烧碱装置处理氢气、氯气开题报告

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1、一、研究的现状及其意义工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl和H ,并以它们为原料2 2生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的 主要产品NaOH、Cl和H都是重要的化工生产原料，在基本化工原料的“三酸二2 2碱”中，烧碱与盐酸就占据其中两种，除应用于化学工业本身外，可以进一步加 工成多种化工产品，广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业、 有色金属冶炼以及公用事业。1. 烧碱烧碱是基本化工材料之一，它的主要用途最早从制造肥皂开始，后来逐渐用 于造纸等工业。六十年代后，随着石油化工的发展，进一步扩大了烧碱的用途， 因此，烧碱在国民经济中占

2、有重要地位。烧碱在棉纤维的纺织。印染中，主要作为棉布的退浆剂、煮练剂和丝光剂。 在生产粘胶去、纤维时，需要烧碱处理含纤维素的原料，将其中的半纤维素、木 质素除去。每生产一吨粘胶纤维需要高纯度烧碱一吨左右。生产一吨肥皂需要烧 碱180kg，一吨合成剂则需要烧碱150公斤左右。在肥皂工业中，烧碱是制造肥 皂，合成洗涤剂的原料。在造纸工业上，烧碱的用量也很大，在我国约占全年产量 是三分之一左右。此外，在化学工业上烧碱还是生产苯酚、硼砂、草酸、甲酸、磷酸三钠、氰 化钠、离子交换树脂等的原料。2. 氯气氯气的用途更是十分广泛。最早用于制造漂白粉，以后又扩展到制造一系列 无机氯产品，其中主要有液氯。盐酸以

3、及漂白系列和无机氯化物。其消耗量占总 的氯气消耗量的60%左右。氯气主要用于城市自来水的消毒，每吨水约需要液氯20克，如果全国城市人 口按1.5亿计算，每天耗水约为900万吨，则全年消耗氯气65.7万吨，占总的氯 气消耗量的四分之一以上。盐酸是一种用途十分广泛的无机酸，除可以制造一系 列无机氯化物外，在纺织工业上，可利用盐酸的酸性漂白高等棉织物，并可用作 印染助剂：在冶金工业上，盐酸可用作浸取剂把金属离子与矿石分开，也可作为 金属表面清洗剂：在食品工业上，则可利用盐酸的酸性水解淀粉生产葡萄糖以及 生产酱油、味精等调味剂。氯气除了直接用于漂白消毒外，还可以制造一系列漂白消毒剂。在早期主要 制造漂

4、白粉，后来则逐渐被漂白精、次氯酸钠、亚氯酸钠及氯代异氰尿酸类产品 等高效消毒剂代替。在有机氯产品方面，随着石油化工的发展，氯的消耗量迅速增加。其中主要 是用于制造氯乙烯系列、甲烷氯化物系列、环氧化合物系列。在氯乙烯系列中， 主要是生产聚氯乙烯树脂，在生产一吨聚氯乙烯树脂需要用氯约600kg。由于聚 氯乙烯具有许多优良性能且价格较低，因此发展速度很快。我国1990年总的生产 能力已经达到了 120多万吨，其消耗量十分大。甲烷氯化物包括一氯甲烷、二氯 甲烷、四氯甲烷和氯仿。目前我国的生产能力大约在20万吨左右。一氯甲烷主要 用于有机硅的生产，有机硅是一种性能优良的新型合成材料，它兼有无机、有机 材

5、料的双重特性；二氯甲烷主要用于医药、胶片的生产，同时也是一种溶剂和发 泡剂；氯仿和四氯甲烷主要是作为制造有机氟的原料。环氧化合物是一类不含氯的氯产品，因为在制造过程中需要氯或氯化物作为 原料。环氧丙烷目前采用的氯醇法生产，间接消耗大量的氯，而它是制造聚氨酯 泡沫塑料的原料，生产一吨聚氨酯塑料约需要2吨氯。3.氢气氯碱工业副产品的氢气，对国民经济也是很有用的原料。它除用于合成氯化 氢制取盐酸和聚氯乙烯外，另一大用途是植物油加氢生产硬化油。此外还用于炼 钨、有机物加氢等。同时也是一种十分优良的燃料，其高热量和无污染，在未来 有着广阔的前景。蔥醌法生产过氧化氢也需要大量氢，每吨约700800m3 ；

6、生 产一吨异氰酸用氢约1000m3。氢虽是氯碱工业的副产品，若利用好其经济效益不 比氯、碱差。从上述可以了解到氯碱工业及相关产业对国民经济的发展和人民生活水平的 提高起着至关重要的角色,可以说氯碱工业的发展水平代表国家的整体工业水平。我国最早的氯碱工厂为1930年投产的上海天原电化厂（现上海天原化工厂的 前身），日产烧碱2t。新中国成立之初，全国只有少数几家氯碱厂，烧碱年产量 仅1.5万吨，氯产品只有盐酸、液氯、漂白粉等。随着我国工业水平的不断提高, 我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大发展。到1990 年，烧碱产量达331万吨，仅次于美国和日本，位于世界第三位。1995

