是已经很大的开度所以反应时间也很快。

表1
序号变频（%）次钠开度(%) 反应时间（h）
1 68 1 19
2 68.9 1.5 17
3 69.8 2 15
4 71 3 14
5 73 3.5 11
4.2 将风机设定为远传启动
最初设计风机安装在吸收塔出口处，在氯气处理四楼，操作柱也在四楼。

操作人员对于应急以及故障处理不方便，不能够及时的处理所出现的问题，给废氯气外溢提升了机会，而且在出现故障切换备用风机时也不方便，经过讨论，决定将钛风机风机设定为DCS远传控制启动。

这样操作方便、简捷、而且可以及时的发现问题处理问题。

此项措施取得了明显效果，工艺布局也很合理。

这样做大大的减少了现场的劳动强度而且更好的为应急或者故障提高了宝贵的时间，从而避免了氯气泄漏事故，更加环保更加方便员工操作。

4.3 二级废氯循环碱液罐罐顶与废氯总管相连
原来碱液循环罐都有溢流管直接与外界对空，那样若遇到次钠分解整个厂房都是氯气味，对设备、人、环境造成了很大的影响和危害，而且不能够为员工建立一个安全的工作环境，也使应急操作更加被动。

为了避免次钠分解氯气外溢，从而将次钠碱液循环罐与废氯总管进口相连，这样可以更好的保护设备以及人的安全，也可以更加环保更加安全。

若有分解的氯气，可以在进行二次吸收，与循环碱液继续反应。

4.4 定期清洗吸收塔
对于运行的次钠吸收塔随着时间的推进，次钠一级塔与二级塔以及进口负压
压差也会逐渐增大，负压压差增大对于钛风机变频也会增大。

最终分析为次钠塔结盐，因为吸收塔的分布器和换热器通道狭细，更需要清洗，碱液循环管道也需要清洗。

原来次钠俩塔之间负压增大只能够在产次钠时候，对交完次钠罐的罐补充20%-30%的河水，在倒罐启动碱液循环泵用河水进行洗塔，至少清洗30分钟左右。

现在为了有效的控制这种现象经常性的发生，而增设了河水补水管线清洗吸收塔，在次钠塔正常运行的情况也可以清洗，给生产和运行带来了很大的方便。

不会因负压压差过大而启动俩台钛风机运行，为节能降耗打下了良好的基础。

增设的河水管线此操作更加方便更加合理而且也为员工减少了劳动力。

每一次处理事故后，在循环塔内配15%左右的烧碱时，均是先加水，然后用水在吸收塔内循环近1 h，清洗碱液循环管道，尤其吸收塔的分布器和板式换热器，通道狭细，更需要清洗。

清洗后再配碱，保证碱液循环管道畅通。

4.5 安装压力远传
在装置的运行中，通过温度显示判断是否有氯气进入该装置。

氯气和烧碱反应是放热反应，因此，若板式换热器的进口温度升高，则氯气进入该装置，但不知是氯气泵前的氯气进入该装置，还是氯气泵后的氯气进入该装置。

随后在进入该装置的泵后、泵前的氯气管道安装远传压力计，并设置报警，提前提示处理事故，遏制事故的发生。

4.6 增加现场氯气吸收管线
原来的现场比如在检修泵或者现场取样氯气外溢会给周边环境以及设备、人造成很大的不确定影响。

最后在氯气处理一楼、和脱氯二楼分别增设了俩条软管可以更加有效的吸收现场的氯气。

保证了生产的更平稳运行也为现场环境创造了一个良好的环境，遏制事故的发生。

4.7 废氯积水配次钠
原来设计的是次钠用河水配次钠这样每次大约9m3河水，最后进行工艺改造对其废氯积水引至次钠罐，可以更好的降低河水的消耗，而且氯水中本来就带了一部分氯，这样也使次钠产量有所提高。

