氯气处理最终版.ppt

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1、氯 气 处 理,1.1.1 物理性质分子量 70.906密度 3.24Kg/m3(10 0.1MPa气压下)沸点-33.90(0.1MPa气压下)临界常数 温度t1=144 压力Pc=7.61MPa 气化热 20.42KJ/mol溶解度 1.462g/100gH2O(100.1MPa气压下)溶解热 22.102KJ/mol水合物 温度小于9.6与水生成Cl28H2O水合物 生成热76.85KJ/mol 外观 气体为黄绿色,液体为黄色微橙透明液体嗅味 具有窒息性刺激臭味,1.1 氯气的性质和用途,1.1.2 化学性质 氯属卤族元素化学性质非常活泼,除了对惰性气体、碳、氮等元素外,几乎可以与各种元

2、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）即为其代表性的化合物。氯气与金属的反应：氯气易与各种金属反应 生成氯化物；如 2Ag+Cl22AgCl 2Fe+3Cl22FeCl3 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+XCl2TiCl2，TiCl3，TiCl4,氯气与无机化合物的反应：如 2NaOH+Cl2 NaClO+NaCl+H2O 和水的作用：氯微溶于水。在9.6以下生成水合物Cl2 8H2O。因此,在冬季,水同氯很易生成水合物结晶,在常温下

3、,氯微溶于水生成少量的盐酸和次氯酸:Cl2+H2OHClO+HCl在光和热的影响下,次氯酸容易分解,析出氧而生成盐酸:HClO HCl+0 和氢的反应:H2+Cl2 2HCl+44千卡 和氨的反应：8NH3（过量）+3Cl2 6NH4Cl+N2+348.4千卡 4NH3+3Cl2(过量)3NH4Cl+NCl3+119.7千卡,1.1.3 用途 氯气的用途很广，是化学工业生产中很重要的化工原料。液氯、漂白粉、次氯酸钠等用于上下水，游泳池的消毒；次氯酸钠、液氯等用于纸浆及棉纤维、化学纤维的漂白，氯化纸浆的制造；还用于气体冶炼，将一些元素的矿物制得氯化物，然后还原成产品，制造无机及有机氯化物等。,1

4、.2 氯气处理的任务,从电解出来的湿氯气要达到脱水干燥的目的，通常要经过氯气的洗涤冷却，冷凝除去湿氯气中的大部分水蒸气，使其温度降为1215，再用硫酸干燥剂进一步除去剩余水分，出干燥塔的氯气欲进行深加工或者输送到用户，就需用压缩机加压到0.150.30 MPa(表压)，给予氯气一定的动力，达到输送氯气的目的。氯气处理系统的主要任务是：1.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。,1.3 氯气的冷却、干燥、净化,（1）传统的氯气洗涤冷却工艺 氯气进人体积比较小的氯水洗涤塔加水洗涤后，氯气温度仅降低35，其主要目的是

5、洗去湿氯气中夹带的盐物和少量的有机杂质。洗涤后的氯气温度仍为70以上，这些氯气再送人一级钛管冷却器与循环冷却水进行热量交换，温度降到40左右；之后又送人二级钛管冷却器与6水进行冷热交换，使其温度降到l215后，进入装有含氟硅油玻璃纤维棉除雾器捕集氯水，进入干燥塔。,存在问题：洗涤塔仅洗涤湿氯气中的大部分盐雾和有机杂质，洗涤不彻底，剩余的杂质会在钛管冷却器进口管处沉积，随着装置运行时间的延长，会堵塞氯气进口管，增加系统阻力。湿氯气经洗涤后，温度仍然偏高，进入钛管冷却器与循环冷却水进行热量交换，由于管式换热器的传热系数较低，而钛材质价格较高，换热面积又不宜过大，为满足生产工艺控制需要，需要增大循环

6、冷却水用量，不仅增加动力电消耗。而且使从一级钛管冷却器内出来的冷却水温度超过40，也加快了循环水中Ca2+、Mg2+等杂质在钛管冷却器列管外壁的结垢速度，夏季循环水温度偏高时就特别明显，进一步恶化了传热效果，致使从一级钛管冷却器出来的氯气温度超过40，给二级钛管冷却器增加了负荷，使得从二级钛管冷却器出来的氯气温度超出了工艺控制指标1215，导致硫酸消耗量超标。,（2）目前常用的氯气洗涤冷却工艺,采用氯水打循环洗涤冷却湿氯气。该工艺是将湿氯气中冷凝下来的氯水回收送入氯水洗涤塔中，与从塔底部进入的湿氯气接触进行洗涤冷却。塔内氯水循环使用，多余的氯水送至淡盐水脱氯装置或氯水脱氯装置，也可以用于制造次

