1氯氣液化

氯氣液化過程十分簡(jiǎn)單，僅僅是物理變化過程。

1.1 氯氣液化的目的

1.1.1 制取純凈氯氣

不管是離子膜法電解制堿或是金屬陽極法電解制堿，聯(lián)產(chǎn)的氯氣總有一定的雜質(zhì)，對(duì)于某些使用場(chǎng)合來說，需要純度較高的氯氣，而干燥以后的原料氯氣是無法滿足要求的。在氯氣液化過程中，絕大部分氯氣得到冷凝，不凝性的氣體作為尾氣排出，使液態(tài)氯純度得到了提高。

1.1.2 便于運(yùn)輸和貯存

氯氣液化以后，體積大大縮小，氯氣的密度為3.2kg/m3，而液氯的密度可達(dá)13-16kg/m3，因此，便于長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

1.1.3 用作氯氣的平衡產(chǎn)品


由于氯堿化工企業(yè)主產(chǎn)是連續(xù)性的，當(dāng)某一氯氣用戶無法正常耗用氯氣時(shí)，將會(huì)影響到電解的負(fù)荷，而生產(chǎn)液氯則就有了緩沖余地，可以將用戶減少的氯氣用量平衡掉，使電解槽不必降低負(fù)載，從而使整個(gè)氯氣供給、使用的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定。

一般來講，完整的氯喊企業(yè)一定會(huì)有相當(dāng)?shù)囊郝壬a(chǎn)貯備量的，否則該企業(yè)生產(chǎn)就處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。

1.2 氯氣液化方法的比較

氯氣是一種比較容易液化的氣體。由于氣相氯氣中含有不凝性組分，實(shí)際的液化溫度要比純氯氣的液化溫度低些。而不同的溫度與壓力液化氯氣所消耗的能量是不同的，氯氣液化就有高溫高壓法、中溫中壓法和低溫低壓法之區(qū)別。三種制備液氯方法的電能消耗不同。

高壓法消耗的電能僅為低壓法的一半，節(jié)能效果十分明顯。而且氯氣壓力越高，氯氣液化越容易。氯氣壓力上升至1MPa以上時(shí)，普通的冷卻水就可以實(shí)現(xiàn)氯氣的相變化，根本不需要冷凍裝置。隨著高性能、高排出壓力的氯氣壓縮機(jī)的問世，液氯生產(chǎn)過程采用高壓法的企業(yè)會(huì)越來越多。據(jù)了解，日本德山曹達(dá)就有單臺(tái)氯氣離心式壓縮機(jī)出口壓力達(dá)到1.2MPa(G)在線運(yùn)行中。一般來講，要想取得較高的氯氣壓力，就必須將氯氣壓縮機(jī)串聯(lián)使用，但生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜許多。

2 液氯的生產(chǎn)工藝過程

來自氯氣處理后的凈化干燥氯氣(氯氣的體積分?jǐn)?shù)約為96%，氫的體積分?jǐn)?shù)小于0.4%)經(jīng)分配臺(tái)進(jìn)入氯氣液化器(液化箱槽式、列管式的液化器)，用-25—35℃的冷凍氯化鈣鹽水溶液(或氟利昂冷凍液)進(jìn)行冷凝熱交換；使大部分氯氣冷凝為液氯，然后氣液混合物進(jìn)入氣液分離器將液化尾氣進(jìn)行分離，液化尾氣從頂部進(jìn)入尾氣管，去鹽酸尾氣緩沖罐(供合成氯化氫之用)或去除害塔處理制備次氯酸鈉；而液氯則由氣液分離器底部流入液氯計(jì)量槽或液氯貯槽。

氯氣冷凝器所需的冷凍鹽水或氟利昂冷凍液由氨冷凍機(jī)組或氟利昂冷凍機(jī)組進(jìn)行制冷和回收循環(huán)使用。

來自液氯計(jì)量槽或液氯貯槽的液體氯從容器底部流向立式貯槽，由液氯液下泵(該泵密封是采用充入高壓氮?dú)?進(jìn)行抽吸送入液氯包裝鋼瓶。也可以直接從液氯計(jì)量槽或液氯貯槽底部用屏蔽液氯泵進(jìn)行抽吸送入包裝鋼瓶。也有采用氣化氯包裝的方法，即在液氯氣化器中壓入稍許液體氯，將汽化器夾套注入95℃熱水，使氣化器內(nèi)液體氯迅速氣化，氣化壓力可達(dá)1.1MPa，然后將氣化氯壓入液氯計(jì)量槽或液氯貯槽，將計(jì)量槽或貯槽內(nèi)的液體氯壓送入鋼瓶進(jìn)行包裝。但是每次包裝完畢以后，氣化器內(nèi)氣化氯將直接排入氯氣管網(wǎng)或者直接排往除害塔。另外還必須將氣化器內(nèi)剩余物(帶液)進(jìn)行排污和堿處理，以策安全。氣化器內(nèi)氣化氯帶壓排放進(jìn)入氯氣管網(wǎng)時(shí)，必須放慢排放速度，一旦過快，容易使鹽酸合成爐火焰壓熄，造成合成爐氯氣外溢事故發(fā)生。

