液氯气化装置及气化方法

专利名称：液氯气化装置及气化方法
技术领域：
本发明属于氯碱及氯制品化工行业中将液氯转化为氯气(原料气)的气化装置及利 用该装置进行液氯气化的方法。
技术背景氯碱行业及部分氯制品行业所需的原料氯气，必须采用将电解所得氯气经液化精制 后，再将液氯气化制得的高纯度氯气。其中，电解氯气的液化是成熟技术，而将液氯气化 成氯气则由于在气化过程中往往因NCl3累积而存在爆炸的危险。氯碱等行业因气化装置 发生爆炸的事故时有发生，且一旦发生爆炸事故轻则造成设备损坏和工作人员伤亡，重则 因大量的氯气泄漏，蔓延，严重威胁工厂附近相当范围内的居民、禽畜的生命安全，而不 得不进行较大范围内的人、畜疏散工作，其危害和经济损失极大。传统的液氯气化器为全 夹套或半夹套式的罐体气化器，罐体上端分别设有液氯进口及气化后的氯气出口，罐体底 部设有残留液氯排放口，夹套内为加热介质。此类气化器为间断式气化器，即每灌注一次 液氯制取一定比例的氯气后，再灌注新鲜液氯进行气化。由于液氯中一般含有10 50ppm 的NCL3，加之其密度大，沸点又远高于液氯，因此在气化过程中气化器内液氯中的NCl3 浓度会不断升高并富集于罐体底部，当其浓度达到临界值时，若遇震动或摩擦、撞击、火 花等即可发生爆炸。因此此类气化器存在以下缺陷 一是气化效率低，例如提供10t/h的 气化氯气，需内径为d)1200、高2.2!!1气化量为lt/h的气化器15套；二是安全及可靠性 差，操作和管理难度大，操作人员精神压力大，所发生的安全事故多由该类气化器引起； 三是资源浪费大，每气化30t—般得排放残留液氯75 100 kg并需92 123 kg烧碱进行 处理，当原料中NCl3含量较高时，资源的浪费更为严重。针对上述缺陷，美国阿姆斯状 (ARMSTRONG)公司生产了一种可对NC 13含量<10 ppm的液氯进行连续气化的装置， 该气化装置主体为一筒形塔体，塔体下部重叠设置有余热水输出腔及热水腔，热水腔的上 部为液氯气化腔，在液氯气化腔下部设有液氯进口，气化腔顶部设有气化后的氯气出口。 双层套管从液氯气化腔的底部穿入腔体内，其外层管的下端与热水腔及液氯气化腔之间的 隔板密封焊接成一体，并与热水腔连通，而内管则穿过热水腔与下层余热水输出腔连通并 与两腔体之间的隔板密封焊接；工作时热水从外、内管之间流入，到管顶后从内管流到余 热水输出腔；此外,在氯气输出管与热水输入阀之间还设有一阀门开度自动调节机构,而液 氯气化腔内的下部液氯段与上部气化段之间还设有一连通式液位计,在液位计与液氯输入 调节阀之间则设有一高液位限流调节机构,以便在液位达到上限时自动将进液阀的开度调 小；在氯气输出管上设有一温度显示及低温报警器,当输出的氯气温度低于设定值时，报警 提示。该气化装置虽然具有可进行连续气化并可自动控制气化过程的供热量、自动限制气 化过程液位的最大高度并调节其流量，同时利用气液平衡的原理、即在连续稳定运行过程 中，当气化腔内的液氯和输出的氯气中NCl3的浓度处于动态平衡时，气化过程中氯气带 走的NC13与补充输入的原料液氯中NCl3的浓度相当时、液氯气化腔内的液氯中NCl3的 浓度也稳定在相应的浓度值、不再升高的原理，耒防止液氯气化过程中因NCl3的浓度过高而发生的爆炸事故。但该气化装置的不足之处在于由于采用一体式液氯及其气化腔，插入该腔内的双层套管组作为热水循环加热管，液氯的上表面积及下部截面积较大，而换 热面积相对较小、即传热强度较小，气化过程中气泡的上升速度及气泡破裂后氯气的上冲速度较慢，因而随气化气带走的NCl3的量较少，亦即气化后的氯气中的NCl3浓度较低。 