烧碱离子膜加工工艺流程

烧碱离子膜加工工艺流程 学 生 :王 峰 学 号 :094173210 专 业 :石油化工 09石化12 班 级 : 指导老师 : 目录 前言 1 盐水精制单元 1.1 盐水精制的目的 1.2盐水精制工艺简述 2电解单元 2.1离子膜电解槽电解反应的基本原理 2.2离子膜电解槽的类型 2.3不同类型离子膜电解槽的供电方式 2.4离子膜电解槽通常的腐蚀形式 2.5如何防止离子膜电解槽的化学腐蚀 3 离子交换膜 3.1离子交换膜的原理 3.2离子交换膜的组成 3.3如何计算的电解曹年产量 和耗电 3.4离子膜电解装置电解循环的工艺、 3.5电解槽加酸的方法和目的 4淡盐水脱氯单元 4.1淡盐水中的游离氯的产生及脱氯 4.2淡盐水为什么要脱去游离氯后，才能返回一次盐水系统再使用? 4.3淡盐水空气吹除法脱氯生产工艺流程 4.4淡盐水真空法脱氯生产工艺流程 4.5真空法脱氯生产工艺的特点 5氯氢处理单元 5.1氯气的冷却、干燥压缩 5.2氢气处理 6自动控制、仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 单元 6.1仪表 6.2执行机构 6.3在线分析仪表 6.4在离子膜电解装置中所采用仪表的接触介质材质 前言 氯碱工业是我国国民经济基础产业, 是化学工业两大支柱产业之一。我国现有氯碱工业装备规模已超过美国是全球第一氯碱生产大国, 为化工、轻工、纺织、制药、冶金等诸多行业提供大量必需的原 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 , 支撑我国国民经济的稳定、快速发展。 这些产品用途十分广泛烧碱用于化工、造纸、纺织、日用化工、电力和合成纤维等工业部门氯气用于制造各种含氯化工产品,, 氯碱工业在国民经济中具有不可缺少和无法替代的重要作用 1.盐水精制 1(1 盐水精制的目的 氯碱工业生产过程中，无论采用海盐、湖盐、岩盐或卤水中的哪一种原料， 2,2+2+都含有Ca、Mg、SO等无机杂质，以及细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂质。这些杂质在化盐时会被带入盐水系统中，如不去除将会造成离子膜的损伤，从而使其效率下降，破坏电解槽的正常生产，并使离子膜的寿命大幅度缩短。盐水中一些杂质会在电解槽中产生副反应，降低阳极电流效率，并对阳极寿命产生影响。因此，盐水必须进行精制操作除去盐水中的大量杂质，生产满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。 1.2 盐水精制工艺简述 直至20世纪70年代中期，传统絮凝沉降盐水精制工艺基本上没有实质性发展;目前用于离子膜法电解的盐水精制工艺是在上述方法基础上增加二次过滤和二次精制先进工艺技术形成的。其工艺流程为?饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α- ,6纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。如下图1.2 图1.2 盐水精制工艺流程 2 电解单元 2.1 离子膜电解槽电解反应的基本原理 离子膜电解槽电解反应的基本原理是将电能转换为化学能，将盐水电解，生成NaOH、Cl、H，如图2.1所示，在离子膜电解槽阳极室，盐水在离子膜电22 +,+解槽中电离成Na和Cl，其中Na在电荷作用下，通过具有选择性的阳离子膜迁 ,移到阴极室(图示右侧)，留下的Cl在阳极电解作用下生成氯气。阴极室内的HO2 +,,电离成为H和OH，其中OH被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从阳极室过来 ++的Na结合成为产物NaOH，H在阴极电解作用下生成氢气。 图2.1 离子膜电解反应的基本原理示意图 2.2 离子膜电解槽的类型 离子膜电解槽按照单元槽的结构形式不同，分为单极式离子膜电解槽(图2.21)和复极式离子膜电解槽(图2.22)。单极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上只有一种电极，即单元槽是阳极单元槽或阴极单元槽，不存在一个单元槽上既有阳极又有阴极的情况。