7、氯酸钠、漂白液或与碱蒸发下水、洗氢含碱废水中和后送去化盐用。该工艺装置洗涤冷却效率高、压降小，在洗涤冷却塔处理后的氯气温度可降为40左右。这样，大量的冷凝水留在了洗涤塔内，经充分洗涤净化后的氯气所含杂质的量已很少，不会堵塞列管换热器的进气管端，同时也可减少钛管冷却器的冷却面积。因氯气温度降低，钛管冷却器列管外的循环冷却水的出水温度低于35，避免了冷却循环水温偏高而造成列管外大面积结垢现象的发生。从一级钛管冷却器出来的氯气再用6水在二级钛管冷却器内进行冷却，控制氯气出口温度在1215之间，冷值损耗也较小。冷却后的氯气送入氯水捕集器内捕集冷凝下来的氯水，捕集下来的氯水可送入氯水循环槽内循环使用。,

8、氯气干燥 干燥的目的：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，要求氯气的含水量小于0.05%（如果用透平压缩机输送氯气，则要求含水量小于100ppm）。因此必须将氯气中的水分进一步除去。使用硫酸的原因：（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）浓硫酸可以回收利用等特点，故浓硫酸时一种较为理想的氯气干燥剂。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话，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

9、必须注意控制温度和浓度，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H2SO4温度控制在不低于10。此外，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。,不同的氯碱生产厂家采用的氯气干燥工艺装置有所不同，一般采用两级串联硫酸干燥塔。塔型主要有填料塔、泡沫塔或泡罩塔等，其二者任意串联组合，都能满足生产工艺控制指标要求，所不同的是二级干燥塔的塔顶部进酸质量分数要大于95，一级干燥塔所使用的硫酸是二级干燥塔吸收水后的浓度较低的硫酸（硫酸质量分数高于75）。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,

10、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（泡罩塔）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。,氯气干燥工艺,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。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，能有效地去除水雾或酸雾，净化率可达9499，而且压力降较小，可用于高质量的氯气处理。本项目设置高效MECS除雾器过滤水雾和酸雾，从而确保干燥后的氯气含水量小于10PPm(wt)。,1.4 氯气净化和压缩工艺装置的比较,氯气净化工艺与压缩机装置类型配套安装。即净化工艺与所采用

11、的压缩机有直接关系，所以要从纳氏泵和氯气透平机的工作条件人手考虑氯气净化处理工艺。,如果采用纳式泵作为氯气压缩机输送机械，氯气的净化处理可分为2步：在纳式泵前安装捕集器，捕集氯气中夹带的液相和少量固相杂质，使之与氯气分离，避免其沉积在纳式泵前的人口管内，堵塞管道和设备；在纳式泵出口管道上，也要安装酸雾捕集器进行气液分离。因为纳式泵是液环式压缩机，其使用的循环介质为质量分数大于95的浓硫酸，氯气在压缩过程中会造成氯气夹带酸雾、酸泥的现象，如果不进行处理，就会造成氯气输送管道与液氯液化器堵塞，增加输送氯气阻力和降低氯气的液化效率，影响生产正常进行，所以氯气经纳式泵加压后必须进行净化处理。,（1）纳

12、氏泵输送,1.4 氯气净化和压缩工艺装置的比较,若采用氯气透平压缩机作为输送机械，氯气要做好氯气进压缩机前的净化处理，因为氯气透平压缩机是借高速旋转叶轮所产生的离心力压缩气体，设计制造精度高。为确保其正常运转，透平机对氯气的含水量和机械杂质的要求严格。大透平机要求氯气含水质量分数低于0.01；小透平机氯气含水及其他杂质要求相对较低，一般含水质量分数低于0.02即可。二者均要求氯气在进入压缩机之前经过高效除雾器进行除沫。国内一般采用浸渍含氟硅油的玻璃棉所制作的管式过滤器或丝网过滤器等方式去除水雾或酸雾，效果较好。但是经透平压缩机送出的氯气温度偏高，所以要对每一级送出来的氯气进行冷却、降温至35

