CN114191948A - 一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置及方法 - Google Patents

一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置及方法，该装置包括泡罩塔、酸循环系统、新酸送酸系统以及酸循环支路系统；泡罩塔包括塔体，以及在塔体内从下往上依次设置的填料层和泡罩层，塔体顶部开设干氯气出口；首先运行新酸送酸系统，将硫酸送进泡罩层；再运行酸循环系统，使硫酸在填料层循环；最后打开酸循环支路系统，调节进泡罩层的累加硫酸流量，控制新酸送酸系统送出的硫酸流量小于累加硫酸流量的一半，稳定运行后，将待干燥的氯气通入塔体，依次经过填料层和泡罩层，经干氯气出口排出，完成对氯气的干燥。本发明有效减少氯碱生产中难以处理的废硫酸的产生量，最低达到13.52kg/吨，特别适用于年产量不高于十万吨的情况。

Description

一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置及方法
技术领域
本发明涉及氯气干燥领域，具体涉及一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置及方法。
背景技术
目前，行业内在泡罩塔干燥氯气的生产过程中，为了保障泡罩塔泡罩层的干燥效果，10万吨氯气/年处理能力的泡罩塔进泡罩层的硫酸流量要控制在0.2～0.6m3/h，进泡罩层硫酸流量低于0.2m3/h时，会降低泡罩层硫酸泡沫的层高，从而造成氯中含水指标超标造成设备管道腐蚀、产品质量不合格影响安全生产，故而为了保证氯气含水的指标达标(≤300PPm)，就必须将进泡罩层硫酸流量控制在0.2～0.6m3/h之间。然而氯气产量低于7万吨/年时，即便是将硫酸流量控制在0.2m3/h的最低流量，也造成吨氯耗硫酸大于16kg的行业指标，从而造成经济效益的损失，而目前对含氯根的废硫酸处理需要收取环保费用，故而废硫酸的相对增加量又造成环保效益的损失。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置及方法，提高氯气干燥过程中硫酸利用率，降低废酸排出量，提高经济效益。
为达到上述技术目的，本发明装置的技术方案是：
包括泡罩塔、酸循环系统、新酸送酸系统以及酸循环支路系统；
其中，泡罩塔包括塔体，以及在塔体内从下往上依次设置的填料层和泡罩层，塔体顶部开设干氯气出口；塔体上开设第一酸入塔口、第二酸入塔口和酸出塔口；
酸循环系统的入口连接在酸出塔口上，酸出塔口位于塔体底部，酸循环系统的出口连接在第一酸入塔口上，第一酸入塔口位于填料层上侧；
新酸送酸系统的出口连接在第二酸入塔口上，且第二酸入塔口位于泡罩层上侧；
酸循环支路系统连通酸循环系统和塔体，用于将酸循环系统中的硫酸送入塔体的泡罩层。
进一步地，酸循环系统包括一端连接在酸出塔口的第一管路，第一管路另一端连接泡罩塔循环泵，泡罩塔循环泵通过第二管路连接循环酸换热器的酸入口，循环酸换热器的酸出口通过第三管路连接塔体；循环酸换热器上连接有冷冻上水管和冷冻下水管；
第二管路通过循环酸回流管连接塔体底部，循环酸回流管和塔体的接口位于酸出塔口上侧。
进一步地，塔体上开设人孔；酸循环系统、新酸送酸系统以及酸循环支路系统的每条管路上均设置至少一个控制阀。
进一步地，新酸送酸系统包括硫酸储槽，硫酸储槽连接硫酸计量泵，硫酸计量泵通过第四管路连接硫酸换热器的酸入口，硫酸换热器的酸出口通过第五管路连接塔体；硫酸换热器上连接有冷冻上水管和冷冻下水管。
进一步地，新酸送酸系统和第二酸入塔口之间设置第一流量控制系统，第一流量控制系统包括并联的流量计支路和控制阀支路。
进一步地，酸循环支路系统包括第六管路以及设置在第六管路上的循环支路控制阀，第六管路的入口和酸循环系统上的管路相连通；第六管路的出口和新酸送酸系统的管路相连通，且接口位于第一流量控制系统之前。