为了使输入的原料液氯中所含的NC 13的量不致高于气化后氯气带走的NC 13量，就只能提 高对原料液氯纯度的要求；加之该气化装置中液氯是从一侧进入，气化腔内液氯中NC13 浓度不均匀，也降低了气化气中带走的NCl3的量，因此该气化器要求原料液氯中的NCl3 浓度必须〈10ppm;此外，由于加热管自液氯及其气化腔底部向上设置，且热水腔紧贴其 下部， 一旦液氯输入管堵塞或断流，气化腔内的液氯因气化而迅速减少，NCl3浓度急剧升 高、亦易引发爆炸事故。因而该气化装置存在对原料液氯的纯度要求高，应用范围窄，气 化效率较低以及仍存在安全隐患等弊病。 发明内容本发明的目的是针对背景技术存在的弊病，研究设计一种液氯气化装置及气化方法， 以达到确保液氯气化过程中安全可靠，杜绝爆炸事故的发生，降低对原料液氯的纯度要求， 扩大其应用范围，提高液氯气化效率等目的。本发明的解决方案是将筒形塔体的内腔分为原料液氯腔、气化腔及气液分离腔相对独立的三段，气化腔内分别设置液氯气化管组及热水循环室；原料液氯由原料液氯腔进入各气化管内被循环室内的热水加热气化，经气液分离腔分离后，含NCl3分子的氯气由输出管输出。因此，本发明液氯气化装置包括筒形塔体及设于其内的带热水循环加热机构的液 氯气化腔，设于其顶部的带温度显示及低温报警器的氯气输出管，接于氯气输出管口与热 水输入阀之间的阀门开度自动调节机构，带输入阔的原料液氯输入管及其阀门开度自动调 节机构，液位计，关键在于塔体内腔分为三段，而液氯气化腔设于内腔中段，上段为气液分离腔，下段为原料液氯腔；在气化腔内设有热水循环室及一组气化管，在该腔体的上、下端均采用隔板将热水循环室分别与气液分离腔及原料液氯腔密封式隔离，而液氯气化管
组则顺轴向贯穿整个热水循环室及上、下隔板并与原料液氯腔及气液分离腔连通，带调节 阀的热水输入管及余热水输出管则通过与热水循环室对应的塔体上接入；带液氯输入阀的 原料液氯输入管接于原料液氯腔的底部，而原料液氯输入自动调节机构则包括接于原料液 氯腔与气液分离腔之间的差压变送器及接于该差压变送器与液氯输入阀之间的阀门开度 自动调节器；液位计的下端与原料液氯腔连接，其上端则与气液分离腔连接；整套气化装 置通过设于塔体上的支承座紧固于支架上工作。为了防止原料液氯输入自动调节机构因故障失灵而导致液位失控，在液氯输入管上增 设一开关阀，同时在液位计上设置一液位信号采集器并通过开关阀控制器与开关阀连接， 以实现高液位时迅速关闭进入液氯腔的液氯。上述热水输入自动调节机构，包括接于氯气 输出管的压力变送器及接于该压力变送器与热水输入阀之间的阀门开度调节器，该自动调 节机构根据气化装置运行过程中的氯气压力的变化实现热水流量自动调节。而所述原料液 氯腔为锥体形(漏斗形)腔体，原料液氯输入管自该腔体底端接入。而所述液氯输入阀及 热水输入阀开度自动调节机构为电动单元组合仪表或气动单元组合仪表、或计算机集散控 制系统(DCS系统)。本发明液氯气化装置的气化方法包括A, 运行准备首先将氯气输出阔、热水输入阀及其开度自动调节机构、原料液氯输 入自动调节机构及排污阀均置于关闭状态；将压力表、液位计及其液位信号釆集器、开关 阀控制器均置于工作状态并将液位信号采集器的触发点设于气化管管程总高的8~18%的 位置处，同时将开关阀置于常开状态；将氯气出口的温度显示及低温报警器的报警参数设 定为60 68'C并置于"停报"状态；B, 调试运行手动开启原料液氯输入阀并在1.1 1.8MPa压力下将液氯缓慢输入液 氯腔，当液氯进入气化管后手动开启热水输入阀向热水循环室输入60 95'C的热水，当 气液分离腔内的压力达到l.lMPa时开启氯气输出阀，手动调节液氯输入阀及热水输入阀 使气液分离腔内的压力控制在1.1 1.5MPa范围内；C,自动运行待手动调节各参数将气液分离腔内的压力稳定在l.l 1.5MPa、液位 稳定在设定值的下方后，开启热水输入阀开度自动调节机构及原料液氯输入自动调节机 构，整套气化装置投入自动运行。