7、年，烧碱 产量达496万吨，其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨，占总产量的 11.3%。我国烧碱的年产量占世界年产量的比例在十年内从14%升高到30%,见图 1，目前已成为世界上最大的氯碱生产国，产品远销世界各地。然而在国际氯碱产 业链的分工中，欧美日掌握了核心工艺技术、关键设备的制造，中国仅处于“生 产车间”立置，只是氯碱生产大国而非氯碱强国。主要体现在1行业集中度低，无 世界级大公司；2没有形成核心技术工艺，关键设备依赖进口； 3品牌意识淡薄， 只注重产品销售，而忽视品牌经营；4.可持续发展能力差，能耗高，产生的污染 大等。针对上述现状，十分有必要对氯碱工业的生产工艺和技术进行不断

8、的改进， 以提升我国氯碱工业在国际中的竞争力，同时随着人们环境保护意识的增强，对 以氯碱工业为基础的化工生产过程中所造成的污染及其产品对环境造成的影响越 来越重视。在充分发挥氯碱工业在国民经济发展中的作用的同时，应尽量减小其 对环境的不利影响。由此可见在国内氯碱工业有着巨大的发展空间和潜力，努力推进中国氯碱工 业的健康发展十分重要，关乎着整个国家的工业水平和经济发展。中国占世界烧碱的比重稳步增加万吨% 全球疑诚产施-中国疑戚产龍产能占世界比例图1中国氯碱工业占全球比重资料来源：上海氯碱化工股份有限公司二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题针对上述问题，本论文重点从以下两个方面着手考虑问题：1

9、氯气的冷却、干燥问题从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。 对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定 条件下，才能耐湿氯气的腐蚀，使得生产及运输极不方便。但干燥的氯气对钢铁 等常用材料的腐蚀在通常情况下时较小的，所以湿氯气的干燥是生产和使用氯气 过程中的关键问题，这也是本设计中重点解决的问题。做好氯气的干燥问题首先是氯气的冷却。根据在同一压力下，温度愈高，含 水量愈大的原理，降低温度可使湿氯气中的大部分水蒸汽被冷凝除去。由于湿氯 气具有极强的腐蚀性，而金属钛对湿氯气的耐腐性极好。因此，氯气采用钛制冷 却器进行冷却，除去其中大部分的水分。

10、金属钛的价格昂贵，考虑到成本问题， 所以采用湿氯气走管程，以减少成本。但是仅仅冷却干燥不能满足氯气的使用要求。为了使氯气能用钢铁材料制成 的设备及管道进行输送或处理，要求氯气的含水量小于0.05%。因此必须将氯气 中的水分进一步除去。工业上一般采用浓硫酸来干燥氯气，因为浓硫酸具有：（1）不与氯气发生化 学反应；（2）氯气在硫酸中的溶解度小；（3）强烈的吸水性；（4）价廉易得；（5） 对钢铁设备不腐蚀；（6）可以回收利用等特点。而硫酸的干燥能力受硫酸的浓度和温度的影响，硫酸的浓度愈高、温度愈低, 硫酸的干燥能力也就愈大，即氯气干燥后的水分愈少。但如果硫酸的温度太低的 话，则硫酸与水能形成结晶水合

11、物而析出。因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运 过程中，尤其在冬季必须注意控制温度和浓度，以防止管道堵塞。硫酸浓度在84% 时，它的结晶温度为+8C，所以在操作中一般将H SO温度控制在不低于10C。24此外，硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。故用 硫酸干燥湿氯气时，应掌握以下几点：（1）硫酸的浓度，（2）硫酸温度，（3）硫 酸与氯气的接触面积和接触时间。生产中使用的氯气还需要有一定的压力以克服输送系统的阻力，并满足用户 对氯气压力的要求。因此在氯气干燥后还需用气体压缩机对氯气进行压缩。综上所述，氯气处理系统的主要任务是：(1) 氯气冷却；(2) 氯气干燥(3) 稳定和调

12、节电解槽阳极室内的压力，保证电解工序的劳动条件和干燥后的 氯气纯度2.副产品氢气的干燥、除杂问题由电解槽出来的饱和湿氢气中含有大量的水和其它气体，严重影响氢气的 纯度及其使用价值。氢气的干燥问题就至为重要。其干燥问题较氯气干燥问题相比简单，因为 氯气在水中的溶解度很小，可以忽略不计，且不具有腐蚀性。所以工业上一 般采用间接法和直接法除去水分。鉴于本次设计中部充分考虑热综合利用， 间接法耗日较多，故采用直接法工艺喷淋，以简化流程和投资。其选择流程为电解来的氢气经缓冲罐后进入一段洗涤塔，经洗涤从80 C冷却至50C后经二段洗涤塔冷却至30C,以达到工业氢气纯度要求。再经丝 网除雾器，除去其中的杂质。后用罗茨鼓风机抽送至用户。公用系统来自工 业水，经与氢气换热后进入水池，再用泵抽吸返回公用系统制冷后，再次循 环使用。