进一步地，第六管路的出口通过第二流量控制系统直接与第二酸入塔口相连通。
本发明的方法的技术方案是：包括以下步骤：
首先运行新酸送酸系统，将硫酸送进泡罩层；再运行酸循环系统，使硫酸在填料层循环；最后打开酸循环支路系统，调节进泡罩层的累加硫酸流量，控制新酸送酸系统送出的硫酸流量小于累加硫酸流量的一半，稳定运行后，将待干燥的氯气通入塔体，依次经过填料层和泡罩层，经干氯气出口排出，完成对氯气的干燥。
进一步地，新酸送酸系统送出的硫酸流量在0.04～0.2m3/h；累加硫酸流量在0.25～0.6m3/h。
进一步地，新酸送酸系统采用的硫酸为质量分数大于等于98％的浓硫酸；填料层循环的硫酸质量浓度大于95％。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明装置中通过设置酸循环支路系统，能够将仅在填料层循环的硫酸送入泡罩层，特别适用于氯气产量较低的状况；在氯气产量较低的状况下利用本发明对泡罩塔的循环酸回收使用，解决生产中在泡罩塔氯气通量低的情况下，既要保障氯中含水指标达标又要硫酸消耗控制在指标范围内的难题，提高硫酸的使用率，增加企业环保效益的经济效益。通过本发明，能够使氯气耗硫酸控制在16kg/吨以下，达到行业标准，最低达到13.52kg/吨，特别适用于年产量不高于十万吨的情况；平均每年能够创造经济效益六百余万，同时废酸排出量降低85％。
本发明方法是一种辅料重复利用的方法，特别是一种有效减少氯碱生产中难以处理的废硫酸的产生量，创造经济和环保双重效益的新方法，其有益效果同上述装置部分。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明泡罩塔的结构示意图；
图3本发明酸循环系统中的泡罩塔循环泵部分的结构示意图；
图4是本发明酸循环系统中的循环酸换热器部分的结构示意图；
图5是本发明新酸送酸系统中的硫酸储槽部分的结构示意图；
图6是本发明新酸送酸系统中的硫酸换热器部分的结构示意图；
图7是本发明流量控制系统的结构示意图。
其中，1-泡罩塔，11-塔体，12-填料层，13-泡罩层，14-干氯气出口；
2-酸循环系统，21-泡罩塔循环泵，22-循环酸换热器，23-循环酸回流管，24-第一管路，25-第二管路，26-第三管路；
3-新酸送酸系统，31-硫酸储槽，32-硫酸计量泵，33-硫酸回流管，34-硫酸换热器，35-第四管路，36-第五管路，37-呼吸阀；
4-酸循环支路系统，41-循环支路控制阀，42-第六管路；
5-第一流量控制系统，51-流量计，52-流量阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明提供了一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，包括泡罩塔1、酸循环系统2、新酸送酸系统3、酸循环支路系统4以及第一流量控制系统5，酸循环系统2、新酸送酸系统3和酸循环支路系统4均连接在泡罩塔1上。
参见图1和图2，泡罩塔1包括塔体11，以及从下往上依次设置在塔体11内的填料层12和泡罩层13，填料层12和泡罩层13含有分层吸收水分的特性，塔体11顶部开设有干氯气出口14，生产氯气时，含水分的氯气从塔体11底部进入，依次经过填料层12和泡罩层13，被其中的硫酸吸收水分，得到的干燥氯气经过干氯气出口14排出。
作为一优选的实施例，塔体11侧壁上从下往上依次开设九个人孔，编号依次为M1至M9，其中，M1位于填料层12下侧，M2和M3位于填料层12的层间，M4位于填料层12和泡罩层13之间，M5至M8位于泡罩层13的层间，M9位于泡罩层13的上侧，人孔是为了方便检修。
塔体11侧壁上还开设有第一酸入塔口N1、第二酸入塔口N2和酸出塔口。
作为一优选的实施例：
参见图1和图3，酸循环系统2包括一端连接在塔体11底部酸出塔口的第一管路24，第一管路24另一端连接泡罩塔循环泵21，泡罩塔循环泵21通过第二管路25连接循环酸换热器22的酸入口。