复极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上，既有阳极又有阴极(每台离子膜电解槽的最端头的端单元槽除外)，是阴阳极一体的单元槽。 图2.21单极式离子膜单元槽 图2.22复极式离子膜单元槽 2.3不同类型离子膜电解槽的供电方式 离子膜电解槽的供电方式有两种?并联和串联。在一台单极式离子膜电解槽内部，直流供电电路是并联的，因此总电流即为通过各个单元槽的电流之和，各单元槽的电压基本相等，所以单极式离子膜电解槽的特点是低电压大电流。 复极式离子膜电解槽则正好相反，每个单元槽的电路是串联的，电流依次通过各个单元槽，故各单元槽的电流相等，但总电压为各单元槽槽电压之和，所以，复极式离子膜电解槽的特点是低电流、高电压。 单极式电解槽 I总=I1+I2+I3+…+In V总=V1=V2=V3=…=Vn 复极式 I=I1=I2=I3=…In V=V1+V2+V3+…Vn 2.4 离子膜电解槽通常的腐蚀形式 离子膜电解装置(主要指单元槽，阴、阳极液进、出口总管等)通常存在三种腐蚀，即??化学腐蚀;?间隙腐蚀;?泄漏电流腐蚀。 2.5 如何防止离子膜电解槽的化学腐蚀 化学腐蚀主要是阴阳极系统不同的化学介质对材料的腐蚀。在阴极系统中，主要是90?的32,(质量分数)NaOH对材料的腐蚀，在阴极系统，各公司选用的材料大致有三种?镍(Ni)、不锈钢(SUS310S或00Cr25Ni20)和非金属材料(CPVC、PVC+FRP、PTFE、PFA等)。但在既要耐NaOH腐蚀又要导电的部位(如阴极盘、阴极筋板、阴极网等)，最好还是使用镍(Ni)材料，因为Ni既有良好的耐碱腐蚀性又是电阻较低的材料。在输送NaOH液体的部位，可采用SUS310S、非金属材料或钢衬里材料。 在阳极系统中，世界各公司都无一例外地选用了耐腐蚀性能最好的金属材料——钛(Ti)，当然在阳极液输送管等部位也有选用CPVC+FRP增强树脂等非金属材料。 在离子膜电解装置中，Ti材料在通常使用情况下，其电位接近钝化区，通过溶液中的Cl溶解后生成的次氯酸或次氯酸离子的氧化作用，(生成TiO)来维持22钝态。 Cl+ HO ?? HCl + HClO 2 2 , , HClO + OH?? ClO+ HO 2 因此，离子膜电解装置的阳极系统中，钛(Ti)材料表面有流动的含Cl电解2质溶液部位，有很高的耐腐蚀性，几乎是不腐蚀的。 3.离子交换膜 3.1离子交换膜原理 3.2离子交换膜的结构组成 烧碱上使用的离子膜为复合膜由磺酸层和羧酸层增强网布组成 如下图 图3.21离子交换膜原理 图3.22离子膜结构组成 3.3如何计算的电解槽年产量和耗电 3.4离子膜电解装置电解循环的工艺流程 为了保证离子膜电解槽的阴极室和阳极室能在一个合适稳定的工艺边界条件下运行，以及获得最佳的电流效率，无论是强制循环工艺，还是自然循环工艺，通常设计采用阳极循环系统和阴极循环系统来实现各自的工艺边界条件。 离子膜电解装置电解循环的工艺流程包括阳极循环和阴极循环。 (1)阳极循环部分 从盐水高位槽来的精盐水与淡盐水循环泵输送来的淡盐水按一定比例混合(初始开车时，加纯水)，并在进入总管前加入高纯盐酸，调节pH值后，再送到每台电解槽的阳极入口总管，并通过与总管连接的进口软管送进阳极室。 进槽盐水的流量是由安装在每台电解槽槽头的盐水流量调节阀来控制的，流量的大小由供给每台电解槽的直流电联锁信号控制。 +电解期间，Na离子通过离子交换膜从阳极室迁移到阴极室，盐水在阳极室中电解产生氯气，同时氯化钠浓度降低转变成淡盐水;氯气和淡盐水的混合物通过出口软管流入电解槽的阳极出口总管和阳极气液分离器，进行初步的气液分离;分离出的淡盐水流入淡盐水循环槽。 在阳极气液分离器初步分离出的氯气，通过氯气总管流入淡盐水循环槽的上部气液分离室，进一步进行气液分离;然后从其顶部流出至氯气总管;在此总管适宜处设置氯气压力调节回路，通过其调节阀控制氯气压力，并与氢气调节回路形成串级调节，控制氯气与氢气的压差，流出系统至氯气处理装置。 较大型的装置，在氯气流出界区前，还设置氯气与二精盐水的热交换器，回收氯气中的热量。 淡盐水循环槽中的淡盐水由淡盐水循环泵加压输送，一部分通过调节回路，返回阳极系统与精盐水混合后再次参加电解;另一部分输送至淡盐水脱氯系统进行脱氯。 (2)阴极循环部分 从碱高位槽来的约32,液碱与纯水按一定比例混合后，流入阴极入口总管，并通过与总管连接的进口软管送进阴极室。