在运行过程中，当气化氯气温度低于设定的报警温度时报警器报警，此时应及时调整 热水输入阀开度自动调节机构或/和原料液氯输入自动调节机构的参数，以确保氯气中不 带液氯雾滴。当原料液氯输入自动调节机构等因故障失灵而导致气化管内液位超过设定的 高液位值时、液位信号采集器触点接通，开关阀控制器发出关闭信号，开关阀快速关闭。
本发明因在塔体底部增设了原料液氯腔并采用间隔设置的气化管内腔作为气化室，管 壁进行热交换，原料液氯可均匀进入各气化管内、NCl3的浓度一致，气化过程中由于管子 内径较小，管壁的热交换面积与背景技术相比相对较大，液氯气化时气泡上升速度快，气 泡破裂时的气体上冲力强，因此随气体带走的NCl3量亦相对较多，因而在气液平衡状态 下，输入的原料液氯中的NCl3的浓度即可相应提高；此外，即使气化管内的液氯降至底 部，由于NCl3的比重较液氯大，亦会逐渐下沉及扩散进入液氯腔，液氯腔内的液氯也向 气化管的液氯扩散，由于相互扩散，有效地降低了气化管内液氯中的NCl3的浓度，使其 远离爆炸的临界浓度。液氯输入自动调节机构可根据气化装置运行过程中液位的变化情况 (即差压)有效控制和调节原料液氯进入量；热水输入自动调节机构可根据气化装置运行 过程中的氯气压力的变,化实现热水输入自动调节，确保气化过程稳定运行；而开关阓及其 高液位信号采集、联锁控制机构的设置又可有效控制气化管内液氯的液位高度，防止未气 化液氯随氯气进入输出管。本发明可利用NC 13浓度在10 50ppm的液氯作为原料且在长 期运行过程中确保气化管内的液氯中NCl3浓度维持在200 850ppm、而大大低于其临界 浓度的45000ppm，亦无残余液氯排放问题；本发明装置的气化效率可较背景技术中的连 续式液氯气化装置提高20%左右。因而具有运行稳定、安全可靠，可有效防止爆炸事故的 发生，应用原料范围广，气化效率高，能耗低等优点。


图l.为本发明气化装置结构示意图。图中1、塔体，2、气化腔，2 — 1、热水循环室，2—2、气化管，2—3、上隔板，2 —4、下隔板，3、气液分离腔，4、液位计，4_1、 4一2:阀门，4一3、开关阀，4一4、 液位信号采集器，4_5、开关阀控制器，5、温度显示及低温报警器，6、氯气输出管，6-1、 氯气输出阀，7、压力表，7—1、阀门，8、支承座，9、热水输入阀，9—1、阀门，9—2 压力变送器，9_3、阀门开度调节器，10、液氯输入阀，10—1、 10—2:阀门，10—3、 差压变送器，10—4、阀门开度调节器，11、取样阀，12、原料液氯腔，13、排污阀；附 图中的虚线为电缆线。
具体实施方式
以10t/h气化量的装置为例筒形塔体l内径(t)900mm、壁厚14mm、总高5800mm， 材质为16MnR，设计压力2.5MPa;热水循环室2—2高3880 mm，气化管2-2直径*32 X4，高4000 mm，共239根，换热面积96m2，上、下隔板2-3、 2-4厚均为60 mm，其 上各开设(J) 32 mm与气化管2-2的连接孔239个并与对应的气化管密封焊接成一体；气液 分离腔3高1200 mm;液位计4为磁翻板液位计，与之连接的管体及阔门4-1、 4-2内径
