10萬(wàn)t/a氫處理工藝改進(jìn)探討

田長(zhǎng)波，劉紅民，謝文曉

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467001）

10萬(wàn)t/a氫處理工藝改進(jìn)探討

田長(zhǎng)波，劉紅民，謝文曉

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467001）

介紹了氫氣處理的工藝流程、特點(diǎn)、處理效果、存在的問(wèn)題以及解決這些問(wèn)題所采取的措施。

氫氣；處理；工藝；改進(jìn)；探討

1 氫處理工藝

河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司始建于2004年，一期雙10萬(wàn)t/a燒堿、PVC工程，其中燒堿部分有河南化工設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，于2005底開(kāi)車。二期雙20萬(wàn)t/a燒堿、PVC工程均有化八院設(shè)計(jì)，2009年6月投產(chǎn)。10萬(wàn)t/a和20萬(wàn)t/a氫處理的輸送設(shè)備均采用水環(huán)式真空泵。在工藝控制上完全相同，即機(jī)組本身有回流，為了保持電解槽陰極室的壓力恒定，在氫壓機(jī)出口總管上設(shè)一回流管到吸入總管以適應(yīng)由電槽來(lái)的氫氣與氫壓機(jī)的吸氣量之間的平衡，這樣，在用戶使用量突然上升時(shí)，造成壓力下降，回流自控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證氫氣前面系統(tǒng)的正常運(yùn)行。10萬(wàn)t/a氫處理工藝為冷卻器間接冷卻工藝，流程為：由電解來(lái)的高溫濕氫氣首先進(jìn)入氫氣冷卻器用循環(huán)水間接冷卻至一定溫度，然后進(jìn)入氫氣壓縮機(jī)加壓，經(jīng)氣水分離器進(jìn)入氫氣后冷卻器，被冷凍水間接冷卻，然后再經(jīng)水霧捕集器后進(jìn)入氫氣分配臺(tái)，分別送往10萬(wàn)t/a鹽酸或氫氣升壓機(jī)。流程示意圖見(jiàn)圖1。

經(jīng)過(guò)8年多的運(yùn)行，逐漸發(fā)現(xiàn)該工藝在滿足下游用戶需求上存在幾個(gè)問(wèn)題。

1.1 氫氣中含堿

由于采用間接冷卻氫氣，無(wú)論冷卻介質(zhì)溫度多低，冷卻效果再好，從電解槽陰極出來(lái)的飽和濕氫氣必然帶有NaOH，氯氫處理經(jīng)一、二級(jí)冷卻器、氫氣泵、氣水分離器匯集的氫氣中冷凝水中NaOH含量為3.52 g/L，這些NaOH會(huì)以固體顆粒附著在氫氣壓縮機(jī)的機(jī)封處，在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因摩擦?xí)斐蓺錃鈮嚎s機(jī)機(jī)封泄漏，影響機(jī)封使用壽命，本來(lái)能保用半年的機(jī)封往往在一個(gè)多月就會(huì)泄漏。含堿的冷凝水流到機(jī)組周圍，地面有時(shí)像下雪一樣，更重要的是泄漏出的氫氣在機(jī)組周圍飄逸，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。另外，含有NaOH的氫氣在鹽酸合成爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，生成氯化物，經(jīng)常堵塞空冷管、壓力變送器、氫氣放水口等，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。

1.2 氫氣中含水高

一般情況下，到達(dá)氯氫處理的濕氫氣溫度為80℃，每生產(chǎn)1 t 100%NaOH產(chǎn)生氫氣25 kg，此時(shí)的飽和水蒸氣含量為205 kg。根據(jù)道爾頓分壓定律可以分別求出，當(dāng)氫氣溫度降低至30℃時(shí)，25 kg氫氣中含有水分10.39 kg；當(dāng)溫度降到15℃時(shí)，氫氣中的含水量降到3.97 kg，基本上與目前冬、夏季氫氣處理后的溫度一致。10萬(wàn)t/a燒堿生產(chǎn)產(chǎn)生的氫氣最終通過(guò)合成爐帶走1 039 t/a或397 t/a水分，換算后即氫氣中含水超過(guò)15 000×10-6，連續(xù)生產(chǎn)時(shí)這些水分以水蒸氣的形式通過(guò)合成爐帶走，如果開(kāi)停車頻繁，有些水分會(huì)與爐子內(nèi)的氯化氫接觸變成鹽酸腐蝕鋼制爐體，造成更大的危害。