13、以下(正常操作控制在25 以下)，然后再送人下一级氯气的入口，最后一级压缩出来的氯气经冷却降温至35左右，再进入气体缓冲罐，送往下一道工序。,（2）氯压机输送,1.4 氯气处理的工艺流程,1.4.1 工艺描述（1）氯气的洗涤冷却 由电解工序来的湿氯气（温度约88）进入氯气洗涤塔（T0401）底部，循环氯水由氯水循环泵（P0401ab）打出，经氯水冷却器（E0401）用循环水冷却换热后进入氯气洗涤塔（T0401）上部与氯气直接逆流接触，氯气冷却到约45，氯气中大约8590%的水份得到冷凝，并除去了氯气中所夹带的盐雾。出塔氯气再进入氯气冷却器（E0402）用冷冻上水进行进一步冷却，氯气出口温度由冷

14、冻水调节阀TICA-402控制在1215。在此冷却过程中，氯气中大约80%水份又被冷凝下来，这样可节约氯气干燥的硫酸用量，也有一部分冷凝水成雾滴状存在于氯气气流中，所以除雾也是一项降低硫酸消耗，减少盐雾夹带的重要措施。因此冷却后的氯气需经装有高效的MECS过滤芯的水雾分离器(F0401)过滤后才进入干燥系统，该分离器的水雾捕集率在99%以上。,循环下水,湿氯气,LG,循环上水,TICA-402,氯水去离子膜电解工序脱氯,冷冻下水,冷冻上水,氯气至填料干燥塔,LT,T0401 氯气洗涤塔,E0401 氯水冷却器,E0402氯气冷却器,F0401水雾分离器,（2）氯气干燥 通过水雾分离器(F040

15、1)过滤后的1215氯气进入填料干燥塔（T0402）下部，循环酸由硫酸循环泵（P0402ab）送出，经循环酸冷却器（E0404）用冷冻水冷却到15后进入填料干燥塔上部，与氯气逆流接触除去氯中水份。塔底出酸浓度控制在75%以上。氯气中的水份被硫酸吸收而放热，这部份热量大部分由循环酸冷却器（E0404）带走，少部分热由氯气吸收，因而出填料干燥塔氯气温度升到约19。出填料干燥塔的氯气，再进入泡罩干燥塔（T0403）下部，与由浓硫酸泵（P0403ab）打入的98%浓硫酸经泡罩接触，进一步得到干燥，从泡罩干燥塔顶出来的氯气含水量100ppm。氯气中的水份被硫酸吸收而放热，这部份热量大部分由设置在泡罩塔最

16、下面一层塔盘上冷却盘管带走，少部分热由氯气吸收，因而出泡罩干燥塔氯气温度升到约20。干燥氯气经装有高效的MECS过滤芯的酸捕沫器(F0402)过滤氯气中夹带的酸雾后进入氯气压缩系统。该捕沫器的酸雾捕集率在99%以上。,来自界区的98%硫酸进入浓硫酸贮槽（V0403），使用时用浓硫酸泵（P0404ab）送出，经98%硫酸冷却器（E0405）用冷冻水冷却至约15后，进入泡罩干燥塔(T0403)。与氯气逆流接触除去氯中水份后，硫酸浓度降至约92%，再自流入填料干燥塔(T0402)。在填料干燥塔(T0402)中的硫酸吸收水份后浓度降至7577%，在液位调节系统LICA-402控制下自动将硫酸打至稀酸受

17、槽（V0403）。如循环硫酸浓度低于75%，必须立即补充浓硫酸。稀酸受槽（V0403）中贮存的稀酸由稀酸泵（P0406）打至稀酸脱氯塔（T0404），与风机（C0402）鼓入的热空气逆流接触除去稀酸中溶解的少量氯气后自流回稀酸受槽（V0403），如此循环操作至稀酸中溶解的氯气大部分除去后经稀酸泵（P0406）打至液体罐区。,冷冻上水,冷冻回水,冷冻上水,冷冻回水,T0402填料干燥塔,T0403泡罩干燥塔,至稀硫酸受槽,自水雾分离器,F0402 酸捕沫器,浓硫酸,干氯气至氯气压缩机,P0402填料塔酸泵,P0403泡罩塔酸泵,（2）干燥氯气压缩 通过酸捕沫器(F0402)过滤后的干燥氯气经氯气

18、压缩机(PA0401)压缩到0.2MPaG。氯气压缩机入口管设有从压缩机出口回流部分气体的旁路管，以控制氯气压缩机系统吸入口的压力稳定和防湍振。同时考虑到氯气压缩机自身的回流量较小，为了保证电解在低负荷时，电解和氯气洗涤冷却干燥系统的氯气总管压力稳定，在压力（PICA-0401）的控制下从氯气分配台再引一股氯气回流到氯气干燥系统出口。氯气压缩系统设有段间冷却器，用循环冷却水冷却压缩后的氯气，以保证出压缩机系统的氯气温度不大于50。经压缩并冷却到大约45氯气在氯气分配台（SP0401）汇合后送至下游氯气用户。,PA0401氯气压缩机组,循环上水,信号自PICA0401,干氯气,信号至P0501a

