氯碱氯氢处理基础知识2014

化工厂技术室 马宗仁 2014年7月
氯氢处理和氯气液化
1 一 氯气处理工艺、设备 2 二 氢气处理工艺、设备
三 氯气液化工艺、设备
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氯氢处理工序基础知识
一、氯的理化性质 1、常温下，氯是黄绿色，具有使人窒息气味的气 体。
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2、氯气比空气重，约为空气的2.5倍。 3、氯气是一种易于液化的气体，熔沸点较低，压 强为101kPa、温度为-34.6℃时液化。液态氯为金黄色。 如果将温度继续冷却到-101℃时，液氯变成固态氯。
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图1 氯气两级间接冷却工艺流程图 1—I级钛列管冷却器；2—II级钛列管冷却器；3—水雾捕集器
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图2 氯气直接冷却加间接冷却工艺流程图 1—氯气洗涤塔；2—氯气冷却器；3—氯水泵；4—钛列管冷却器； 5—水雾捕集器
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钛列管冷却器结构图
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5、有毒，氯气是一种有毒气体，它主要通过呼
吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯
酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造成有害的影响。
次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎 性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困 难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。症状重 时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡。由食道进 入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻。1L空 气中最多可允许含氯气0.001毫克，超过这个量就会引起
4、氯气能溶于水，但溶解度不大， 1体积水
在常温下可溶解2体积氯气，形成盐酸和次氯
酸，产生的次氯酸具有漂白性，可使蛋白质变
质，且见光易分解。易溶于有机溶剂，难溶于
饱和食盐水。
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氯气在四氯化碳、氯仿等溶剂中溶解度较大，比在水 中的溶解度约大20倍。工业上利用氯气在四氯化碳中 有较大溶解度这一特点，用四氯化碳吸收氯碱厂产生 的所有废氯，然后再解吸回收氯气。
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三、氯气处理的工艺原理 氯气处理工艺中要先冷却、再干燥，其原理如下： 在相同压力下，气相温度每下降10℃，湿氯气中含水量几 乎减少近一半。若湿氯气温度由90℃下降至15℃，气相中的含 水量可以脱除99.2％。因此通过冷却可以除去气相中绝大部分的 水分，从而可以大大降低干燥负荷，同时也降低了硫酸作为吸收 剂的用量，更可以大大减少硫酸吸收水分后所释放的热量。经过 冷却手段，氯气中的含水分量降低了98%以上。然后将氯气中余 下的水分用硫酸干燥脱除，最佳进干燥塔温度为11℃～14℃。 氯气处理为什么选择用浓硫酸做干燥剂。 （1）不与氯气发生化学反应； （2）氯气在硫酸中的溶解度小； （3）浓硫酸有强烈的吸水性； （4）价廉易得； （5）浓硫酸对钢铁设备不腐蚀； （6）稀硫酸可以回收利用。
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图5 氯气离心式压缩机组构成示意图
