氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣在煉油裝置中的應(yīng)用

鄭紀(jì)東

（山東東明石化集團萬海氯堿有限公司，山東 東明 274500）

東明萬海氯堿化工有限公司現(xiàn)有15萬t/a離子膜燒堿生產(chǎn)裝置。電解裝置副產(chǎn)的氫氣很少一部分用于合成鹽酸，其余全部放空處理，既不安全又造成了資源的巨大浪費。東明石化集團中油公司的25萬t/a加氫精制裝置缺乏高純度的氫氣，為了充分利用現(xiàn)有的氫氣資源，氯堿公司增設(shè)氫氣回收利用設(shè)施，設(shè)1臺1 000 m3濕式氣柜及1套氫氣增壓輸送設(shè)施，回收燒堿裝置產(chǎn)生的氫氣，輸送至中油公司加氫精制裝置，實現(xiàn)資源的綜合利用。

1 氫氣回收裝置工藝流程

由電解工序電解槽陰極室產(chǎn)生的85℃濕氫氣含有大量的水蒸氣和堿霧，通過冷卻降溫，使水由氣態(tài)凝結(jié)為液態(tài)并與氫氣分離，達到氫氣干燥清潔的目的。高溫濕氫氣進入氫處理系統(tǒng)的洗滌塔下部，經(jīng)洗滌液洗滌、冷卻后約為45℃，其中，75%～80%的水分得到冷凝，并除去了氫氣中所夾帶的堿霧。氫氣從塔頂出來，進入液環(huán)式氫氣壓縮機加壓至約0.1 MPa，再經(jīng)水霧捕沫器除去氫氣夾帶的水霧后，經(jīng)氫氣分配臺，一部分送至三合一鹽酸合成爐生產(chǎn)鹽酸；另一部分輸送至氫氣柜。通過1 000 m3濕式氣柜緩沖貯存，緩沖后的氫氣經(jīng)過活塞式壓縮機壓縮后，約為0.7～0.9MPa，輸送至25萬t/a加氫裝置作原料。回收裝置工藝見圖1。

圖1 氫氣回收裝置工藝流程圖

開停車時濃度較低的氫氣、運行過程中的不合格氫氣以及過剩的氫氣經(jīng)分配臺的放空管道和氫氣阻火器排入大氣。

2 控制方案

為了使電解槽氫氣壓力保持穩(wěn)定，在壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制下，由氫氣分配臺設(shè)1條回流氫氣管線到氫氣壓縮機的進口總管。根據(jù)進氫氣洗滌塔的氫氣總管的壓力的變化自動調(diào)節(jié)回流量，以保證電解工序及本工序氫氣壓力的穩(wěn)定。

為了使氣柜柜容保持穩(wěn)定，在壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制下，由壓縮機出口冷卻器后設(shè)1條回流氫氣管線到氣柜的進口總管。根據(jù)柜容變化情況及加氫崗位的壓力變化情況自動調(diào)節(jié)回流量，以保證柜容及加氫崗位氫氣壓力的穩(wěn)定。

為了使前序裝置氫氣壓力保持穩(wěn)定，在壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制下，在氣柜入口管線上設(shè)1個壓力自控調(diào)節(jié)閥，根據(jù)前序氫氣壓力變化情況自動調(diào)節(jié)，以保氫氣壓力的穩(wěn)定。

此外，在氣柜進出口處還各設(shè)1個水封罐，既保證了進出氣柜的氫氣壓力穩(wěn)定，還可在長時間停車時建立一定高度的水封，保證氣柜內(nèi)氫氣不外泄，雜質(zhì)氣體無法進入氣柜。

3 安全要求

氫氣無色無味，人不能憑感覺發(fā)現(xiàn)；比空氣輕，呈上升趨勢；當(dāng)氫氣與空氣或氧氣混合時，形成混合比范圍很寬的易燃易爆混合物。

因此，氫氣對處理系統(tǒng)條件要求苛刻，為保證安全生產(chǎn)，該公司采取的方法為，設(shè)采樣點5個，每8 h采樣一次，嚴(yán)格控制氫氣純度；根據(jù)壓力及流量，嚴(yán)格規(guī)范氫氣管線直徑；從電解到加氫裝置設(shè)多處液封式排凝點，以防管路積水，產(chǎn)生壓力波動；多處設(shè)氮氣引入管，以便在開停車時采用分段置換及意外事故時可局部處理；全部放空管道上均設(shè)有阻火器、氮氣蒸汽引入管。

