优化的氯气处理工艺及主要设备的选用

纳氏泵是 1种液环气体压缩机。它的外壳略似 椭圆形, 内有旋转叶轮, 壳体内贮有适量的液体 ( 氯 气压缩用浓硫酸 ), 叶轮旋转时, 带动液体一起运 动, 由于离心力的作用, 液体被抛向壳壁形成椭圆形
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液体。因为运动中各个角度的液体量相同, 所以在 椭圆的长轴两端有 2个较短 轴方向大的月 牙形空 间。叶轮旋转 1周时, 叶轮每个间隔中的液体轮流 地趋向和离开叶轮的中心, 液体的运动就像许多液 体活塞, 在椭圆长轴方向气体被压缩并排出。气体 的吸入与压出通道为壳体及不运动部分。
目前国内氯气处理工序采用的干燥塔主要有填 料塔、泡沫塔、泡罩塔 3种形式, 从使用效果看, 其特 点如下。 填料塔运行稳定, 操作弹性大, 同时, 各 个塔内可以加入不同浓度的硫酸并循环冷却, 以达 到较好的干燥效果。 泡沫塔生产强度大、结构简 单、材料少、制造和维修方便、占地面积小。但它的 阻力损失较大, 两相的冷却也较困难。 泡罩塔操 作弹性大, 气液接触较为充分, 干燥效果好, 硫酸消 耗低, 硫酸冷却方便。
图 4 优化的氯气处理工艺流 程图
2 主要设备的选用
选择合适的设备不仅可以保证生产正常运行, 而且可以节约维修费用, 降低成本。 2. 1 氯水洗涤塔
氯水洗涤塔不仅洗涤预冷却湿氯气, 而且去除 湿氯气中三氯化氮, 因此该设备是氯气处理工艺中 不可缺少的重要设备之一。湿氯气腐蚀性强, 因此
* [作者简介 ] 李永辉 ( 1973 ), 男, 硕士, 2006年毕业于辽宁大学工商管理专业。 [收稿日期 ] 2006- 11- 25
氯气处理工艺中用到水除雾器和酸除雾器。除 雾器的效果好坏不仅关系到氯气中的含水量能否达 到国家标准或国际标准, 而且关系到有关设备能否 不受或少受酸雾腐蚀以提高设备的使用寿命。目前 国内氯碱企业多选用美国孟莫克布林克除雾器。使 用结果表明, 孟莫克布林克除雾器能彻底地除去氯 气中的水雾和酸雾, 保证干燥氯气中水达到国家标 准的要求, 避免氯气压缩机及后续工序的设备及管 道的酸雾腐蚀。如上 海氯碱化工股 份有限公司从 1990年使用孟山都 ( 孟莫克 ) 除雾器直至 2000年, 10年中干氯气除雾器从未清洗、更换、堵塞, 透平压 缩机的叶轮、换热器及氯气管道光亮如新。 2. 3 干燥塔
效率高, 节能明显; 废气废渣排放量小。其不足 之处是投资费用大, 有动密封、填料加气封, 且对气 封用气压力、含水量要求高。 2. 7 液氯屏蔽泵
屏蔽泵是泵头和电机连成一体的共同体, 泵的 叶轮与电机驱动轴相连, 驱动轴为空心轴, 共同组成 转子部件, 屏蔽套嵌在定子内侧以隔离转子腔和定 子腔, 使泵达到无泄漏。
4 经济效益分析
4. 1 节电的效益 采用新生产工艺后, 停运 3台 132 kW ( 实际运
行电流 200 A ) 的纳氏泵, 只运转 1台 160 kW ( 实际 运行电流 230 A) 的透平机, 则节电:
( 3 200- 1 230) 380 1. 732 0. 9 24 360 1 000= 189. 4 万 ( kW h / a),
第 2期
李永辉等: 优化的氯气处理工艺及主要设备的选用
氯氢处理
机的安全。 设计 和制 造先进。采用 三腔 迷宫 式 端封, 无磨损, 安全可靠, 保证常年不间断运行; 采用 背对背 式叶轮布置设计, 废除平衡盘, 提高 了安全性并减小了能耗。
无论从保证氯碱生产装置正常运行着想, 还是 从节能降耗、降低生产成本及安全方面考虑, 氯气压 缩机应优选透平压缩机, 逐步淘汰纳氏泵。 2. 5 氟利昂冷冻液化氯气机组
第 45卷 第 2期 2009年 2月
氯碱工业 Chlor- A lkali Industry
Vo .l 45, N o. 2 F eb. , 2009
优化的氯气处理工艺及主要设备的选用
李永辉 1* , 孙 勤 2 ( 1. 沈阳石蜡化工有限公司, 辽宁 沈阳 110141; 2. 江苏苏龙化工有限公司, 江苏 盐城 224003)