4.8 地沟次钠回收箱
原来每次取样或者做样都是现场留个次钠回收桶，对周边环境不太美观，最后将次钠循环罐附近一段地沟设置回收箱，取样更加方便，也使现场 5 S 管理更加有序。

4.9 次钠吸收塔并联
原来次钠塔是串联的，在遇到次钠塔泄漏或者处理一级次钠塔的时候，必须停次钠或者停车处理，那样给生产带来的很大影响。

现在次钠塔可以改为串联，将次钠氯气改至二级次钠塔吸收即可，可以使生产更加稳定。

5 废氯气处理操作中的注意事项
5.1 严格控制操作温度
由于吸收反应是放热反应，必须及时移出热量，及时调节碱液冷却器的循
环冷却水或冷冻水阀门，控制反应温度低于35℃，以免因温度过高使循环碱液的温度继续升高，一方面造成循环碱液对废氯气吸收能力下降，另一方面会造成次氯酸钠分解，因此在反应过程中必须及时移走热量。

35℃以下，可以提高吸收能力和漂水产品的质量。

5.2 严格控制循环碱液罐里的碱液的浓度
控制一、二级废氯气吸收塔循环液中的NaOH含量在要求范围内，以免过氯化反应。

运行过程中注意观察循环液颜色变化，成品次氯酸钠溶液(有效氯含量，10%有效氯＞150g/L，有效碱约为1.5~10g/L)的外观为浅黄绿色透明液体，可以用pH值控制，当pH值达到11.0~12.0时，反应终止。

在离子膜正常开车时，本系统正常生产期间，要定时分析循环碱液的浓度，经常保持有新的循环罐含碱在15% - 20%，以备离子膜紧急事故停车时，系统能够吸收经自控联锁切换到原氯气总管的低纯度的氯气。

5.3 注意废氯气处理装置压力的变化
如发现废氯吸收塔压差或者压力下降，要及时检查钛风机是否出现故障，填料吸收塔的气液分离器以及其他设备是否被盐或者异物堵塞，一定要及时排除故障，确保废氯气系统压力控制在负压，避免氯气外泄。

6 结论
废氯气处理采用烧碱吸收双塔工艺流程，不仅解决了离子膜生产中的废气处理问题，而且将废氯气回收转化为用途广泛的次氯酸钠产品，具有较好的经济效益。

氯碱生产中排放的废氯气或事故状态下大量的外逸氯气得到了处理，不仅保护了环境和职工的健康，也提高了企业的经济效益。

参考文献
[1]方度，蒋兰荪，吴正德. 氯碱工艺学. 北京：化学工业出版社，1990：397-399.
[2]高锁成，张文静. 离子膜法制碱生产中废气的处理方法. 中国氯碱，2008,(10):40-42.
[3]张红. 二级废氯吸收装置的使用[J]. 氯碱工业，2008.44（18）：17 - 18.
[4]兰振涛.废氯气处理双塔工艺浅析[J]. 氯碱工业，20079（8）.
[5]白莉. 离子膜法制烧碱生产中废气的处理方法[J]. 中国氯碱，2002（10）.
致谢
本论文是在刘玉星老师的悉心指导和亲切关怀下完成的。

老师的言传身教，使我收益匪浅。

尤其是刘老师那种丰富的专业知识，严谨求实的治学态度、认真负责的工作精神、启发创新的教学方法及对教学科研事业孜孜不倦的追求精神，无时无刻的鞭策和激励着我，让我知道作为科研工作者应具有的奉献精神和一丝不苟的精神。

这对我以后的工作与学习都有很大的帮助，在此表示我最诚挚的谢意。

在论文工作期间，感谢刘老师给予我细心的指导与建议。

还有单位车间以及班级的员工在各方面的帮助，感谢他们在实验、论文期间的无私帮助以及生活上的关心，在此一并表示我最真诚的谢意。

在做论文期间，查阅了大量中外文献，在此，特向文献撰稿人表示我衷心的感谢。