紧急事故氯气净化系统的工程设计

《科技传播》2012•4（下）107理论研究TheoreticalResearch紧急事故氯气净化系统的工程设计周文高1，周世伟21.常州大学化工设计研究院，江苏常州2130162.江苏海鹏防腐设备有限公司，江苏常州213175摘要本文针对某公司在生产金属镁的过程中，出现了高浓度氯气需要紧急净化的现象，提出了一套高浓度氯气紧急净化系统，并对氯气紧急净化系统的各设计模块流程、材料与方法进行了介绍。关键词氯气；净化；紧急事故中图分类号TQ124.4+16文献标识码A文章编号1674-6708（2012）65-0107-020引言氯是一种化学性质非常活泼的元素，它几乎能跟一切普通金属以及许多非金属直接化合[1]。氯气是属于Ⅱ级（高度危害）物质，空气中含氯超过20PPM就对人身体产生极大危害，对一般金属材质设备有较大腐蚀性，同时对生态环境会造成严重的破坏和污染，并产生不良的持续影响[2]，其影响的大小与氯气的排放浓度、时间等因素有关，本项目主要需要处理大量的高浓度氯气，属于一种危害更大的酸性气体。1事故氯产生的原因该公司采用电解还原法生产金属镁，电解过程中同时生产出氯气。在稳定的运行状态下，从电解槽抽出的气体中约含95%氯气和5%的空气，氯气从电解槽抽出经过氯气过滤机输送到工厂附近的PVC厂。当PVC工厂出现突然停车无法接收氯气时，氯气输送到紧急事故氯气净化系统中处置[3]。紧急事故氯气净化系统可满足净化电解槽生产能运行1小时产生的氯气量，且净化后排放气体氯气含量要低于《国家大气污染物综合排放标准》所规定的最高允许排放浓度85mg/m3。2处理装置的工作原理氯气通过设置的旁路管道，由风机引入，通过自控压力控制阀切换进入紧急事故氯气净化系统。紧急事故氯气净化系统将通过与吸收剂碱液氢氧化钠（NaOH）发生化学反应[4]，吸收后废液主要成分为次氯酸钠、氯化钠、少量氢氧化钠等[5]，吸收后的吸收液储存在储罐内。主要是由两个工艺步骤组成：事故氯气降温和氯气吸收。2.1事故氯气降温在事故状态下，高浓度高温氯气（150℃）需要做充分的降温处理后，才能满足酸性废气吸收净化的低温、微正压的基本要求。本公司本区域氯气降温装置包含一台急冷塔，后并联两套气—水换热器连接复挡式旋流板气液分离器，其中急冷塔配置一台急冷槽，一套循环泵。急冷塔将氯气温度由140℃~150℃温度降至90℃~100℃，将高温氯气的显热转变成饱和水蒸气的汽化潜热，降低对后面吸收装备的耐温要求，对工艺吸收条件提供有利条件。与急冷塔配套的急冷槽接触的介质为含少量的次氯酸根离子以及氯离子，呈酸性，温度在85℃以上。气-液换热器使得事故氯气温度从90℃~100℃降至40℃左右的罐装安全温度[5]，经过气液换热器降温的氯气中含有水蒸气，需要做气液分离，以减少后续消耗氯气吸收液的有效成分。使用旋流板气液分离器，将收集的回水溢流至急冷槽内。鉴于不同工艺步骤中要处理氯气的温度不同及含有不同杂质，对相应所用设备材料的耐受温度和耐腐蚀性的要求也不同，例如旋流板气液分离器采用玻璃钢（FRP）衬氯化聚氯乙烯（CPVC）材质，CPVC对氯离子、次氯酸离子有很好的耐腐蚀性，同时耐受温度也较高。2.2氯气吸收由于电解镁工况条件的特殊性，在系统开车阶段，非连续性的电解操作，会使氯气浓度无法满足后续PVC工厂使用要求，对该部分的尾气需要保持吸收后排放，氯气吸收装置需要对该部分尾气吸收保持匹配性。另外由于事故氯气的气量相对于开车阶段尾气量有一定差距，故综合考虑，氯气吸收区分为两套。氯气吸收区所包含两套并联运行氯气吸收装置，每套由三级吸收塔串联，依次采用湍冲喷淋塔、湍冲塔、填料塔。湍冲塔吸收高浓度氯气，但由于次氯酸根在温度和酸性条件下会重新分解为氯气，故一级吸收塔在一小时内的总吸收效率设计为70%~80%。填料塔吸收低浓度氯气，作为最后一级安保塔，去除余下的95%以上的氯气，确保出口的气体中氯气达标，循环液需要换热降温。进入三级吸收塔的事故氯气浓度、温度较低，为了达标排放，利用填料散堆结构碱液吸收，确保出口的氯气浓度≤60mg/m3[6]。同样三级循环槽的储量规格要满足吸收条件一小时的吸收量，循环液无需冷却降温。鉴于高浓度的盐酸和次氯酸根，二、三级吸收塔顶同样配置粗除雾扑沫装置，高效除雾器采用纤维除雾器。三级吸收塔均配置有循环槽，其中，一级吸收塔对应一个循环槽，而二三级吸收塔配置两套并联吸收装置的共用槽。另外每台吸收塔均对应循环泵，一二级循环液管线中均串联一台液-液换热器，二级吸收循环槽供应的吸收液为两套装置的二级吸收塔使用，在各自循环液管道中各配置一台钛板式换热器。自两套氯气吸收装置的尾气汇集至风管总管后，经由基本风压不低于5000Pa的风机抽送至烟囱排放大气内。氯气吸收区的吸收后液在完成一次事故氯气处理后，将各级循环槽内