在鹽水總銨指標(biāo)超標(biāo)的情況下，一定要包裝一次排污一次(帶液排放)，在堿性的情況下消除三氯化氮，防止其積累發(fā)生爆炸事故。

包裝鋼瓶的尾氣由納氏泵抽吸直接送往除害塔。

氯氣的液化是在有毒、有害、高壓、高溫的生產(chǎn)工況下進(jìn)行的。美國公布的液氯生產(chǎn)過程事故樹邏輯分析報(bào)告稱，整個(gè)液氯生產(chǎn)過程幾乎沒有一個(gè)“與門”，全是“活門”。也就是說幾個(gè)“與門”一起打開造成事故的幾率是零，而1個(gè)“活門”打開造成事故的幾率為100%。稍有不慎，氯氣外溢、爆炸不可避免。

3 液氯生產(chǎn)過程中事故隱患的原因及防范措施

3.1 氯氣內(nèi)含氫超標(biāo)

原料氯氣中含有氫氣。一定比例的氯氣與氯氣是爆炸性氣體混合物。在開始進(jìn)行氯氣液化時(shí)，由于氯氣能液比而氫氣則未達(dá)到液化條件不能液化，氫氣在混合氣體中的比例較小，以不凝性的組分形式存在于氣相之中，尚未達(dá)到爆炸范圍的下限，所以氯氣內(nèi)氫的存在不會(huì)影響系統(tǒng)的安全。隨著氯氣的液化量增多，不凝性氣體中氫的含量由于積聚而增加，達(dá)到爆炸范圍，威脅著液氯生產(chǎn)的安全。在液氯制備過程中，必須根據(jù)不凝性氣體中的氫含量(液氯尾氣含氫)來控制原料氯氣的液化程度，就是控制它的液化效率。一般尾氣中氫的體積分?jǐn)?shù)不能超過4%，由此可見氯氣的液化程度必須處于受控狀態(tài)，受到一定的限制。一旦尾氣含氫超標(biāo)，就會(huì)發(fā)生爆炸事故，這種事故在氯堿行業(yè)曾經(jīng)發(fā)生過。

不同含氫量的原料氯氣的液化效率見表1。
表1
不同含量的氯氣的液化效率

液化效率可以用下式計(jì)算。

η%=液氯產(chǎn)量/原料氯氣量×100%

或η%=[1-(100-C1)/C1·C2/(100-C2)]×100/%式中：η為液化效率，%；C1為原料氯氣中氯氣體積分?jǐn)?shù)，%；C2為尾氣中氯氣體積分?jǐn)?shù)，%。

由上可見，氯氣氫含量(含原料氣及尾氣)是相當(dāng)重要的中控指標(biāo)，并且是可以控制掌握的，關(guān)鍵在于加強(qiáng)分析和調(diào)節(jié)。發(fā)現(xiàn)氯內(nèi)含氫超標(biāo)可以采用如下措施：(1)繼續(xù)分板原料氯氣的氯氣純度和液化尾氣中的氯氣純度，以觀察氯內(nèi)含氫是否繼續(xù)上升或下降；(2)適當(dāng)升高氯氣的液化溫度，降低液化效率；(3)適當(dāng)開大氣液分離器頂部尾氣出口的閥門(通往鹽酸合成爐或除害塔處理)，盡可能增加尾氣的流通量，以降低液化效率和加速排除不凝性氣體。但是尾氣閥門千萬不能開得太大，否則很有可能將液體氯一起帶往尾氣流通管道，造成尾氣壓力突然升高，使氯化氫合成爐氯氣過量；若與乙炔氣接觸，會(huì)生成氯乙炔而發(fā)生爆炸。

對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，相應(yīng)的分析條件以及相應(yīng)的閥門安置盡可能要考慮得周到一些。尤其是關(guān)鍵閥門(如氣液分離器出口尾氣閥門)的設(shè)置以及工藝控制點(diǎn)的設(shè)置一定要合理，盡可能把所能發(fā)生的安全隱患考慮周到。另外離子膜法生產(chǎn)燒堿的氯內(nèi)含氫量要比金屬陽極隔膜法生產(chǎn)燒堿的氯內(nèi)含氫量低得多，因此盡可能采用先進(jìn)的制堿方法也是防止氯氣內(nèi)含氫量超標(biāo)的一種方法。