第二管路25上开设支路，通过循环酸回流管23连接塔体11底部，接口位于酸出塔口上侧，用于调节泡罩塔循环泵21出口的压力，防止压力过大对泡罩塔循环泵21造成损坏。
作为一优选的实施例：
参见图1和图4，循环酸换热器22的酸出口通过第三管路26连接塔体11，且接口位于第一酸入塔口N1，N1位于M3和M4之间，且位于填料层12上侧，能够将干燥氯气后流入塔体11底部的硫酸重新送入填料层12上方，使硫酸进行重复利用。
循环酸换热器22上连接有冷冻上水管和冷冻下水管，以对进入填料层12的硫酸进行降温。
作为一优选的实施例：
参见图1和图5，新酸送酸系统3包括硫酸储槽31，硫酸储槽31连接硫酸计量泵32，硫酸计量泵32通过第四管路35连接硫酸换热器34的酸入口；硫酸储槽31中储放的是质量分数大于等于98％的浓硫酸。
硫酸储槽31上开设人孔M10，同时，除了所描述的M1至M10这些人孔外，在本发明各系统及其中的管路上还可以开设其他人孔或检修孔，具体位置可以根据生产情况调整，在此不做赘述。
作为一优选的实施例：
参见图1和图6，硫酸换热器34的酸出口连接第一流量控制系统5的入口端，第一流量控制系统5的出口端通过第五管路36连接塔体11上的第二酸入塔口N2，第二酸入塔口N2位于M8和M9之间，且位于泡罩层13上侧，通过硫酸计量泵32，能够将硫酸储槽31中的硫酸泵入泡罩层13。
硫酸换热器34上连接有冷冻上水管和冷冻下水管，以对进入泡罩层13的硫酸进行降温。
参见图1和图7，第一流量控制系统5包括并联在硫酸换热器34酸出口和第五管路36之间的流量计支路和控制阀支路，流量计支路上设置流量计51，控制阀支路上设置流量阀52，通过并联设置的流量计支路和控制阀支路，在不停车状况下能够检修流量计，流量计损坏的情况下硫酸可以走旁通，便于更换或检修流量计，不会造成轻易停产现象。
作为一优选的实施例：
第三管路26还连接酸循环支路系统4。
酸循环支路系统4包括循环支路控制阀41和第六管路42，循环支路控制阀41设置在第六管路42上；第六管路42一端连接循环酸换热器22的酸出口，另一端连接第一流量控制系统5的入口端。
作为替换的实施例，第六管路42一端连接在第二管路25上，另一端连接在第四管路35上。
作为替换的实施例，将第六管路42的入口与循环酸换热器22的酸出口相连，出口通过第二流量控制系统直接与第二酸入塔口相连通，第二流量控制系统的部件设置与第一流量控制系统5的部件设置相同，在能够方便进行检修的同时，将两路硫酸的汇合点后移至进入塔体的泡罩层，能够防止硫酸流量干扰现象，便于更精确地控制生产。
同时，硫酸汇合点直接移至泡罩层，两路硫酸互不干扰，检修的时候可以单线输送硫酸，无需停车以及预运行等步骤，有效提高生产效率。
作为一优选的实施例，下面对本发明中的控制阀等进行说明，可以理解的是，以下编号仅为了更好地区分控制阀所在位置，而不是对其顺序或个数的限定：
塔体11底部连接三路控制阀，分别为DN001、DN002和DN003，其中DN001设置在循环酸回流管23上；塔体11和硫酸储槽31上均连接液位计LG，第二管路25和第四管路35上均安装压力表PG。
第一管路24上设置控制阀DN004，第二管路25上依次设置控制阀DN005、DN006和DN008，循环酸回流管23上还设置控制阀DN007，循环酸回流管23的出口位于控制阀DN005和DN006之间；第三管路26上设置控制阀DN009和DN010；第六管路42上还设置有控制阀DN011。
硫酸储槽31上设置呼吸阀37；硫酸储槽31和硫酸计量泵32之间的管路上设置控制阀DN012和DN013；第四管路35上设置控制阀DN014和DN015；控制阀DN014的出口端还连接有硫酸回流管33入口端，硫酸回流管33出口端连接硫酸储槽31，硫酸回流管33上设置控制阀DN016。
