液氯生产工艺在实际应用中的比较

李忠孝

摘 要：文章简单的介绍了我单位采用过的两种不同的液氯生产工艺，以及两种工艺在实际生产中的优缺点、以及相关的氯气液化的条件、影响因素等。

关键词：液氯；氯气液化；液化工艺

前言

氯气是氯碱行业最主要的、基础的产品，其应用广泛，有着极高的利用价值，因此在社会生产中一直占据着重要的地位。为了方便运输，通常以液氯的形式进行包装运输，因此其液化工艺一直备受业内人士关注。氯气液化工段也是氯碱厂生产系统中重要的环节，它对于平衡全厂的氯气压力、增强生产的缓冲能力及节能降耗具有重要意义。我单位液氯工段的主要任务就是将干燥工段送来的原氯进行液化，同时向盐酸、次氯酸钠等工段提供合格的气氯，做好全厂氯气平衡工作。

1 氯气液化的安全因素

1.1 氯气的含水情况对液化的影响

氯气含水量的大小直接影响生产的安全性，是生产纯净氯气的重要指标。如果氯气中含水过高，氯气会与水反应生成盐酸及次氯酸等，其对设备有极强的腐蚀性；而且由于氯气中含水过高，相对应湿分中氯气纯度会下降，将明显降低液氯的产量，导致氯气废气量增大、压力升高，是对氯气压力平衡的直接威胁，进而影响整体系统正常安全运行。为此，降低氯气中的含水量，对液氯的安全生产具有十分重要的意义。因此必须对氯气进行干燥处理，保证氯气中的含水量应小于0.01%。

1.2 氯气中杂质气体的含量对液化的影响

经干燥后的原氯中通常还含有氢气、氧气、氮气等杂质性气体。这些气体都是难液化的，不仅浪费的冷量，而且因为它们的存在，会使氯气液化后的尾氯含量降低，尤其是氢气的存在，在液化过程中由于氢气不能液化，存留在液化尾气中，会造成尾氯含氢过高，当尾气中的含氢量达到5% 时，即达到了氢的爆炸极限，有爆炸危险。因此必须严格控制氯气中杂质气体的含量。

2 氯气液化条件

气体液化的一般条件：（1）在一定的压力下把温度降低到它的液化临界值（即液化的最高温度），即临界温度tc。（2）在一定的温度下把压力升高到它的液化临界值（即液化是最低压力），即临界压力Pc。氯气的临界温度tc=144℃，临界压力Pc=76.1 大气压。也就是说，只要低于144℃，在某一温度下，必有一个对应的压力可以使氯气液化。

3 氯气液化方式的选择

在实际工业生产中通常采用的三种不同的液氯生产方法。

①高压法：氯压力在1.4～1.6MPa（表压），液化温度30～50℃。

②中压法：氯压力在0.2～0.4 MPa（表压），液化温度0～10℃。

③低压法：氯压力在0.15MPa（表压）左右，液化温度-30℃左右。

3.1 低压法（氨-氯化钙盐水冷冻法）

我单位一直采用这种方法，也是我国早期采用的液氯生产工艺法，工艺较为成熟。

主要工艺流程：经过干燥后氯气从液化槽顶端进入液化槽的盘管冷凝器，與槽内-10℃～-25℃的氯化钙盐水进行热交换，冷凝后的气/液混合物经气液分离器分离后，液氯由底部出口管流出，进入液氯储槽，未冷凝下来的含氯尾气送去氯气分配台进入下一工序。气氯冷凝的传热过程为： 气氯放热将热量传给氯化钙水溶液，氯化钙水溶液再将热量传给液氨，液氨吸热后被蒸发成气氨，液氨气化带走热量满足气氯液化时所需的冷量，氯化钙溶液作为中间媒介在氨蒸发器与液化盘形管之间循环以传递冷量。液氨蒸发后的气氨经氨液分离器分离后，气氨被氨压缩机吸入、压缩，再经氨油分离器进行油氨分离、进入氨冷凝器冷凝成液氨，最后经液氨分配台节流后分配到各液化槽进行再次循环。