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六、设置“事故氯处理”系统的原因 氯气是一种具有窒息性的剧毒气体，如果发生事故或出现全厂突然停电 等意外，很容易造成氯气外逸，不仅危害人体、威胁人的生命、还会严重污 染环境。事故氯处理系统是氯气处理工艺中的应急处理系统，其原作用是当 遇到系统停车、各类事故和全厂突然停电后用碱液吸收氯气系统内的氯气， 以防氯气外泄。因此事故氯处理系统是确保整个氯气处理工序、电解槽生产 系统以及整个氯气管网系统安全运行的有效措施。 本工序采用烧碱吸收法处理氯气并生产次氯酸钠成品。反应原理如下： Cl2+NaOH NaClO+NaCl+H2O+25.31Kcal/mol 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 NaClO3+2NaCl 上式可见，使产品保持一定的过碱量可以抑制副反应的进 行。 七、事故氯处理系统的工艺流程 电解开停车时产生的氯气和发生各种事故状态下外溢的氯气一并进入一级 废氯吸收塔的下部，与经过循环液冷却器后的循环液逆流接触，进行吸收反 应。未反应完的含氯尾气从一级废氯气吸收塔顶部出来再进入二级废氯气吸 收塔下部，与预先配置好的约15％碱液反应，进一步除去其中的氯气，达到 环保排放的标准的尾气经风机排入大气中。
人体中毒。
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一、氯气处理的目的 由电解槽阳极析出的氯气温度可达90℃以上，并伴有饱和水蒸气且夹带盐 雾等杂质，这种湿氯气对钢铁及大多数金属有强烈地腐蚀作用；只有少量的贵、 稀有金属或非金属材料在一定条件下才能抵抗湿氯气的腐蚀。因此给氯气的输送、 使用、贮存等带来了极大的困难。（ 1、将湿氯气干燥；2、将干燥后的氯气压 缩输送给用户；3、稳定和调节电解槽阳极室内的压力，保证电解工序的劳动条 件和干燥后的氯气纯度。） 二、湿氯气脱水的方法 氯气处理的核心任务便是脱水，脱水的方法一般有如下三种。 1. 冷却法 就是将氯气降低温度，从而达到降低氯气湿含量的目的，这种方法只消耗冷 却水与冷冻水，本身不与其它介质接触，也不会混入其它介质，也称为冷冻干燥 法。 2. 吸收法 吸收法脱出水分，即高温湿氯气在干燥塔中通过浓硫酸介质，一方面浓硫酸 吸收了氯气中的水分，另一方面也降低了氯气的湿度，实现了氯气的干燥。该方 法使用设备较多，工艺复杂，但水分脱出率高。 3. 冷却吸收法 冷却吸收法是综合上述两者之长，为各厂家广泛采用的方法。
氯氢处理工序基础知识 5．酸雾捕集器 酸雾捕集器又称酸雾过滤器或网筒式酸雾自净过滤器，它由圆筒形筒体 与上下封头和滤筒组成。 酸雾过滤器（扑集器）作用是将气相挟带的大小不等的酸雾液滴用截留、 碰撞、捕集、过滤的形式除去，使气相得以净化，确保进入氯气离心式压缩 机流道、叶道的氯气干净，减少酸雾富集。 四、氯气压缩的任务 用氯气压缩机将经过冷却干燥的氯气将氯气增压后送出界区至各用户， 并保持电解槽阳极室压力稳定。 一、氯气的压缩方式 氯气的压缩方式一般有三种:一是采用液环式氯气压缩机（纳氏泵)；二是采 用离心式氯气压缩机(即小型透平机)；三是采用大型离心式氯气压缩机(即大 型透平机)。 1．液环式氯气压缩机的工艺流程 来自氯气干燥系统并经酸雾捕集器除去酸雾的干燥氯气，从进口与循环 酸一起进入氯气压缩机加压，并与循环酸一起排出至硫酸分离器进行分离， 氯气由其顶部排出至酸雾分离器除去酸雾后，进入氯气缓冲罐，再经氯气分 配台向下游用户分配。
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一、氯气冷却的原理 从电解槽出来的湿氯气温度较高，几乎为水蒸汽所 饱和。湿氯气所带的水蒸气量与温度有关，温度越高所 带的水蒸汽量也越大，温度越低所带的水蒸汽量则越小。 因此，通过冷却降低湿氯气的温度、减少饱和蒸汽分压， 从而降低湿氯气的含水量。 二、氯气冷却的方式 氯气冷却方式主要分为直接冷却和间接冷却两种。 1. 直接冷却 直接冷却方式就是将电解槽阳极来的湿氯气直接进入 氯气洗涤塔，采用工业冷却水或者冷却以后的含氯洗涤 液与氯气进行气、液相的直接逆流接触，以达到降温、 传质冷却，使气相的温度降低、并除去气相夹带的盐粒、 杂质。
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四、氯气处理的工艺流程 根据氯气处理的工艺原理我们知道氯气处理 的工艺流程主要包括五部分即冷却除沫（洗涤、 冷却）、干燥脱水、除雾净化（水雾、酸雾扑 集）、压缩输送和事故氯气处理。由于不同的氯 碱厂在氯气处理过程中对于冷却除沫、干燥脱水、 压缩输送等工艺存在差异，因此这里我们不再一 一列举，后面我们简单对我厂隔膜碱和离子膜的 工艺进行讲述。
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2. 间接冷却 间接冷却方式就是将来自电解槽阳极的高温湿氯气（或者 是将直接洗涤冷却的湿氯气）直接引入列管式冷却器的管程或 者壳程，用工业上水、冷冻淡水或冷冻氯化钙盐水对氯气进行 间接传热冷却，达到使气相中所含的水蒸气冷凝下来的目的。 这样的冷却方式，在氯碱生产中被普遍采用。
三、氯气冷却的工艺流程 氯气冷却的工艺流程一般有两种：一是采用两级间接冷却； 二是采用直接冷却和间接冷却相结合。 1．氯气两级间接冷却工艺流程 氯气两级间接冷却工艺通常适用于规模≤5万吨/年烧碱装置。 工艺流程见图1所示， 2．氯气直接冷却加间接冷却工艺流程 氯气直接冷却加间接冷却工艺通常适用于规模>5万吨/年烧 碱装置。工艺流程见图2所示。