进槽碱液的流量是根据安装在每台电解槽槽头的流量计来操作控制的。 电解期间，阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱。氢气和碱液的混合物通过出口软管流入阴极出口总管和阴极气液分离器，进行初步的气液分离;分离出的碱液流入碱液循环槽。 在阴极气液分离器初步分离出的氢气，通过氢气总管流入碱液循环槽的顶部气液分离室，进一步进行气液分离;然后从其顶部流出至氢气总管;在此总管适 宜处设置氢气压力调节回路，通过其调节阀控制氢气压力，并与氯气调节回路形成串级调节，控制氢气与氯气的压差，流出系统至氢气处理装置或就地放空(一般在开车时)。 碱液循环槽中的碱液由碱液循环泵加压输送，一部分通过调节回路输送至碱液高位槽，通过碱液高位槽回到阴极系统;一部分通过调节回路作为成品碱送到成品碱贮槽。 在蓝星北化机/旭化成电解槽中，在阳极总管入口端将精制盐水与返回淡盐水按体积比约为7.2?1进行混合。 美国西方公司的电解槽阳极不循环;阴极循环量较大，为成品碱流量的10倍;氯工程公司电解槽电解工艺与蓝星北化机/旭化成电解槽的电解工艺稍有不同，表现在氯工程公司电解槽运行过程中，采用阴、阳极都循环;早期单极槽阳极循环量相当于加入电解槽的二次精盐水流量，阴极循环量是成品碱流量的4 3倍;复极槽的阳极循环量为5.5m/(h?万吨碱)，阴极循环量为0.23m3/(h?单元槽?万吨碱)。 目前广泛使用的三种电解槽槽型的控制指标 开车过程中的分析检查项目? (3)电解液浓度的分析 送电前，电解槽进行循环升温过程中，就要分析进槽阴阳极液的浓度;如果不符合要求，要及时查找原因，并作相应调整，使加入电解槽的阴阳极液符合离子膜使用和电解工艺的要求。 2送电后，从电流密度1.5kA/m开始，阴阳极液浓度正常调节控制将可以投入串级调节控制回路进行自动调节控制。为了得到最准确的串级比值，此时应根据浓度变化情况，适当增加阴阳极液分析频次，密切关注电解槽阴阳极液出口浓度，特别是阴极出口碱浓度，合理调整阴极加纯水量。 (4)氯、氢气纯度的分析 2随着电流的上升，氯、氢气量逐步增加。一般在电流密度1.5kA/m时，阴极系统的氮气加入量可逐步减停。此时，可对电解系统的氯、氢纯度进行分析检测，为氯氢处理和盐酸合成工序提供数据。 (5)碱中含盐分析 送电至额定电流后，应对碱中含盐进行分析，对离子膜的性能进行判断。 (6)淡盐水pH值分析 送电后，一旦淡盐水和碱液浓度稳定后，应及时分析阳极淡盐水pH值;并 通过逐步调节加酸量，使得淡盐水pH值达到规定数值;同时，得出准确的加酸串级比值。 3.5 电解槽加酸的方法和目的 实际生产中，在电解槽头进槽盐水与阳极液进口总管之间的管路上加入高纯盐酸;并通过调节高纯盐酸添加量来实现进槽盐水酸度?0.15mol/L和出槽淡盐水的酸度在规定的pH,2.5?0.2范围内。 ,,电解过程中，OH会从阴极室反迁移到阳极室;当OH达到一定数量时， ,,就会在阳极参加反应生成氧气;阳极反应就是Cl和OH的竞争反应，尤其是在离子膜使用到后期时;在阳极液中应加入适量的盐酸，就会中和反迁移来的OH,，抑制其在阳极的反应;可见，阳极液的酸度和氯中含氧量有直接关系。 如果不加酸或加酸量不够，阳极液的酸度太低、pH值过高，氧气在氯气中的含量就会增加，还会使副反应增加、氯酸盐含量增加，降低电解电流效率。同时，产生的O还会使阳极涂层钝化，影响阳极涂层性能，使槽电压升高。事实2 上，有些企业实际生产中电解槽出口阳极液pH值长期在4,5范围运行，使电极电化性能发生了明显下降。 加酸量也不能过大;进槽盐水过高的酸度会使阳极液pH值过低，这又是离子膜出现水泡现象的重要原因之一，将会使离子膜寿命大大缩短。另外，过高的酸度还可能使离子膜失去选择性离子交换功能，不但槽压要急剧升高，而且电流效率也要显著下降。在开车或停车过程中容易出现电流密度低的情况，此时通过离子膜反迁移的氢氧根数量非常小，所以，此时的酸度控制必须比正常操作条件下要更严格，必须通过减少酸添加量来降低酸度。 4 淡盐水脱氯单元 4.1淡盐水中的游离氯的产生 淡盐水中的游离氯以两种形式存在?一是氯气在淡盐水中的溶解为溶解氯;其溶解量与淡盐水的温度、浓度、溶液上部的氯气分压、溶液pH值等有关，近 似遵循亨利定律C,KP;淡盐水中溶解氯存在下列平衡? ii Cl+ HO ?