镁电解槽紧急事故氯气净化系统的研究

刘莉（青海盐湖镁业有限公司，青海 格尔木 816000）

镁电解槽紧急事故氯气净化系统的研究

刘莉（青海盐湖镁业有限公司，青海 格尔木 816000）

电解金属镁工艺采用氯化镁熔盐电解生产金属镁，生产原料为无水氯化镁，电解过程中通过消耗电解质中的MgCl2生产出金属镁，同时产生副产品氯气。氯气由专用的管道送至下游工厂生产各种PVC产品。当PVC工厂出现突然停车事故无法接收氯气，而电解槽又不能停止生产。氯气需要输送到紧急事故净化系统处理。另外，电解槽初始工作或结束工作时，由于氯气浓度小于PVC工厂要求的浓度而不能接收氯气，此时低浓度氯气同样需要送到紧急事故氯气净化系统处理。

镁电解槽;事故氯气;净化;研究

电解槽生产的氯气是一种温度高、浓度大、毒性大的酸性气体，它对人体产生极大的危害，同时对一般金属设备和部件具有较大的腐蚀性，因此，紧急事故氯气的净化和处理尤为重要。

1 氯气净化系统方法

紧急事故氯气的处理主要采用湿法净化技术，即采用碱性（如NaOH）溶液作吸收剂来中和吸收氯气。湿法净化氯气又分为热法化学反应法和冷法化学反应法两种。

2 热法净化

热法净化法采用热法化学反应法，一般指将工况的高温氯气直接与NaOH溶液在净化塔中进行中和吸收反应。此时，氯气与NaOH发生的化学反应生成氯酸钠、氯化钠和水，其化学反应议程式为：3Cl2+6NaOH=5NaCl+NaClO3+3H2O，热法净化法的特点是：高温氯气可以直接与NaOH溶液在净化塔内进行中和吸收反应，反应充分。相对冷态净化方案，不需要降温设备，相对可减少一次投资。但是反应生成的NaClO3第一是性能不稳定，与磷、硫及有机物接触易发生燃烧和爆炸。第二是能为人体皮肤所吸收，在人体内积累而引起中毒。NaClO3可以用于生产消毒液，除草剂等。介于热法净化法存在一定的不安全性，故本文将重点论述冷发净化法。

3 冷法净化

一般指氯气与NaOH溶液在净化塔（反应体系）的温度在49℃以下。反应后生成次氯酸钠、氯化钠和水，从而吸收了氯气。吸收后含有NaClO的液体，储存在NaClO贮槽内，等待统一送至次钠厂生产次钠产品，其化学反应方程式：CL2+2NaOH→ NaClO+NaCl+H2O，冷法净化法的特点是：氯气在过量的NaOH溶剂中和充分，净化后的气体中含氯气浓度小于60mg/Nm3。中和吸收后的产品NaClO在低温情况下，化学性质稳定，用途极为广泛。相对热态净化方案需要增加氯气降温措施相对增加一次投资。

4 冷法氯气净化工作原理

当PVC工厂出现突然停车事故而无法接收氯气时，通过专用氯气输送管道上的自动切换阀将氯气导入紧急事故氯气净化系统。事故氯气处理系统主要由两个工艺步骤组成：氯气降温；氯气吸收。

1）氯气降温工艺，该工艺极为简单——设备只有一台板式换热器，事故氯气一般是在电解槽正常工作时产生的，正常气体温度为50-115℃，最高可达150℃。大量的高浓度，高温度的氯气只有在充分降温处理后，才能进行冷法净化系统，氯气进入换热器前，温度为150℃，经过板式换热器换热后，氯气温度降至40℃以下。冷却水进入温度为22℃，经换热器吸收氯气的热量后，冷却水回水温度升至37℃左右，需要冷却水量35390m3/ h。板式换热器材质为铪CT276，板式换热器前段的氯气管道为碳钢材质，板式换热器后段的氯气管道为玻璃钢复合材料或PVC管。

5 氯气吸收工艺设计

氯气吸收的工艺设计容量按两种情况考虑；一种是电解槽在初始开车阶段和终结工作阶段。这两个阶段的氯气浓度极不稳定，氯气流量、浓度、温度均小于正常值，无法满足PVC工厂生产的要求，该阶段的氯气不能进入PVC工厂而需要处理。另一种是事故氯气，该阶段的氯气是电解槽正常工作时产生的。氯气的流量、浓度、温度均为正常值，并大于第一种情况。因此，氯气吸收设计容量按二种情况中的最大一种选择，即按事故氯气容量确定。氯气吸收工艺设计由一套二级三塔（其中一塔备用）串联构成，每台净化塔后部设有循环槽1个，循环泵2台（1备用），换热器1台。每级净化塔均采用双喷、双雾口、双层填料式。该净化填料塔的特点是；对高浓度，大气量的氯气能进行有效吸收，工作效率稳定，维护及维护工作量小。工作原理：氯气由净化塔下部进入，之后向上穿过底板和填料层。NaOH溶液是从净化塔顶部和中部加入，然后通过环形管道分布器将NaOH液体以雾化状态喷向雾区和填料层。氯气与NaOH液体在塔内以接触、碰撞、起泡、雾化、喷淋、吸收等多种机理的作用下进行化学反应，反应后有85-90%的氯气被中和吸收，余于的10%-15%氯气进入到第二级净化吸收塔吸收，经第二级净化吸收后，气体的浓度达到≤60mg/Nm3，满足国家排放标准，经风机排至烟囱进入大气中。氯气与NaOH溶液在净化塔内进行的中和吸收反应是放热过程，因此，反应体系的温度有所升高，为避免热量在混合液中累积，在循环液的管路中必须采用换热器将混合液温度降至40℃以下，然后再次送入净化吸收塔内重新中和吸收氯气。当混合液中的NaClO浓度达10%以上时，系统将部分混合液排送至NaClO贮槽中储存，同时自动补充17%的NaOH溶液至循环槽中。净化吸收塔循环槽材质为玻璃钢内衬聚四氟乙烯复合材料，循环泵为钛质材料，液/液换热器为钛质材料，阀门等为钛质品，管道为PVC材质。工艺设计中考虑17%NaOH溶液制做搅拌槽1个，NaClO贮槽1个，废液槽1个，这些槽均为玻璃钢复合材料，纯碱片库房1个。另外，设计中没有考虑单独设置17%NaOH贮槽，而是采用循环槽代替NaOH贮槽作用，一槽二用。

6 结语

本净化工艺系统为紧急事故氯气净化处理，由于处理的气体为高浓度、高温度的氯气，它对人和设备的危害是巨大的。因此要求系统内的所有设备、仪表等元器件要在接到紧急事故氯气信号后，在第一时间内的最快的时间反应并动迁。

[1]周云英,石玉英，《镁电解氯气净化系统的优化研究》湖南有色金属，2014.12

[2]周文高，周世伟《紧急事故氯气净化系统的工程设计》科技传播，2012.04

刘莉（1985-）女，专业:冶金工程 学历:本科 职称:化工工艺助理工程师

研究方向:冶金工程专业。