均为d)50mm、额定压力4.0MPa，液位信号采集器4-4型号为1A/220V (无源保持型)、 防爆等级EExIblICD5，开关阀控制器4-5型号为C315GA0001,开关阀4-3型号50GX ON-OFF;氯气出口 、氯气输出管6及输出阀6-1的内径均为(i) 125 mm、额定压力4.0 MPa， 彼此之间均通过法兰密封连接；压力表7量程为0-4.0 MPa、其阀门7-1内径i25 mm、 额定压力4.0 MPa;热水进、出管内径均为由150 mm、额定压力1.6 MPa、其输入阀9型 号为HTSDN150PN1.6，压力采样阀9-1流道直径d) 14 mm、其连接管4) 14X2 mm，压力 变送器9-2及阀门开度调节器9-3型号分别为EJA430A-DAT4A及C315GA0001;原料液 氯腔12为漏斗形腔体，高600 mm、上端与气化腔2等直径并通过法兰与之紧固密封连 接，底端液氯进口通过型号为HG20592FM的法兰与液氯输入管密封连接，液氯输入管内 径450mm 、液氯输入阀10型号50GX、额定压力均为4.0 MPa，阀门IO—I、 10—2及 其连接管内径480mm 、额定压力4.0MPa，差压变送器10-3型号EJA118W-DMTG4DA, 阀门开度调节器10-4型号C315GA0001;取样阀11及其连接管内径由15 mm、额定压力 4.0MPa;温度显示及低温报警器5与背景技术相同、亦为带温度传感器的声光报警器。 上述气化装置的气化方法A,运行准备将阀门6-l、 9-1、 10－1、 10-2及热水输入阔9、取样阀ll、排污 阀13关闭；温度显示及低温报警器5的报警参数设定为65'C并置于"停报"状态；同时 将阀门4一1、 4一2、 7-1开启，开关阀4一3置于常开状态并将液位信号采集器4-4的触点 置于正对气化管2-2高度600 mm的位置处；B，调试运行手动开启原料液氯输入阀10并通过液氯泵在1.5MPa压力下将液氯缓 慢输入液氯腔12，当液氯进入气化管2-2后手动开启热水输入阀9向热水循环室2-1输入 85'C的热水，当气液分离腔内的压力达到l.lMPa时开启氯气输出阀6-1并调节液氯输入 阀10的开度将气化管2-2内的液位高度稳定在400 mm左右、手动调节热水输入阀9使气 液分离腔3内的压力稳定在1.35MPa;C，自动运行待上述运行稳定后，将温度显示及低温报警器5置于"工作"状态 并开启阀门9-1及10-1、 10-2分别启动热水输入阀9及液氯输入阀10的自动输入调节机 构，整套气化装置便投入自动运行；本装置在满负荷运行时，液氯流量(气化量)10t/h，热水流量为95m3/11。在运行过程中，当气化氯气温度低于设定值时报警器5报警，操作人员应及时调节控 制参数，以确保氯气中不带液氯雾滴。当气化装置因检修等需停车时依次关闭热水阀9、 液氯阀10、氯气阀6-l，然后开启排污阀13将气化器内残余的液氯放回液氯储罐。
权利要求
1、一种液氯气化装置，包括筒形塔体及设于其内的带热水循环加热机构的液氯气化腔，设于其顶部的带温度显示及低温报警器的氯气输出管，接于氯气输出管口与热水输入阀之间的阀门开度自动调节机构，带输入阀的原料液氯输入管及其阀门开度自动调节机构，液位计，其特征在于塔体内腔分为三段，而液氯气化腔设于内腔中段，上段为气液分离腔，下段为原料液氯腔；在气化腔内设有热水循环室及一组气化管，在该腔体的上、下端均采用隔板将热水循环室分别与气液分离腔及原料液氯腔密封式隔离，而液氯气化管组则顺轴向贯穿整个热水循环室及上、下隔板并与原料液氯腔及气液分离腔连通，带调节阀的热水输入管及余热水输出管则通过与热水循环室对应的塔体上接入；带液氯输入阀的原料液氯输入管接于原料液氯腔的底部，而原料液氯输入自动调节机构则包括接于原料液氯腔与气液分离腔之间的差压变送器及接于该差压变送器与液氯输入阀之间的阀门开度自动调节器；液位计的下端与原料液氯腔连接，其上端则与气液分离腔连接；整套气化装置通过设于塔体上的支承座紧固于支架上工作。