—? HClO + HCl 2 2 ,+ HClO —? H+ ClO ,,二是以ClO形式存在;由于电解过程中OH离子反渗透通过离子膜到达阳 ,极侧与Cl发生副反应生成ClO? 2 ,,, 2 OH+ Cl—? ClO+ Cl+ HO 2 2 ,, 电流效率越低，反渗透的OH越多，ClO生成的也越多。这两部分量的总和，以氯气来计，称为游离氯。可见游离氯的产生来源于氯气在淡盐水中的溶解和电解过程中阳极侧发生的副反应。 4.2淡盐水要脱去游离氯后，才能返回一次盐水系统再使用 符合质量要求的精制盐水在电解槽内发生电化学反应后，其浓度降低，成为含有游离氯的淡盐水;其NaCl含量为(205?5)g/L，pH值为2.5,3(进槽盐水加 3酸工艺时)，游离氯一般为600,800mg/L，温度80,85?，流量约为9m/h(年万吨烧碱);需将其返回一次盐水重新饱和再使用;但淡盐水中存在着下列化学平衡? Cl+ HO —? HClO + HCl 2 2 ,+ HClO —? H+ ClO HClO —? HCl + [O] 如果不将其中的游离氯除去，将会腐蚀盐水精制系统的设备和管道等，阻碍一次盐水工序精制过程中沉淀物的形成，损害二次盐水工序过滤器的过滤元件和螯合树脂塔中的树脂，危害极大;所以，必须将淡盐水中的游离氯除去后，才能将其返回一次盐水再使用。 4.3脱除淡盐水中游离氯的方法 脱除淡盐水中游离氯的方法有两种?物理脱氯和化学脱氯。 目前，国内物理脱氯生产工艺主要有真空脱氯和空气吹除脱氯;实际生产中为提高脱氯技术经济效益，回收氯气，一般先采取物理脱氯法将大部分游离氯脱除后，再用化学脱氯法将剩余的游离氯除去。 由于气相和液相之间存在着平衡，所以采用上述手段不能将淡盐水中的游离氯百分之百地除去，剩余微量的游离氯(一般在10,30mg/L)用添加还原性物质 (一般用8,,9,的亚硫酸钠溶液)使其发生氧化还原化学反应而将其彻底除去。化学反应如下? Cl + 2NaOH + NaSO —? 2NaCI + NaSO + HO 223242 4.4淡盐水空气吹除法脱氯生产工艺流程 工艺流程简述?来自电解工序的淡盐水(温度约85?，pH值约3，游离氯一般为600,800mg/L)在进入脱氯塔前，定量加入盐酸，将其pH值调至1.3,1.5，然后进入脱氯塔顶部;风机鼓入的空气(压力约600mmHO，气量是淡盐水体积2 的6,8倍)由脱氯塔底部进入，在塔内填料表面淡盐水与空气逆流接触，逸出的湿氯气随空气从塔顶流出，淡盐水在此完成物理脱氯过程。湿氯气经废氯气冷却器冷却后，一般送去生产次氯酸钠(因吹脱出的氯气中含有大量空气，浓度较低，一般采用二级填料塔串联，用碱吸收)。 ,6脱氯后的淡盐水含游离氯约(10,20)×10，自流到脱氯塔釜，其中的淡盐水由淡盐水泵抽送，在该泵的进口处先加入NaOH溶液调节pH值至9,11(用pH计检测)，然后在其出口处加入浓度约为8,,9,(质量分数)的亚硫酸钠溶液进一步除去残余的游离氯(要求游离氯为零)，并用氧化还原电位计检测(ORP,+50mV)其中的游离氯含量。为达到充分混合，在管路中设有静态混合器(或增设孔板)。淡盐水在此完成化学除氯过程;然后用淡盐水泵送至一次盐水工序回收循环使用。 在亚硫酸钠配制槽内配制浓度8,,9,(质量分数)的亚硫酸钠溶液，并用亚 硫酸钠泵将该溶液加入到淡盐水泵的出口管中。 空气吹除法脱氯生产工艺的特点: 空气吹除法脱氯生产工艺主要特点是工艺简捷、控制较简单;设备投资少;淡盐水中的游离氯脱除的较干净，亚硫酸钠消耗较少(0.7,1.0kg/t碱);不足的是脱出的氯气因含有大量的空气而无法回收至氯气总管中，一般只能用碱吸收生产次氯酸钠。 空气吹除法脱氯生产过程中主要工艺控制指标: ?风机出口风量?进脱氯塔淡盐水体积的6,8倍 ?风机出口风压?600,700mmHO 2 ?加酸后进脱氯塔淡盐水pH值?1.3,1.5;温度?(80?5)? ?出脱氯塔淡盐水游离氯?10,20mg/L ?加碱后淡盐水pH值?10?1 ?加亚硫酸钠后淡盐水ORP:,,50mV或游离氯:无 ?亚硫酸钠溶液配制浓度:8,,9,(质量分数) 4.6.淡盐水真空法脱氯生产工艺流程 工艺流程简述(参见图91)?来自电解工序的淡盐水(温度约85?