19、b,仪表空气,氮气,氮气,循环回水,至液氯工序,至钛装置,至界区,至废气处理,至盐酸工序,SP0401氯气分配台,1.5 氯气处理工序主要设备介绍,1.5.1 氯气洗涤塔 氯气洗涤塔塔体材质为FRP，塔体直径为3.4米，高度为16米，塔内顶部位置布置有冷却水进入的喷嘴。塔内装有两层CPVC材质填料。氯气自下而上进入塔内，与冷却水逆流接触。1.5.2 氯气冷却器 氯气冷却器筒体直径为1.2米，长度为6米，筒体材质为16MnR，换热管材质为TA2，管程走湿氯气，壳程走冷冻水。,1.5.3 填料干燥塔 填料干燥塔材质为硬PVC，外裹FRP加强，塔体直径为2.7米，塔高约15米。塔内顶部位置布置有浓硫

20、酸进入的喷嘴。塔内装有两层硬PVC材质填料。氯气自下而上进入塔内，与浓硫酸逆流接触。1.5.4 泡罩干燥塔 泡罩干燥塔材质为硬PVC，外裹FRP加强，塔体直径为2.8米，塔高约16米。塔内有6层塔板，每层塔板上分布有泡罩，98%浓硫酸从最上层塔板进入，与氯气逆流接触。,1.5.5 氯气压缩机 氯气压缩机是一种离心式压缩机，借叶轮高速旋转产生的离心力使气体压缩，其作用与离心泵、离心式风机相似。因为气体的压缩消耗机械能并转化为热能，所以在透平压缩的每一段压缩比不能过大，并在级间设有中间冷却器以移去热量，使气体体积减小，以利于压缩过程的逐级进行。这种压缩机的排出压力高，输送量大，所需动力少。但对氯气

21、含水及其他杂质的要求高，一般含水在ppm以下，还要有高效的除沫器装置。我们选用的氯气压缩机型号为3(2)VRZ 250/430 G。由电机、压缩机和2台间冷器组成。,氯气压缩机性能参数：,1.7 风险分析和安全措施,1.7.1中毒 氯气是第2.3类有毒气体，已列入剧毒化学品名录，属于剧毒品。氯气对眼、呼吸道粘膜有刺激作用。轻度中毒者有流泪、咳嗽、咳少量痰、胸闷，出现气管炎和支气管炎的表现；中度中毒者发生支气管肺炎或间质性肺水肿，病人除有上述症状的加重外，出现呼吸困难、轻度紫绀等；重者发生肺水肿、昏迷和休克，可出现气胸、纵隔气肿等并发症。吸入极高浓度的氯气，可引起迷走神经反射性心跳骤停或喉头痉挛

22、而发生“电击样”死亡。氯气中毒主要是因为泄漏所致，泄漏主要包括负压系统泄漏、正压系统泄漏。,1.7.2 负压系统泄漏 负压系统泄漏主要来自于进入氯压机前的通道发生阻碍所致，主要包括：（1）供电电流大幅度波动，造成调节困难。（2）管道积水或冰冻。（3）自控系统故障，如阀门失灵、阀门不灵敏、检测变送仪表失灵、气源压力低、控制站故障等造成无法正常调节的情形。（4）设备、管道泄漏后进空气：系统进空气后，因空气压缩比小于氯气压缩比造成倒压。（5）氯水结晶堵塞管路：含水氯气在9.6 时氯气会与水生成水合物结晶，如作业人员误操作或温度显示器损坏、误差大，有可能会造成氯气产生低温，氯水结晶。（6）系统爆炸后造

23、成氯气泄漏。（7）误操作：如阀门调节大小不当、阀门误打开或关闭。,主要采取以下安全措施:（1）通过调节保持氯气吸力稳定，无法调节时（吸力大范围连续波动、氯气连续倒压），应立即采取紧急停车措施。针对吸力波动的极端情况在技术上可采取联锁停电解措施。（2）加强巡检，保持氯气滴水畅通，发现异常立即疏通或化冻。（3）针对自控系统故障，坚持“宁停产，勿跑氯气”的原则，及时采取紧急停车措施。（4）定期巡检，及时维修、更新设备管道，设置氯气正压水封防止系统压力过大。（5）严格控制钛冷却器氯气温度，防止结晶。（6）在防止误操作方面除加强日常培训学习外，可在软件上增加确认环节，例如重要阀门加阀门锁。,1.7.3