2、 按权利要求1所述液氯气化装置，其特征在于在液氯输入管上增设有一开关阀， 同时在液位计上设置一液位信号采集器并通过开关阔控制器与开关阀连接，以实现高液位 时迅速关闭进入液氯腔的液氯。
3、 按权利要求1所述液氯气化装置，其特征在于所述热水输入自动调节机构，包括 接于氯气输出管的压力变送器及接于该压力变送器与热水输入阀之间的阔门开度调节器。
4、按权利要求1所述液氯气化装置，其特征在于原料液氯腔为锥体形腔体，原料液 氯输入管自该腔体底端接入。
5、 按权利要求1所述液氯气化装置，其特征在于液氯输入阀及热水输入阀的开度自 动调节器为电动单元组合仪表或气动单元组合仪表、或计算机集散控制系统。
6、 按权利要求1所述液氯气化装置的气化方法，包括A,运行准备首先将氯气输出阀、热水输入阀及其开度自动调节机构、原料液氯 输入自动调节机构及排污阀均置于关闭状态；将压力表、液位计及其液位信号采集器、开关阀控制器均置于工作状态并将液位信号采集器的触发点设于气化管管程总高的8~18% 的位置处，同时将开关阀置于常开状态；将氯气出口的温度显示及低温报警器的报警参数 设定为60 68'C并置于"停报"状态；B，调试运行手动开启原料液氯输入阀并通过液氯泵在1.1 1.8MPa压力下将液氯 缓慢输入液氯腔，当液氯进入气化管后手动开启热水输入阀向热水循环室输入60 95°C的热水，当气液分离腔内的压力达到l.lMPa开启氯气输出阀，手动调节液氯输入阀及热 水输入阀使气液分离腔内的压力控制在l.l~1.5MPa范围内；C，自动运行待手动调节各参数将气液分离腔内的压力稳定在l.l 1.5MPa、液位 稳定在设定值的下方后，开启热水输入阀开度自动调节机构及原料液氯输入自动调节机 构，整套气化装置投入自动运行。
7、 按权利要求6所述液氯的气化方法，在运行过程中，当气化氯气温度低于设定的 报警温度值报警器报警时，应及时调节热水输入阀开度自动调节机构或/和原料液氯输入 自动调节机构的参数，以确保氯气中不带液氯雾滴。
8、 按权利要求6所述液氯的气化方法，当气化管内液位超过设定的高液位值时液位 信号采集器触点接通，开关阀控制器发出关闭信号，开关阔快速关闭。
全文摘要
本发明属于氯碱及氯制品化工行业中将液氯转化为氯气(原料气)的气化装置及气化方法。其装置包括设有原料液氯腔，带热水循环室及气化管组的气化腔及气液分离腔的筒形塔体；塔体顶部设有带温度显示及低温报警器的氯气输出管；设于底部带液氯输入阀及开关阀的液氯输入管，液位计及其信号采集、开关阀控制器，热水输入、液氯输入阀及对应的阀门开度自动调节机构，压力表。利用其气化液氯的方法包括运行准备、调试运行、自动运行。本发明由于增设了原料液氯腔并采用气化管组气化，有效杜绝了因NCl₃在气化腔内的累积而发生爆炸的危险并提高了气化效率；具有气化过程安全可靠、运行稳定、适应范围广、气化效率高等特点。
文档编号F17C7/04GK101118028SQ200710049668
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者唐登慧, 程新玉, 罗德成 申请人:自贡鸿鹤化工股份有限公司