1氯氣液化

氯氣液化過程十分簡單，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，聯產的氯氣總有一定的雜質，對于某些使用場合來說，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，使液態氯純度得到了提高。

1.1.2 便于運輸和貯存

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13-16kg/m3，因此，便于長距離運輸。

1.1.3 用作氯氣的平衡產品


由于氯堿化工企業主產是連續性的，當某一氯氣用戶無法正常耗用氯氣時，將會影響到電解的負荷，而生產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載，從而使整個氯氣供給、使用的生產網絡實現相對穩定。

一般來講，完整的氯喊企業一定會有相當的液氯生產貯備量的，否則該企業生產就處于不穩定的狀態。

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，普通的冷卻水就可以實現氯氣的相變化，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的問世，液氯生產過程采用高壓法的企業會越來越多。據了解，日本德山曹達就有單臺氯氣離心式壓縮機出口壓力達到1.2MPa(G)在線運行中。一般來講，要想取得較高的氯氣壓力，就必須將氯氣壓縮機串聯使用，但生產工藝相對復雜許多。

2 液氯的生產工藝過程

來自氯氣處理后的凈化干燥氯氣(氯氣的體積分數約為96%，氫的體積分數小于0.4%)經分配臺進入氯氣液化器(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，然后氣液混合物進入氣液分離器將液化尾氣進行分離，液化尾氣從頂部進入尾氣管，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組或氟利昂冷凍機組進行制冷和回收循環使用。

來自液氯計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氣)進行抽吸送入液氯包裝鋼瓶。也可以直接從液氯計量槽或液氯貯槽底部用屏蔽液氯泵進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，使氣化器內液體氯迅速氣化，氣化壓力可達1.1MPa，然后將氣化氯壓入液氯計量槽或液氯貯槽，將計量槽或貯槽內的液體氯壓送入鋼瓶進行包裝。但是每次包裝完畢以后，氣化器內氣化氯將直接排入氯氣管網或者直接排往除害塔。另外還必須將氣化器內剩余物(帶液)進行排污和堿處理，以策安全。氣化器內氣化氯帶壓排放進入氯氣管網時，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生。

在鹽水總銨指標超標的情況下，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、高溫的生產工況下進行的。美國公布的液氯生產過程事故樹邏輯分析報告稱，整個液氯生產過程幾乎沒有一個“與門”，全是“活門”。也就是說幾個“與門”一起打開造成事故的幾率是零，而1個“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 液氯生產過程中事故隱患的原因及防范措施

3.1 氯氣內含氫超標

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。在開始進行氯氣液化時，由于氯氣能液比而氫氣則未達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，尚未達到爆炸范圍的下限，所以氯氣內氫的存在不會影響系統的安全。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，達到爆炸范圍，威脅著液氯生產的安全。在液氯制備過程中，必須根據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數不能超過4%，由此可見氯氣的液化程度必須處于受控狀態，受到一定的限制。一旦尾氣含氫超標，就會發生爆炸事故，這種事故在氯堿行業曾經發生過。

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算。

η%=液氯產量/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數，%；C2為尾氣中氯氣體積分數，%。

由上可見，氯氣氫含量(含原料氣及尾氣)是相當重要的中控指標，并且是可以控制掌握的，關鍵在于加強分析和調節。發現氯內含氫超標可以采用如下措施：(1)繼續分板原料氯氣的氯氣純度和液化尾氣中的氯氣純度，以觀察氯內含氫是否繼續上升或下降；(2)適當升高氯氣的液化溫度，降低液化效率；(3)適當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，會生成氯乙炔而發生爆炸。

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