，pH值约3，游离氯一般为600,800mg/L)进入淡盐水受槽(或直接进入真空脱氯塔)后，由淡盐水泵加压输送;在进入真空脱氯塔前，定量加入盐酸，将其pH值调至1.3,1.5;然后进入已处于真空状态(真空度65,75kPa)的脱氯塔顶部，由上而下地流至塔内填料表面，析出的高温湿氯气经氯气冷却器冷却至40?以下后，由钛真空泵抽至其气液分离器，分离出来的湿氯气由其顶部排出，并入电解氯气总管;淡盐水在此完成物理脱氯过程。 ,6脱氯后的淡盐水含游离氯约(30,50)×10自流到真空脱氯塔釜，其中的淡盐水由脱氯淡盐水泵加压输送，在泵进口处先加入NaOH溶液调节淡盐水的pH值至10,11(用pH计检测)，然后在泵出口处加入浓度约为8,,9,(质量分数)亚硫酸钠溶液进一步除去其中残余的游离氯(要求无游离氯)，并用氧化还原电位计检测(ORP,,50mV)其中的游离氯含量。淡盐水在此完成化学除氯过程，然后用脱氯淡盐水泵送至一次盐水工序回收循环使用。 在亚硫酸钠配制槽内配制浓度约8,,9,(质量分数)的亚硫酸钠溶液，并用亚硫酸钠泵将该溶液加入到脱氯淡盐水泵的出口管中;为达到充分混合，在管路 中设有静态混合器或其他形式的混合器。 脱氯塔内真空(真空度约为65,75kPa)由钛真空泵(蒸汽喷射器或氯水喷射器)产生。为确保钛真空泵温度?40?，减少氯水的排放量，需用氯水循环冷却器对冷凝的氯水进行冷却后循环使用，多余的氯水经过气液分离器的液封管排出去氯水收集装置。 真空法脱氯生产工艺的特点: 真空法脱氯生产工艺主要特点是淡盐水中的大部分游离氯可以被脱出并回收至氯气总管中，提高氯气产量;工艺较复杂、控制要求较高;设备投资较大;相对空气吹脱法而言脱氯后淡盐水中的游离氯含量稍高，亚硫酸钠消耗稍大些(1.0,2.0kg/t碱)，并使返回淡盐水中的硫酸根含量增加，加大一次盐水系统去除硫酸根负荷。 真空法脱氯生产过程中主要工艺控制指标: ?加酸后进脱氯塔淡盐水pH值?1.3,1.5;温度?(80?5)? ?脱氯塔真空度?65,75kPa ?出脱氯塔淡盐水游离氯?30,50mg/L ?加碱后淡盐水pH值?10,11 ?加亚硫酸钠后淡，盐水ORP:,,50mV或游离氯:无 ?亚硫酸钠溶液配制浓度?8,,9,(质量分数) ?钛真空泵循环氯水温度??40? 5 氯氢处理单元 5.1氯气的冷却、干燥压缩 离子膜电解装置中电解工序产生的湿氯气温度高、压力低，并含有大量水分。并且还有盐酸和次氯酸。盐酸是强酸，次氯酸是酸性强氧化剂，具有很强的腐蚀性。所以并不便运输和使用当氯气中的水分含量降至0.04,以下时，其腐蚀性大大降低。 氯气处理工序湿氯气的冷却工艺流程一般有两种?一是采用两级间接冷却， 将湿氯气冷却至12,14?;二是采用直接冷却和间接冷却相结合，将湿氯气冷却至12,14?。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。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。 氯气直接冷却加间接冷却工艺工艺流程简述(见图)? 来自电解工序的高温湿氯气(约80?)由氯水洗涤塔底部进入，在塔内由下而上地与由塔顶进入的氯水充分接触，洗涤盐雾、交换热量，湿氯气被氯水洗涤冷却至约(40?5)?后，从塔顶流出。氯水用氯水泵加压，并用氯水冷却器冷却循环使用，以确保循环使用的氯水进入氯水洗涤塔的温度在约30?;多余的氯水由泵送至界外。 从氯水洗涤塔顶流出的湿氯气由钛列管冷却器的上部封头进入其管程，被走壳程的约8?冷水冷却至12,14?，然后由其下部封头流出至水雾捕集器，除去水雾后，进入干燥系统。其间冷凝下来的氯水经水封流出至氯水贮槽。 当生产规模较大，氯气压缩机采用大型离心式氯气压缩机，同时离子膜电解产生的氯气压力不足够高时，为满足大型进口氯气压力为正压的要求，在氯水洗涤塔出口处设置氯气鼓风机，将湿氯气加压为正压操作后，再进入钛管冷却器冷却和干燥系统。如果离子膜电解产生的氯气压力足以克服整个氯处理系统的阻力降时，就不需要设置氯气鼓风机。 氯气的干燥 氯气干燥工艺一般有三种?一是“填料 + 筛板”二合一塔工艺;二是“一级填料塔”和“填料 + 泡罩”二级复合塔组合，形成两级干燥工艺;三是三级填料塔(或第三级为填料 + 泡罩塔)或多级填料塔干燥工艺。 氯气“填料 + 筛板”二合一塔干燥工艺，干燥后氯气含水约300ppm(质量分数)，可满足氯气压缩采用纳氏泵的含水要求。 