电价按 0. 54 元 / ( kW h ) 计 算, 节电效 益为 189. 4 0. 54= 102. 28 (万元 / a) 。 4. 2 节省硫酸消耗的效益
新工艺先进合理, 生产 1 t烧碱对应氯气的硫 酸消耗下降 5~ 8 kg( 取 5 kg) , 全年可节约硫酸:
40 000 5 1 000= 200 ( t / a), 硫酸价格按 530 元 / t计, 可节约 200 530= 10. 6 万 (元 / a)。
[ 关键词 ] 氯气; 处理工艺; 设备 [ 摘 要 ] 介绍了优化的氯气处理 ( 包括冷却、干燥和 液化 )工 艺, 并 对其主要设 备 (氯 水洗涤塔、除雾器、干燥 塔、氯气压缩机等 )的选用提出了参考意见。 [ 中图分类号 ] TQ 028. 2 [文献标志码 ] B [ 文章编号 ] 1008- 133X ( 2009) 02- 0025- 03
该氯气透平压缩机的主要特点如下。 节能、 运行费用低。该机可在 65% ~ 100% 负荷间不耗功 任意调节以达到压缩机节能的目的, 这是旁通阀调 节无法相比的。 隔离系统完善。用氮气的轴封隔 离系统、氮气或仪表空气的油与环境气隔离系统, 保 证油不受环境污染, 压缩机稳定安全运行。 维护 费用低。该压缩机转子高速动平衡, 正常运行 3年、 甚至连续五六年不用检修。 安全可靠性高。机组 采用两层布置, 操 作人员在上层, 冷却水系 统在下 层, 一旦冷却水系统漏水, 不会危及操作人员和压缩
图 1 湿氯气冷却工艺流程
由图 1可见, 电解来的高温湿氯气先进入氯水 塔, 用氯水洗涤预冷却, 除去盐雾等杂质, 然后进入 一级钛管冷却器 ( 用循环冷却水冷却 ) 和二级钛管 冷却器 ( 用冷冻水冷却 ) 冷却后, 湿氯气中大部分水 汽被冷却成氯水进入氯水洗涤塔循环使用, 冷却后 的氯气再经过水除雾器除去水雾后进入氯气干燥系 统。 1. 2 氯气的干燥
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氯氢处理
氯碱工 业
2009 年
氯水洗涤塔材质的选用关系到该设备能否正常投入 使用、设备的使用寿命及维修费用等问题。目前国 内氯水洗涤塔的材质一般采用 PVC 加 FRP。经过 众多厂家的使用, 证明 PVC 加 FRP材料制成的氯水 洗涤塔是经久耐用的。国内某些厂家 制作的 PVC 加 FRP设备不仅在国内应用广泛, 而且大量出口, 享有一定的声誉。 2. 2 除雾器
从氯碱生产企业使用效果看, 1套 10 万 t / a烧 碱生产装置的氯处理工序需安装八九台纳氏泵 ( 正 常使用 6台以上, 纳氏泵使用寿命短, 维修频繁, 需 两三台备用泵 ) , 1台纳氏泵的配套电机功率为 110 kW, 动力消耗大; 而 1套 10 万 t / a烧碱的氯处理工 序若使用透平压缩机, 只需 1台即可, 不需备用。以 某公司生产的氯气透平压缩机为例, 其单台配用电 机功率仅 280 kW, 机处理量为 1 700~ 20 000 m3 / a。 因此, 使用透平压缩机占地面积小, 动力消耗低。
我国氯碱行业于 20世纪末开始用屏蔽泵包装 和输送液氯。屏蔽泵具有如下特点: 全封闭, 没有 动密封, 密封程度高, 安全性能好; 节能, 高效; 灵敏度高, 泵的安 全监控装置齐 全, 可长期 可靠运 行; 不需要外部进行润滑, 故不需要润滑油 ( 脂 );
无辅助设施, 便于安装、维修, 维修费用低; 适用 于压力高、连续输送液氯的单位。不足之处是, 要求 操作条件苛刻, 对液氯中水、杂质含量要求严格, 泵 启动前需排气和预冷 0. 5~ 1. 0 h, 开机过程长。
针对这 3种塔的特点, 目前多数氯碱企业选用 填料塔与泡罩塔干燥氯气, 一般采用三段填料塔或 二段填料塔加一段泡罩塔或一段填料塔加一段泡罩 塔的干燥工艺, 只有少数氯碱企业使用泡沫干燥塔。
干燥塔的材质宜选用 PVC 加 FRP, 不仅制造成 本低, 而且经久耐用。 2. 4 氯气压缩机
