摘要: 介绍了氯气中含水量高的原因和危害, 氯气干燥的原理、影响干燥效率的因素。详细指出降低
氯中含水的的措施和控制指标。
关键词: 氯气; 含水; 降低措施
一 氯中含水量高的危害及原因
在氯碱生产过程中, 氯气干燥处理操作易产生
的问题之一就是氯气干燥后含水指标达不到要求,
造成设备管道腐蚀和副反应的增加, 影响后续工序
正常运行和产品质量。氯中含水量高, 氯气遇水分
解, 发生如下反应: Cl2+H2O=HCl+HClO, 产生的盐
酸、次氯酸对普通碳钢和一般金属都能产生强烈腐
蚀。氯气中含水量与碳钢腐蚀速率的关系。
在电石法聚氯乙烯生产中, 氯中含水量高会对
氯气的液化及合成氯化氢的质量产生不利影响。氯
中含水高, 氯气纯度降低, 液化效率也随之降低。废
氯气量增大, 压力升高, 影响系统正常生产, 从而影
响氯化氢纯度。导致废气量增大, 增加尾气处理负
荷, 影响单体质量。因此, 降低氯中含水, 满足工艺指
标要求十分重要。氯气中含水量高的主要原因有: 工
艺流程不合理, 设备有效元件有问题, 未控制好温
度、浓度和流量。
二 降低氯气中含水量的原理
来自电解槽的湿氯气所夹带的水蒸气量与其温度
密切相关, 温度越低, 湿氯气中的水蒸气含量也越低。
压力为 101.3 kPa 下饱和湿氯气中的水含量。
蒸气的含量几乎下降一半。如电解槽的湿氯气温度
按 90 ℃计算, 利用降温控制可以除去湿氯气中
98.4%的水分, 余下的 1.6%左右的水分再用浓硫酸
来吸收。
三 影响干燥效率的因素
影响干燥效率的因素有传质推动力、传质面积
和传质系数。
( 1) 传质推动力越大, 干燥效果越好 浓硫酸之
所以能将氯中水分除去, 是由于浓硫酸中的含水量
以及浓硫酸液面的水蒸气分压远小于湿氯气中的
含水量和湿氯气的水蒸气分压的缘故。当硫酸浓度
一定时, 温度越高, 水蒸气分压越大, 如硫酸质量分
数为 80%时, 在 30 ℃时, 水蒸气的分压是 26.6 Pa,
70 ℃时水蒸气的分压是 399 Pa; 当温度一定时, 硫
酸浓度越低, 水蒸气的分压越高, 如 50 ℃时硫酸
质量分数为 90%时, 水蒸气的分压为 80 Pa, 硫酸质
量分数降到 75%时, 水蒸气的分压增到 665 Pa, 硫
酸水溶液温度和浓度与表面水蒸气分压的关系。
干燥温度和硫酸浓度对氯中含水量有
着显著的影响。硫酸中的含水量越小, 硫酸温度越
低, 则传质推动力越大, 干燥效果越好。硫酸吸收氯
气中水分的干燥过程, 实际上就是通过控制其浓度
差和压力差来提高传质推动力的过程。
实践中, 控制一定的硫酸浓度和冷却温度, 正是
从保证氯气干燥效果及降低物耗、节约运行成本两
方面因素来考虑。
( 3) 传质面积越大, 气液相越能充分的接触, 干
燥效果越好。通常, 空塔气速应严格控制在漏液点气
速之上, 液泛点气速之下, 此时, 泡沫塔处于最佳操
作点, 塔板上处于泡沫层, 这样, 气液相传质面积最
大, 干燥效果最好。
四 降低氯中含水的措施
1 选择合理的工艺流程
目前常用的流程有三塔流程和组合干燥塔流程
都已成熟。
2 选择合适的设备和控制元件
采用如孟山都高效除雾元件等性能超群的设施
就能保证除水和除雾效果, 减小系统压力损失; 非标
设备必须严格按设计要求制作, 保证干燥塔筛板处