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?100ppm(质量分数)，可满足氯气压缩采用离心式压缩机(小型透平机)的含水要求。 工艺流程简述(参见图101)?从水雾捕集器来的湿氯气由“一级填料塔”底部进入，并由下而上地经过塔内的填料层，与塔内由上而下的硫酸充分接触而被干燥，氯气由塔顶流出至“填料+泡罩”二级复合塔进口。 从“一级填料塔”顶来的氯气由“填料+泡罩”二级复合塔底部进入，并由下而上地经过塔内填料层和各块塔板，在填料和塔板上的泡罩内与塔内由上而下 的硫酸充分接触而被干燥，氯气由塔顶流出，经酸雾捕集器除去酸雾后，得到含水量约100ppm(质量分数)的干燥氯气;然后进入氯气压缩系统。 进入“填料 + 泡罩”二级复合塔泡罩段上部的98,(质量分数)硫酸来自98,(质量分数)酸高位槽，在泡罩段一次通过;98,(质量分数)硫酸由浓硫酸贮槽用浓硫酸泵输供给。 由“填料+泡罩”二级复合塔泡罩段下来的硫酸供其填料段使用，并用二级塔硫酸循环泵和二级塔硫酸循环冷却器(8??3?冷水)冷却循环使用，控制其进塔温度在约20?;当其浓度降至约88,(质量分数)时或塔釜液位达到一定高度时，将其泵至“一级填料塔”硫酸进口。 来自“填料 + 泡罩”二级复合塔填料段的硫酸浓度约88,(质量分数)，进入“一级填料塔”上部，并采用一级塔硫酸循环泵和一级塔硫酸冷却器(8??3?冷水)冷却循环使用，控制其进塔温度在约20?;当其浓度降至约75,(质量分数)时或塔釜液位达到一定高度时，将其泵至稀硫酸贮槽，然后包装外卖。 氯气三级干燥(一级填料、二级填料、三级泡罩塔)或多级干燥工艺，干燥后氯气含水?50ppm(质量分数)，可满足氯气压缩采用大型离心式压缩机(即进口大型透平机)含水要求。工艺流程简述?从水雾捕集器来的湿氯气由一级填料塔底部进入，并由下而上地经过塔内的填料层，与塔内由上而下的硫酸充分接触而被干燥，氯气由塔顶流出至二级填料塔底部，由下而上的与由上而下的硫酸进一步干燥;氯气从二级填料塔顶部流出至三级“填料+泡罩”复合塔的底部进入，在塔内继续被硫酸干燥，然后从三级塔顶部流出，经酸雾捕集器除去酸雾后，得到含水量小于50ppm(质量分数)的干燥氯气;随后进入氯气压缩系统。 浓硫酸具有强烈的吸水性，当它和含水物质相遇时，就会把该物质中的水分吸出来，生成硫酸的水合物(如HSO，?HO、HSO，?2HO、HSO，?4HO等); 222222 同时放出大量的热量。另外硫酸还具有??不与氯发生反应，且氯在硫酸中的溶解度较小;?脱水效率较高;?价廉易得;?浓硫酸对钢铁几乎不腐蚀;?稀硫酸可回收利用等特点;故硫酸是一种较为理想的氯气干燥剂。因此，将冷却到12,15?的湿氯气干燥到含水小于300ppm(质量分数)时，可用浓硫酸来完成这个任务。 干燥后氯气含水量超标的主要原因和处理方法 (1)湿氯气冷却后温度偏高——因氯水洗涤或间接冷却操作未达标所致 湿氯气含水量随其温度的增高而加大，当温度偏高的湿氯气进入干燥塔时，势必带进塔内较多的水分，造成稀释热大大增加;对于干燥塔在同样的液气比和进酸浓度情况下，必然会导致干燥塔内温度偏高，使得塔内硫酸液面上水蒸气分压上升、传质推动力减少，影响干燥效果。这样不仅增加硫酸消耗，干燥后氯气含水量也就必然偏高。 处理方法?一是按工艺指标要求控制好氯水洗涤时的氯水温度和流量，确保洗涤效果;二是按工艺指标要求控制好间接冷却器冷却液流量和温度，确保间接冷却后的氯气温度达标。 (2)出干燥塔气相温度偏高——因进塔酸温高和酸循环量偏小所致 对于一定流量和温度的湿氯气，经过干燥塔干燥后出塔温度偏高，则说明硫酸吸收水的稀释热主要是被出塔气体带出所致;液体热容远大于气体热容，如果塔酸循环量偏小且温度偏高，就无法将大部分稀释热由塔酸有效移出，势必造成出干燥塔内温度偏高;这同样会使硫酸液面上水蒸气分压增高，影响到传质效果，因而直接影响到氯气含水量。 处理方法?一是降低进塔酸温;二是调整干燥塔的液气比，加大塔酸循环量到适宜状态;三是降低进塔湿氯气温度。 (3)干燥塔出酸浓度偏低一一因进塔酸浓度偏低或酸循环量偏小所致 在适宜的液气比条件下，一定流量和温度的湿氯气在塔内干燥后，干燥塔出酸浓度偏低，而且氯气含水量超标，实际上反映了塔内酸浓度总体偏低所致，具有的传质推动力与对应的干燥负荷未能匹配，从而影响干燥效果。 