目前国内氯碱企业使用的氯气压缩机主要有氯 气纳氏泵和氯气透平压缩机。 2. 4. 1 纳氏泵的工作原理及特点
液体在泵内旋转摩擦会产生热, 气体的压缩也 将机械能转变为热能, 在气体的压出过程中, 部分液 体被带至出口通道随气体压出, 因此压出的气体及 液体的 混合物 需要在 气液分 离器分 离。液 体 ( 硫 酸 ) 经冷却后返回纳氏泵吸入口循环使用。
纳氏泵运行过程中不是单纯的氯气的压缩, 而 是硫酸和氯气一起压缩, 在硫酸的吸入与排出过程 中消耗机械能, 因此功率消耗大。 2. 4. 2 透平压缩机
液下泵和屏蔽泵用于包装和输送液氯比汽化槽 增压法包装和输送液氯要优越得多。笔者认为: 连 续液氯包装和输送的单位应首选屏蔽泵; 间断包装 和输送液氯的单位宜选用液下泵。 [ 编辑: 蔡春艳 ]
( 上接第 24页 ) 3. 5 装置运行质量监控的优化
改造前, 装置运行状况和氯气干燥质量的评价 与监控主要依赖人工定期分析, 存在检测周期长、数 据滞后、分析数据影响因素多且不精确等缺点。因 此, 在氯气出口总管上安装了在线氯内含水分析仪, 对装置运行状况和氯气干燥质量实行 24 h监控。
液下泵是 1种垂直安装在贮槽顶部的立式多级 泵, 电机在槽顶部, 泵壳叶轮浸在贮槽液氯中, 轴封 采用双密封, 即填料密封加气封。泵直接启动即可 包装和输送液氯。
液下泵包装和输送液氯的特点如下: 泵直接 安装在贮槽上, 工艺配管简单; 操作方便, 直接启 动, 对贮槽压力无要求, 只要保持一定的液位即可;
4. 3 减少氯气损失的效益 新装置投运后, 氯水循环使用, 氯气的流失量大
传统的氨 - 氯化钙盐水间接冷冻液化氯气装置 不仅占地面积大、能耗高、设备维修费高, 而且安全 可靠性差。
氟利昂冷冻液化氯气装置在我国氯碱企业已应 用 10多年, 工艺成熟, 技术较为先进, 在我国氯碱企 业进行技术改造和新建氯碱厂的液化氯气装置时基 本都采用该工艺。与传统的氨 - 氯化钙盐水间接冷 冻液化氯气装置相比, 氟利昂冷冻液化氯气装置具 有占地面积小、能耗损失少、设备维修费用低、安全 可靠性高等特点。因此我国氯碱企业应逐步淘汰氨 - 氯化钙盐水间接冷冻液化氯气装置。 2. 6 液氯液下泵
优化的氯气干燥工艺流程示意图如图 2所示。
图 2 优化的氯气干燥工艺流程图
水除雾器出来的氯气先进入一段干燥塔与硫酸 对流接触除去部分水, 然后进入二段干燥塔与 98% 的浓硫酸对流接触除去剩余水, 再进入酸除雾器除 去酸雾即得干燥氯气。干燥氯气经氯气压缩机加压 后送有关干燥氯用户使用或送入氯气液化装置生产 液氯。 98% 的浓硫酸由二段干燥塔顶部进入, 二段
1 优化的氯气处理工艺
我国的氯碱工业已经有 70年的历史, 烧碱产量 位列世界第 1。经过广大科技人员的刻苦攻关, 通 过引进和消化吸收国际上先进的氯碱技术, 我国氯 碱装置的技术水平不断提升。综合国内氯碱现状, 目前我国优化的氯气处理工艺如下。 1. 1 湿氯气的冷却
优化的湿氯气冷却工艺流程示意图如图 1所 示。
透平压缩机是 1种带有蜗轮的离心式气体压缩 机, 借叶轮高速转动产生的离心力压缩气体, 其作用 与输送液体的离心泵或离心式风机相似。气体的压 缩消耗机械能并转化为热能, 所以透平压缩机的每 一段压缩比不能过大, 并在级间设有中间冷却器以 移走热量, 使气体体积减小, 压缩过程逐级进行。
透平压缩机排出的气体压力高, 输送量大, 工作 过程中不需要硫酸, 所需动力小, 但因压缩过程中氯 气温度 较 高, 机 械精 度也 较 高, 所 以对 氯 气含 水 ( 酸 ) 及其他杂质的要求也相对提高。
干燥塔底部出来的硫酸冷却后进入一段干燥塔作干 燥介质。 1. 3 氯气的液化
优化的氯气液化工艺流程如图 3所示。
图 3 优化的氯气液化工艺流 程图
干燥氯气进入氟利昂氯气液化机组直接液化, 液化后的液氯进入液氯贮槽, 包装出售; 未被液化的 尾氯去盐酸或其他氯产品生产工序。
综合起来, 目前国内氯碱企业较为wenku.baidu.com化的氯气 处理工艺如图 4所示。