3.2 中压法（氟锂昂冷冻法）

由于生产能力的不断增加，原有的液化装置已不能满足生产需要，为平衡生产，我公司近年来进行了设备改进，增加了氟锂昂冷冻工艺弥补氨-氯化钙盐水冷冻法生产液氯的不足，并逐渐实现由低压法向中低压方向发展，生产综合能耗也相应下降。

工艺流程主要分为两部分，一部分为制冷过程，一部分为氯气液化过程。

a.制冷过程

从氯气液化器挥发出来的气态氟，被螺杆压缩机组入口吸入并进行压缩，压缩后的高压氟锂昂气体经油分离器进行油分离后进入氟冷凝器，冷凝后的液体氟锂昂进入贮氟器，在高压的作用下液体氟经贮氟器进入氯气液化器的管程与壶程中的氯气进行热交换后变成气态氟，再次被压缩机吸入，如此制冷剂氟锂昂在系统中不停地挥发、冷凝循环。

b.氯气的液化过程

干燥的氯气进入氯气液化器的壳程，与管程中液态氟进行热交换，放出热量被液氟吸收，使自身被液化，液化后的液氯经气液分离器分离后流入液氯储槽，未液化完全的的氯气送至氯气分配台进入下一工序。

3.3 液氯生产方法的比较

3.3.1 低压法（氨-氯化钙盐水冷冻法）

缺点：（1）需要经过氯化钙中间介质进行二次换热，有一定的能量损失，因此能量利用率低，操作较为繁琐。（2）氯化钙盐水对设备及厂房腐蚀比较严重，且氯化钙盐水的比重要求很严格，需要经常性的维护。（3）氨制冷所需要的水耗量巨大。（4）制冷剂氨对环境污染较严重并且易燃易爆，对人体危害也较大。（5）如果在盐水槽中，氨和氯同时泄漏会生成爆炸危险性非常大的三氯化氮，对安全生产形成非常大的隐患。

优点：（1）可根据实际情况进行间歇性停止压缩机运行，只要保证氯化钙盐水有一定的冷量，就可以保证氯气液化的正常进行。（2）工艺成熟，生产稳定性强。（3）液化槽及液化盘形管可自行生产，成本相对较低。（4）维修、检修方便，容易查找泄漏点。

3.3.2 中压法（氟利昂冷冻法）

缺点：（1）因氟利昂无色无味，一旦泄漏很难发现，所以一定要保证氟利昂系统设备密封性能完好。尤其是贮氟器液位既要保证密封完好又要便于观察液位。因此对于设备的安装提出很高的要求。（2）当过量液体制冷剂进入氯气液化器后，因氯气压力波动等原因造成没有足够的氯气与制冷剂换热，致使制冷剂不能汽化，降低了压缩机的工作能力。建议在氯气液化器安装液位指示装置，便于观察进入氯气液化器内的液体制冷剂的量。（3）设备资本投入较大，成本较高。

优点：（1）氟利昂冷冻工艺，冷冻剂对环境污染相对较小。（2）没有二次换热，降低了能耗，生产效率高，同时操作强度及操作人员数量大大降低。（3）液化效率高，适合液化量大的生产需要。

3.3.3 高压法

高压法与中压法的工艺相似，因为系统需要在更高的压力下工作，因此对设备的耐高压性能要求更高，但液化效率较高，且液化温度高，只需要常温的水冷即可满足要求，将大量的节省耗能，也有不少单位采用这种方法，也是我单位未来打算尝试的方向。

4 结束语

氯气液化的方式主要就是三种，其液化原理基本相同，只是一种物理变化，不同在于关注的具体因素不同。不同的企业应根据各自的条件采用适合本企业的方法。但不管采用哪种方式都要首先考虑液化的安全问题。安全环保是企业发展的基石，也是时代赋予企业应承担的社会责任，同时也要紧紧依靠技术进步来实现发展，保证节能降耗、 增产节约，走可持续发展道路，为氯碱生产发挥最大效益和发展绿色氯碱生产做出积极贡献。