在适宜的进塔酸浓度条件下，一定流量和温度的湿氯气在塔内干燥后，干燥塔出酸浓度偏低，而且氯气含水量超标，实际上反映了塔内液气比偏低所致，所 需的酸量与对应的干燥负荷未能匹配，气液接触达到相平衡的机会较大，此时还伴随着出塔气体温度偏高;从而影响干燥效果。 处理方法?一是调节好进塔酸浓度(不低于75,)和流量;二是调节好酸循环量，使干燥塔在适宜的液气比条件下操作。 氯气的压缩 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)。 大型离心式氯气压缩机(大型透平机)工艺流程 工艺流程简述(参见图109)?来自氯气干燥系统并经酸雾捕集器除去酸雾的含水量约50ppm(质量分数)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分配。 各级冷却器所用循环水均由独立设置的循环水系统提供，以防止氯气冷却器泄漏时，水进入氯气侧，造成压缩机损坏;另各循环水回路上均设置pH计随时监测回水pH值。 为确保氯气系统的压力稳定，通过设置回流调节氯气的方式来实现;为防止高压侧氯气在异常情况下窜回至低压侧，还需设置氯气防窜回自动控制功能。 氯气处理工序应有哪些 安全生产 安全生产管理档案一煤矿调度员先进事迹安全生产副经理安全生产责任最近电力安全生产事故安全生产费用投入台账 措施 ?在氯气钛冷却器出口设置氯气温度调节回路，确保氯气温度不低于12?，防止结晶，避免出现堵塞设备和管路，以及温度过低致使氯中含水不足，造成钛冷却器腐蚀;愿因是钛与干燥的氯气会发生快速反应，导致钛燃烧。 ?设置废气处理装置，用碱液吸收因系统停车、各类事故和全厂突然停电后氯气系统内的氯气，以防氯气外泄。 ?设置三氯化氮分解装置，用洗涤、催化分解等方法，将因采用含铵(胺)较高的水进行生产所产生的三氯化氮最大程度地分解，以防止液氯等系统因三氯化氮含量偏高而发生的爆炸事故。 ?当氯气采用离心式压缩机(大透平)进行加压输送时，为确保氯压机连续安全稳定地运行，必须设置油压保护、轴位移、各级氯气中间冷却器出口氯气温度(或测试冷却水含氯量)等自动联锁保护。另外，氯气中间冷却器所用的冷却水压力不得大于氯气气相压力，防止冷却水进入氯气系统，造成氯压机腐蚀。 生产现场必须配备抢修器材、防护用品及消防器材，以满足应对各类事故的应急处理需要。 废气处理 氯气是一种具有窒息性的剧毒气体，由于事故或突然全厂停电等意外，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。 332.废气处理工艺流程 工艺流程简述(见图110)?开车时的低浓度氯气、停车后系统内的氯气、事故氯气和全厂停电状态下系统内氯气等各种需要吸收的氯气由除害塔(或称废氯气处理塔，一般采用填料塔或喷淋塔)底部进入，在塔内与从塔顶流下的液碱逆流充分接触，氯气与烧碱反应生成次氯酸钠。达标后的残留尾气从塔顶由风机抽 3出排入大气(要求含氯量?1mg/m)。 吸收碱液由塔底流出至吸收碱液低位槽，再经吸收碱循环泵输送至吸收碱冷却器冷却，移走反应热后，返回塔顶，进行下一轮吸收;直至吸收碱液达到次氯酸钠质量要求时[有效氯?10,(质量分数)，含氯量?1,(质量分数)]，由泵打至次氯酸钠销售处包装外销;新配制的液碱[16,,20,(质量分数)]补充至吸收碱低位槽(设置两台，交替使用)，然后由吸收碱循环泵输入塔顶。 新配制的液碱[16,,20,(质量分数)]还需送入吸收碱高位槽，保证碱高位槽有一定量的碱液。当全厂突然停电时，或吸收碱循环泵故障无法供碱液时，吸收碱高位槽出口管线上的切断阀自动打开(在DCS系统中设置相应的联锁回路)，碱液靠位差自流入除害塔顶，吸收氯气(氯气靠压差流入塔内)。吸收碱高位槽所贮存的液碱量需考虑能够完全吸收动力电无法供应时的系统内的全部氯气，同时应有一定的富裕量。 氢气处理 离子膜烧碱生产装置中典型的氢气处理工艺流程有哪几种? 离子膜烧碱生产装置中电解产生的湿氢气温度高、压力低，并含有大量水分;设置氢气处理工序的目的就是要将电解来的高温湿氢气冷却(同时洗去碱雾，回收利用)、加压、干燥，输送给下游工序满足生产耗氢产品的要求，并为电解系统氢气总管的压力稳定提供条件。 目前，国内离子膜烧碱生产装置中的氢气处理工序典型工艺流程一般有三种??冷却、压缩;?冷却、压缩、冷却;?冷却、压缩、干燥(或在冷却后干燥)。