硫酸换热器34和第一流量控制系统5之间的管路上设置控制阀DN017；流量计支路上，流量计51的入口端和出口端分别设置控制阀DN018和DN020，控制阀DN018和流量计51之间还设置有带控制阀DN019的支路；第五管路36上设置控制阀DN020。
本发明通过在各管路上设置多路控制阀，便于检修维护，以及精确控制流量；同时保证安全生产。
本发明能够将泡罩塔1的循环酸加以重复利用，特别适用于生产量≤10万吨氯气/年。
本发明通过工艺改造，将泡罩塔循环泵21出口配制一根第六管路42至98％以上硫酸进酸管(送泡罩层的硫酸管)，并加一个循环支路控制阀41，使泡罩塔填料层12的循环酸可以输送一部分到泡罩塔泡罩层13，达到硫酸重复使用的目的。
本发明主要的工作过程包括：
(1)、运行硫酸计量泵32，将进泡罩层13的硫酸量控制在0.04～0.2m3/h左右；
(2)、运行泡罩塔循环泵21，使泡罩塔1填料层12循环量正常；
(3)、打开95％循环酸至98％以上硫酸管的循环支路控制阀41，根据生产情况调节进泡罩层13的累加硫酸流量至0.25～0.6m3/h；
(4)、根据氯气生产量来调节硫酸计量泵32，控制98％以上硫酸的加入量，使氯气耗硫酸控制在20kg/吨以下。
(5)稳定运行后，将待干燥的氯气通入塔体，依次经过填料层和泡罩层，经干氯气出口排出，完成对氯气的干燥。
本发明控制关键点：a.重复使用的泡罩塔填料层循环酸浓度大于93％(通过定时分析严格控制)；b.通过硫酸储槽使用的硫酸量来控制硫酸的消耗量。
本发明是氯气生产的最后一步，其余未做改进部分在此不做赘述，仅需要说明的一点是，增设的酸循环支路系统4以及酸循环系统2中的循环酸浓度降低至影响干燥氯气的效果时，会将其送至上一级填料塔，用于初步干燥氯气，直至无干燥效果后作为废酸送出。
下面通过申请人具体的改造实施例对本发明经济效益做进一步详细说明：
改造前：
申请人的氯碱事业部氯氢工段2018年10月生产氯气2214吨，总运行台时611.5小时，进泡罩塔流量平均0.2m3/h，氯中含水指标合格(280PPm左右)，开车以来，送出废酸浓度91％(改造前为了氯中含水指标能达标提高了运行硫酸的浓度)，按照-20元/吨付环保处置费，98％以上硫酸700元/吨计算同条件下生产十万吨氯气使用硫酸产生的废费用：
1、2018年10月份吨氯耗硫酸：
611.5*0.2*1.78(硫酸比重)*1000/2214＝98.33kg/t
2、年耗硫酸费用：98.33/103*105*0.07＝688.31万元/年
因废硫酸产生的环保费用：98.33/103*105**98/91*0.002＝21.18万元
3、同条件下生产十万吨氯气使用硫酸产生的废费用：
688.31+21.18＝709.49万元
改造后：
2018年11月25日将泡罩塔循环泵21出口配制了一根第六管路42至98％以上硫酸进酸管(送泡罩层13的硫酸管)，位于硫酸换热器34前，并加一个循环支路控制阀41将填料层12的循环酸送泡罩层13，改造后98％以上硫酸使用量在0.04～0.2m3/h，进泡罩层13的累加硫酸流量在0.25～0.6m3/h，累加硫酸流量优选0.4～0.6m3/h；送出废酸浓度87％，氯中含水指标合格，低于240ppm，2021年10月9日测试，原氯即经干氯气出口14排出的干氯气含水分析数据为127PPm，循环酸能保持在97％以上。
参照2018年10月份的生产状况计算年产十万吨氯气使用硫酸产生的废费用：
1、经过统计2019年吨氯耗硫酸15.77kg/t，2020年吨氯耗硫酸13.52kg/t，2021年1至11月吨氯耗硫酸平均15.32kg/t，三年吨氯耗硫酸平均14.87kg/t：
2、年耗硫酸费用：14.87/103*105*0.07＝104.09万元/年
废硫酸的排出率降低：(98.33-14.87)/98.33＝85％
因废硫酸产生的环保费用：14.87/103*105*98/87*0.002＝3.35万元
3、同条件下生产十万吨氯气使用硫酸产生的废费用：
104.09+3.35＝107.44万元
4、改造后创造经济效益(生产10万吨氯气)：