4 生產(chǎn)中遇到的問題及解決方法

4.1 氫氣放空著火

2008年夏季，在雷雨天氣時，曾出現(xiàn)雷電引燃氫氣放空管中的氫氣，發(fā)生著火事故。盡管放空管上設(shè)有阻火器、氮氣管、蒸汽管，但由于放空管出口氫氣壓力大（約70 kPa）、濃度高，再加上當(dāng)時雷電發(fā)生高度低、強度大，故仍引起氫氣著火。為避免此類事故再次發(fā)生，當(dāng)雷雨天氣且氫氣用戶用量減少需放空時改從電解氫氣總管放空，盡量減少氯氫工序氫氣放空量。因為電解工序氫氣總管氫氣壓力低（約為5 kPa），放空基本屬于自然散逸，應(yīng)避免與雷電接觸的可能。

4.2 氫氣壓力波動

由于氫氣分子量低，故在實際生產(chǎn)中容易引起壓力波動，在加上電解崗位為保護電解槽設(shè)備的完好，設(shè)有連鎖裝置，如氫氣壓力波動較大，往往引發(fā)連鎖導(dǎo)致電解跳停，被迫停工。為解決此類問題，電解設(shè)有氫氣水封罐、氯氫設(shè)有氫氣回流管、氣柜前設(shè)有穩(wěn)壓自控閥、鹽酸氫氣緩沖罐前設(shè)有穩(wěn)壓自控閥。經(jīng)生產(chǎn)實際驗證，效果良好。

4.3 氣柜柜容超高

2009年春季，因1個活塞式氫壓機跳停，而當(dāng)時氫氣量較大，出現(xiàn)柜容超高情況，但由于所用氣柜結(jié)構(gòu)是直升濕式單節(jié)焊接儲氣柜，頂部設(shè)有放空管和放空閥，故很好地解決了柜容超高的問題，未引起生產(chǎn)事故。

4.4 排凝點管線凝結(jié)水結(jié)冰

由于氫氣中含水較多，需要在排凝點定期排凝，但在冬季生產(chǎn)時容易使排凝點出現(xiàn)凍凝無法排水；此外，從液環(huán)式壓縮機到氣柜入口管線較粗（?350 mm）且為裸管，再加上其內(nèi)氫氣壓力較低（70～100 kPa），流速慢，管線內(nèi)凝結(jié)水在低點排凝點積聚結(jié)冰而無法排凝，導(dǎo)致氫氣壓力波動。因此，對液環(huán)式壓縮機到氣柜入口管線用保溫材料保溫，并在各排凝管線上加蒸汽伴熱，保證持續(xù)排凝。經(jīng)生產(chǎn)實際驗證，效果良好。

5 結(jié)語

（1）在幾次非計劃停車中，緊急關(guān)閉氣柜入口前壓力自控閥、氫氣分配臺上現(xiàn)場一次閥、去加氫管線現(xiàn)場一次閥、加氫裝置現(xiàn)場一次閥，對這二段管線包壓，在再次開車時不必對其進行置換；氣柜區(qū)2臺往復(fù)式活塞壓縮機走閉路循環(huán)，既節(jié)約了氫氣資源又節(jié)約了時間。

（2）2009年8月，在按計劃停車進行設(shè)備檢修時，首先關(guān)閉進氣柜區(qū)的進料閥和去加氫的送料閥，并對關(guān)閉的閥門加盲板，然后，停氣柜區(qū)的2臺往復(fù)式活塞壓縮機，再關(guān)閉氣柜進出口蝶閥，并對進出口水封罐建立150 cm液封。

（3）以該公司目前生產(chǎn)能力，每年生產(chǎn)時間7 200 h，每小時回收3 358 m3/h氫氣，每年可回收氫氣2 172 t，每標(biāo)方氫氣按1.3元計算，每年可增效益三千多萬元。自裝置投產(chǎn)以來，已增收3 905萬元。

（4）經(jīng)過增設(shè)氫氣回收利用設(shè)施，避免了氫氣放空，減少了氫氣著火發(fā)生的可能，實現(xiàn)了零排放。