这三种工艺流程一般根据生产规模和下游产品对氢气含水量以及压力的要求不同而有所不同选择。 氢气冷却、压缩、干燥工艺流程 工艺流程简述(参见图113)?来自电解工序的高温氢气(约80?)经安全水封进入氢气冷却塔(洗氢桶或填料塔)底部，冷却水由塔上部进入直接喷淋冷却，使氢气温度降至约35?，并洗涤所夹带的碱雾;从塔顶排出的氢气进入氢气泵(水环式压缩机)压缩至一定压力后，排至气水分离器将夹带水分离;从气水分离器顶部排出的氢气因压缩而温度升高，使得其含水量上升;采用氢气冷却器(列管式)将氢气温度冷却至约15?，然后经水雾捕集器将水雾除去后，经氢气缓冲罐 进入氢气干燥塔，在塔内用固碱进一步吸收氢气中的水分;干燥后的氢气[含水量?2,(质量分数)]进入氢气分配台，由此向下游用户分配。 干燥塔内的固碱定期或根据干燥后氢气中的含水量来确定是否更换补充;吸收水分后产生的碱液回收利用。为确保氢气系统的压力稳定，通过设置回流调节氢气的方式来实现;并在氢气冷却塔前和氢气分配台分别设置氢气安全放空。 氢气冷却塔如用软水作冷却用水，还需设置软水中间冷却器和循环泵闭路冷却循环使用，当水中含碱量达一定浓度时回收利用;如此即能保证洗涤冷却效果又能回收碱，减少碱损失。 氢气泵(水环式压缩机)用水经氢气泵水冷却器冷却后循环使用或定期更换。 为保证氢气系统的安全生产，在氢气冷却塔前、塔后和分配台等各管路上，设置充氮置换系统。 为什么选用固体烧碱作氢气干燥剂? 固体烧碱具有强烈的吸水性，当它和含水物质相遇时，会把该物质所含的水分吸收。 固碱与氢气不发生化学反应。 固碱吸收氢气中的水分而潮解稀释成碱液，回收可用于一次盐水精制或其他中和反应，资源会得到充分利用。所以，实际生产中用固碱作氢气的干燥剂。 氢气处理工序安全生产措施 由于氢气与空气或氯气可形成易燃易爆的混合气体，如:当空气中的氢含量在4.1,,74.2,(体积分数)时，常温常压下，就具有爆炸性。因此，氯碱生产装置氢气处理工序应具有如下安全生产措施? ?设置氢气压力自动调节控制系统，确保氢气系统始终处于适宜的正压状态，并设置超压自动安全放空系统; ?设置装置开、停车时必须使用的氮气置换系统，以确保系统内不能形成爆炸性混合气体; ?氢处理设备和输送氢气的管道系统必须设置防止静电的接地装置，并限制管道内的氢气流速在安全流速范围内。 6.自动控制、仪表单元 6.1仪表 温度仪表 由于整个电解工艺温度最高也不超过100?，所以一般采用热电阻温度计，连接方式有两种:?没有腐蚀的介质采用螺纹连接;?腐蚀性介质，如盐水、碱液等采用法兰连接，热电阻与保护管连接采用螺纹连接。 压力仪表 现场压力表一般选用不锈钢压力表，有腐蚀的介质采用法兰连接形式的隔膜压力表。远传压力选用电容式压力变送器或 带隔离膜盒的压力变送器。 流量仪表 一般现场流量使用玻璃转子或金属管转子流量计。氮气、纯水用电远传转子流量计，氯气、氢气、蒸汽用孔板差压变送器，盐水、盐酸、碱液用抗干扰很强、法兰连接的双频励磁电磁流量计。 液位仪表 一般采用单平法兰或双平法兰液位变送器。对于上端与大气相通的开口容 器，可以在底部接压力表，根据液柱下端压力得知液位。容器与压力表间只需一个法兰将管路连接的叫“单法兰液位计”。若与容器相连接的是压力变送器就成为液位变送装置。对于上端和大气隔绝的闭口容器，多半其上部空间与大气压力不等，因此必须用两个法兰分别将液相和气相压力导致差压变送器，用压差来反映液位，即“双法兰液位计”。 6.2执行机构 执行机构一般使用单/双作用调节阀。单作用执行机构是指在气源或电源发生故障时，执行器总是能够回到指定位置的执行器，一般分为故障开和故障关。双作用执行机构是指在气源或电源发生故障时，执行器只能停留在原有位置的执行器。 在离子膜电解装置中一般都用气动调节阀。 6.3在线分析仪表 离子膜电解装置中主要有在线pH计、ORP计、密度计。 pH计主要用于测量盐水的酸碱度，电极使用玻璃电极;ORP计主要用于测量盐水中游离氯的含量，电极使用玻璃电极;密度计主要用于测量盐水或碱液的密度，通常是使用振动式密度计，也可以使用质量流量计或激光折光密度计。 6.4在离子膜电解装置中所采用仪表的接触介质材质 仪表的接触介质部分材质根据不同情况采用内衬橡胶、PTFE、PFA、PVDF、U-PVC、钛、钽、哈氏0276、镍、蒙乃尔、SUS310S、SUS316L、SUS316等防腐材料。对于阀门，外部表面还应涂环氧树脂，以增加耐腐性。