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五、氯气压缩的主要设备 目前氯气输送设备有两种形式，一种是液环泵，另一种是离心式压缩机。 液环泵对氯气含水量要求不苛刻，但动力消耗大，输送量小，出口氯气压力低， 适用于生产规模在5万吨/年烧碱能力以下的氯气输送。离心式压缩机具有输送 量大、排气压力较高、运转平衡、得以改善工作环境等优点。该设备能量消耗 与同气量液环泵相比节电50%，但要求氯气中含水量＜100ppm（wt），适用5 万吨/年烧碱规模以上的装置输送氯气。 1．液环式氯气压缩机（纳氏泵） 纳氏泵是一种液环式气体压缩机，它外壳略似椭圆形，内装有一个旋转叶 轮，壳体与叶轮之间储存适量液体（氯气压缩用浓硫酸），叶轮旋转时，其叶 轮带动此液体一起运动,由于离心力作用，液体被抛向壳体形成椭圆形液环，由 于在运动中各个角度上的液体量是相同的,所以在椭圆长轴方向，使气体容积增 大，作为气体吸入的地方，而在短轴方向,由于气体体积缩小，气体被压缩并排 出。其工作原理图见图3–19所示。 纳氏泵运行中不单纯是对氯气的压缩，而是硫酸和氯气一起压缩，消耗的 机械能部分使用在硫酸的吸入与排出过程中，所以功率消耗大。
一、氯气干燥的原理 氯气干燥的原理一般是以硫酸与湿氯气接触后，氯气中的水 分被硫酸吸收而实现的。硫酸吸收水的速率方程式为：
G A K F PH2O

PH2O

式中，K为吸收系数；F为吸收面积；PH2O 为湿氯气中饱和水 蒸气分压； P*H2O为硫酸液面上方饱和水蒸气分压。 二、氯气干燥工艺 氯气干燥工艺最常用的有两种：一是“填料+筛板”二合一 塔工艺；二是“一级填料塔”和“填料十泡罩”二级复合塔组合， 形成两级干燥工艺。下面针对这两种流程做详细的介绍。
氯氢处理工序基础知识 1．“填料+筛板”二合一塔干燥工艺流程 氯气“填料十筛板”二合一塔干燥工艺，干燥后氯气含水约300ppm， 可 满足氯气压缩采用纳氏泵的含水要求。 2．“一级填料塔”和“填料十泡罩”二级复合塔组合的两级干燥工艺 流程 氯气“一级填料塔”和“填料+泡罩”二级复合塔组合的两级干燥工艺， 干燥后氯气含水量≤100ppm(质量分数)，可以满足氯气压缩采用离心式压缩 机(小型透平机)的含水要求。 三、氯气干燥的主要设备 1．填料干燥塔 氯气填料干燥塔结构与氯气洗涤塔相似。 2．“填料+筛板”二合一干燥塔 氯气“填料+筛板”二合一干燥塔一般由下部填料段和上部筛板段组成。 3．泡罩干燥塔 氯气泡罩干燥塔塔体材料一般采用硬PVC/FRP，设有五层塔板。 4．“填料+泡罩”二合一干燥塔 氯气“填料十泡罩”二合一干燥塔一般由下部填料段和上部泡罩段组成。
氯氢处理工序基础知识 1．液环式氯气压缩机的工艺流程 来自氯气干燥系统并经酸雾捕集器除去酸雾的干燥氯气，从进口与循环 酸一起进入氯气压缩机加压，并与循环酸一起排出至硫酸分离器进行分离， 氯气由其顶部排出至酸雾分离器除去酸雾后，进入氯气缓冲罐，再经氯气分 配台向下游用户分配。 2．离心式氯气压缩机(小型透平机)工艺流程 来自氯气干燥系统并经酸雾捕集器除去酸雾的干燥氯气，进入离心式氯 气压缩机(国产小型透平机)经二段压缩，使其压力升至0.26～0.45MPa。压缩 过程会使氯气温度上升，经过一级压缩后，需用一段氯气冷却器将氯气温度 冷却至30℃～40℃，再进入第二级压缩；第二级压缩后，经二段氯气冷却器 冷却后进入氯气分配台向下游用户分配。 3．大型离心式氯气压缩机（大型透平机)工艺流程 来自氯气干燥系统并经酸雾捕集器除去酸雾的干燥氯气，进入大型离心式 氯气压缩机第一级进口，经四级压缩，使其压力升至0.45～1.20MPa(可根据 下游氯产品用氯压力要求，选择出口压力)。压缩过程中，氯气温度上升，配 备各级中间冷却器和后冷却器将每级氯气进口温度和最终出气温度冷却至约 45℃，然后进入氯气分配台向下游用户配
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图4 纳氏泵工作原理图 1—壳体；2—叶轮（转子）；3—吸入接管；4—上排气口；5—下吸气口；6—下工作 室；7—下排气口； 8—排气接管； 9—上吸气口； 10—上工作室
氯氢处理工序基础知识 2．氯气离心式压缩机 氯气离心式压缩机又称氯气透平压缩机，它主要由主机系统、事故氯 气处理系统等组成，简称其为机组。详见图5所示。 氯气透平式压缩机它是一种具有蜗轮的多级离心式压缩机，借助叶轮 高速旋转产生的离心力使气体压缩，其作用与输送液体的离心泵相似。它 与传统的纳氏泵相比：能耗低，而且运转平稳、具有单机输送能力大、输 出压力高；另外，压缩过程中各级氯气温度均较高，需设级间氯气冷却 器进行冷却；对进入压缩机的氯气含水量及其他杂质要求也相应严格。