于水平状态; 采用由浙江大学开发的“氯气干燥和硫
酸酸雾分离系统改造技术”和杭州东日玻璃钢公司
的塔内件优化技术, 能保证氯中含水量符合要求。
3 严格控制工艺指标
3.1 入塔氯气温度的控制
入泡沫塔的氯气温度不可太高, 否则氯中含水
量高, 干燥效率低。应严格控制钛管冷却器温度, 保
证在合适的温度内, 此时含水量可保持在 0.44%~
0.54%。如果入泡沫塔的氯气温度低于 9.6 ℃时, 就会
形成 Cl2·8H2O, 阻塞设备及管道, 严重时造成停车。
由于氯气温度在低于 12 ℃后, 氯中含水量逐渐降
低, 当氯气中含水量小于 0.3%~0.4%时, 氯气会与钛
反应引起燃烧。钛冷中温度控制不能低于 12 ℃, 但
也不能太高, 否则入泡沫塔的氯气温度高, 氯气中饱
和水蒸气量增加, 对后续干燥系统的负荷增大, 导致
干燥设备不能在操作弹性范围内工作, 影响干燥效
率。钛冷温度一般控制在 12~18 ℃。
3.2 对硫酸浓度的控制
硫酸浓度过低, 干燥效率差, 且耗酸量大。在硫
酸用量一定的情况下, 硫酸浓度越高, 吸水效果越
好, 氯中含水量越低, 在氯中含水量一定时, 硫酸浓
度越高, 耗酸量越少。出填料塔硫酸的质量分数最好
控制在 75%左右, 泡沫塔出酸中 H2SO4 的质量分数
控制在 96%左右。
3.3 对硫酸温度的控制
硫酸的温度是影响干燥效率的重要因素。硫酸
温度过高, 则硫酸液面上的蒸气分压升高, 压力差减
少, 干燥效率差。但是硫酸的温度不能控制得太低,
不同浓度的硫酸在降到一定温度下会结晶。由硫酸
水溶液的结晶温度表可以查出 98%硫酸在温度为
10 ℃时生成结晶; 75%硫 酸 在 温 度 为 0.1 ℃才 会
结晶。一般情况下, 稀硫酸冷却温度控制不应低于
2 ℃, 浓硫酸冷却温度不应低于 10 ℃。
3.4 对加酸量的控制
硫酸流量过大、过小或断酸, 也会降低干燥效
率。如果酸量过大, 降液管会超负荷, 液体在管中的
停留时间不能足以使夹带的泡沫破碎, 进而, 气体被
夹带到下一层板, 并产生液泛。如果酸量过小或断
酸, 则板面上的液流不易维持均匀、稳定, 或根本没
有干燥剂, 气、液不能充分接触或没有接触, 更影响
干燥效率。一般按理论量的 110%加酸。
3.5 氯气流量的控制
氯气流量过低或过高同样能影响干燥效率。气
体流量越低, 会发生漏液, 超出操作弹性范围; 气体
流量过高, 则会发生液泛及过量液沫夹带, 使操作不
正常, 干燥效率降低。气量降低, 氯中含水量升高。当
空塔气速为 1.0~1.5 m/s, 特别是接近 1.5 m/s 时, 氯
中含水量越少, 因此, 控制空塔气速为 1.5~2.0 m/s,
能获得较好的干燥效率。
结语
氯 气 干 燥 效 果 直 接 决 定 着 氯 压 机 的 正 常 运
行, 并对后续用氯工序产生重要影响。只要选择合
适的工艺流程, 采取有效的控制措施, 严格控制工
艺指标, 就能保证氯中含水量小于 100×10- 6, 从而
保 证 系 统 的 稳 定 生 产 和 后 续 工 序 对 氯 气 质 量 的
要求。
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收稿日期: 2008- 04- 15