24、火灾爆炸（一）氯内含氢超标（1）隔膜或离子膜质量不好造成氯气中含氢超标，同时氯气在经过冷却和硫酸吸收水分干燥后，成为干氯气，与使用的工程塑料制作的硫酸干燥设备摩擦易产生静电，使氢气在氯气中发生的爆炸。（2）硫酸浓度低与金属反应产生氢气：高浓度的硫酸对金属不腐蚀，但低于均相（93）的硫酸，便可与金属发生反应产生腐蚀，并产生氢气 FeH2SO4FeSO4H2，系统中的硫酸没有及时更换，便可能对氯气输送泵、硫酸冷却器、管道、贮罐等金属设备产生腐蚀，生成氢气并集聚，遇静电放电，有可能发生氢气在氯气中爆炸的危险。（3）硫酸冷却器内漏：水混入浓硫酸中降低硫酸浓度，与金属发生反应生成氢气，随硫酸进入氯气系统

25、。（4）电解氯气、氢气吸力大副波动或失控，造成氯气中含氢气超标。（5）电解槽突发直流电停电事故，若氯压机、氢压机仍在运转，如果电解氯气、氢气阀门未能及时关闭，可能吸破隔膜或离子膜使氢气、氯气形成爆炸性混合物。（6）氯压机或氢压机停止工作时，电解氯气或氢气系统压力突然升高，可能压破隔膜或离子膜使氢气、氯气形成爆炸性混合物。,采取以下安全措施:（1）保证隔膜、离子膜质量，采取普查、指标监控等措施，及时发现膜泄漏问题并采取相应措施。（2）定期分析电解氯气含氢气、干燥氯气含氢气浓度，发现指标异常采取应对措施，发现超标要采取停车措施。（3）严格控制浓硫酸浓度，防止浓度指标下降；并严密观察浓硫酸温度变化，

26、防止进水。（4）针对氯气、氢气吸力波动可采取设置水封或联锁的方式。例如：氯气设高低压水封，氢气设安全水封，针对吸力波动的极端情况联锁电解停车等。（5）发生直流电停电事故，可由人工或设联锁关闭氯气、氢气阀门，氯气系统一般设低压水封。（6）针对氯压机、氢压机故障，可设联锁停电解装置。,（二）氯气系统进空气（1）因电流急剧变化、自控阀门失灵等原因造成氯气系统吸力过大，吸破水封或管道，空气进入氯气系统，造成氯气纯度下降。（2）空气随离子膜淡盐水进入氯气系统：因淡盐水部分管道与氯气系统相连，在打开淡盐水系统时，空气可能从淡盐水系统进入氯气系统。空气随氯气进入氯化氢系统。因氧气耗氢气是氯气耗氢气的2倍，将

27、造成氢气、氯气配比系数变小，使氯化氢气中的游离氯含量升高。游离氯进入氯乙烯合成工序，与乙炔结合生成极不稳定的氯乙炔，很容易发生爆炸。,采取以下安全措施：（1）定期分析氯气纯度、氯化氢纯度，二者分析时间上一般岔开，起到增加分析频次的效果。在技术上可兼顾采用在线分析仪器，或针对吸力波动的极端情况设置联锁停氯乙烯合成。（2）打开离子膜淡盐水系统时，应采取隔断措施防止进空气，如果不能采取则应安排氯乙烯合成停车。,1.8 安全连锁 当电解工序某一系列或两个系列的所有的整流器跳车后，联锁停对应系列或两个系列的氯气压缩机的信号将送出，在接到指令后，氯气压缩机停车，也可按需要延时一段时间（如15分钟）后再根据实际情况选择停车或继续运行（需根据氯气压缩机厂商的资料和工厂的实际操作经验来确定）。当某一系列或两个系列的所有氯气压缩机跳车后，联锁停对应系列或两个系列的所有整流器的信号将送出，在接到指令后，所有的整流器将立即停车。氯气压缩机系统的内部联锁，按氯压机供货厂商提供的资料设置。,1.9原材料、辅助材料、公用工程规格及消耗,电解来湿氯气（中间产品）,干燥氯气（产品）,98%硫酸（原材料）（GB534-89）,稀硫酸（副产品）,循 环 水,冷 冻 水,仪表空气,氮气,谢谢大家,