709.49-107.44＝602.05万元
本发明方法攻克了氯碱生产中低负荷运行时浓硫酸在干燥氯气过程中过多损耗硫酸的技术难题，提高辅材硫酸的使用率，增加企业环保效验和经济效益，对我国循环经济利用技术领域起到举一反三的作用。
总结：本发明改造后既节约了生产成本，又提高了环保效益。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，其特征在于：包括泡罩塔、酸循环系统、新酸送酸系统以及酸循环支路系统；
其中，泡罩塔包括塔体，以及在塔体内从下往上依次设置的填料层和泡罩层，塔体顶部开设干氯气出口；塔体上开设第一酸入塔口、第二酸入塔口和酸出塔口；
酸循环系统的入口连接在酸出塔口上，酸出塔口位于塔体底部，酸循环系统的出口连接在第一酸入塔口上，第一酸入塔口位于填料层上侧；
新酸送酸系统的出口连接在第二酸入塔口上，且第二酸入塔口位于泡罩层上侧；
酸循环支路系统连通酸循环系统和塔体，用于将酸循环系统中的硫酸送入塔体的泡罩层。
2.根据权利要求1所述的一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，其特征在于：酸循环系统包括一端连接在酸出塔口的第一管路，第一管路另一端连接泡罩塔循环泵，泡罩塔循环泵通过第二管路连接循环酸换热器的酸入口，循环酸换热器的酸出口通过第三管路连接塔体；循环酸换热器上连接有冷冻上水管和冷冻下水管；
第二管路通过循环酸回流管连接塔体底部，循环酸回流管和塔体的接口位于酸出塔口上侧。
3.根据权利要求1所述的一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，其特征在于：塔体上开设人孔；酸循环系统、新酸送酸系统以及酸循环支路系统的每条管路上均设置至少一个控制阀。
4.根据权利要求1所述的一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，其特征在于：新酸送酸系统包括硫酸储槽，硫酸储槽连接硫酸计量泵，硫酸计量泵通过第四管路连接硫酸换热器的酸入口，硫酸换热器的酸出口通过第五管路连接塔体；硫酸换热器上连接有冷冻上水管和冷冻下水管。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，其特征在于：新酸送酸系统和第二酸入塔口之间设置第一流量控制系统，第一流量控制系统包括并联的流量计支路和控制阀支路。
6.根据权利要求5所述的一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，其特征在于：酸循环支路系统包括第六管路以及设置在第六管路上的循环支路控制阀，第六管路的入口和酸循环系统上的管路相连通；第六管路的出口和新酸送酸系统的管路相连通，且接口位于第一流量控制系统之前。
7.根据权利要求6所述的一种泡罩干燥塔干燥氯气的装置，其特征在于：第六管路的出口通过第二流量控制系统直接与第二酸入塔口相连通。
8.一种利用权利要求1所述装置干燥氯气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先运行新酸送酸系统，将硫酸送进泡罩层；再运行酸循环系统，使硫酸在填料层循环；最后打开酸循环支路系统，调节进泡罩层的累加硫酸流量，控制新酸送酸系统送出的硫酸流量小于累加硫酸流量的一半，稳定运行后，将待干燥的氯气通入塔体，依次经过填料层和泡罩层，经干氯气出口排出，完成对氯气的干燥。
9.根据权利要求8所述干燥氯气的方法，其特征在于：新酸送酸系统送出的硫酸流量在0.04～0.2m3/h；累加硫酸流量在0.25～0.6m3/h。
10.根据权利要求8所述干燥氯气的方法，其特征在于：新酸送酸系统采用的硫酸为质量分数大于等于98％的浓硫酸；填料层循环的硫酸质量浓度大于95％。
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