圖1 原10萬(wàn)t/a氫氣處理流程示意圖

項(xiàng)目投產(chǎn)初期，由于生產(chǎn)負(fù)荷不大，前、后冷卻器均為新加工設(shè)備，換熱效果較好，當(dāng)時(shí)用氫單位僅有鹽酸的鐵爐和三合一石墨合成爐，生產(chǎn)設(shè)備基本上是長(zhǎng)周期運(yùn)行，氫中含水高及含NaOH的副作用沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)。隨著運(yùn)行年限增加，前、后冷卻器內(nèi)水垢不斷增加，特別是前冷卻器因使用循環(huán)水，水中雜質(zhì)堆積在冷卻器內(nèi)致使冷卻器換熱效果大幅降低，氫氣中含水明顯升高，造成安全事故。

（1）10萬(wàn)t鹽酸蒸汽爐氯化氫分配臺(tái)爆炸。2013年12月3日3：24，鹽酸崗位操作人員發(fā)現(xiàn)蒸汽爐汽包液位和壓力突然下降，迅速對(duì)蒸汽爐的供水泵、汽包等進(jìn)行檢查，并對(duì)輸出氯化氫純度進(jìn)行分析，正在檢查過(guò)程中，一、二號(hào)鐵爐和蒸汽爐的氯化氫分配臺(tái)突然爆炸，氯化氫總管焊縫斷開(kāi)二十余個(gè)，造成2名工人受傷，部分設(shè)備損壞，連續(xù)停車搶修6天才得以恢復(fù)正常。事后分析原因?yàn)?，蒸汽爐制作質(zhì)量有問(wèn)題；操作工沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有及時(shí)判斷出問(wèn)題并采取停爐措施。最根本原因是氫氣中含水較高，蒸汽爐的換熱管道太薄，蒸汽爐在試車過(guò)程中頻繁開(kāi)停車，爐內(nèi)殘留的氯化氫與水接觸變成鹽酸，鹽酸與鋼鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)腐蝕下部加熱管，最終釀成事故。

（2）影響放空氫氣的回收銷售。自2010年12月底成功將富裕放空氫氣輸送給尼龍公司，2013年底已輸送近4 000萬(wàn)m3，創(chuàng)造近4 000萬(wàn)元的收益。2012年9月，尼龍公司檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)輸送氫氣設(shè)備內(nèi)有積水，且從此因氫氣含水高增加了對(duì)設(shè)備的維修頻次。并且不能滿足其工藝需要。經(jīng)雙方協(xié)商于2013年 6月在往尼龍公司輸送氫氣的管道上加裝了2臺(tái)氫氣干燥器，1開(kāi)1再生，暫時(shí)滿足輸送要求。

2 具體改進(jìn)措施

為從根本上解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)公司技術(shù)論證，決定對(duì)10萬(wàn)t/a氫處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，將現(xiàn)有?900 mm×6 683 mm面積為200m2前冷卻器改為氫壓機(jī)后一冷，增加1臺(tái)?2 000×12 000 mm的水洗塔，2臺(tái)流量100 m3/h循環(huán)泵，1臺(tái)50 m2的板式換熱器，將10萬(wàn)t/a氫處理工藝改為與20萬(wàn)t/a氫處理工藝一致。

改進(jìn)完成后流程為：由電解來(lái)的高溫濕氫氣首先進(jìn)入氫氣洗滌塔下部，自下而上與氫氣洗滌液逆流接觸，氫氣被冷卻至45℃左右，氫氣中75%~80%的水分得到冷凝，并除去了氫氣中所夾帶的堿霧。冷卻后的氫氣由塔頂出來(lái)進(jìn)入氫氣壓縮機(jī)加壓，經(jīng)氣液分離器分離，加壓后的氫氣壓力約0.1 MPa，溫度約60℃。再經(jīng)一、二級(jí)氫氣冷卻器分別用循環(huán)水和8℃水將氫氣冷卻至12~15℃，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(tái)，分別送至鹽酸合成氯化氫、部分進(jìn)氫氣緩沖罐后用氫氣升壓機(jī)加壓出售，微量氫氣在開(kāi)停車或壓力波動(dòng)時(shí)進(jìn)行放空調(diào)節(jié)。工藝流程示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 改進(jìn)后10萬(wàn)t/a氫氣處理流程示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)，處理后的氫氣質(zhì)量將會(huì)明顯好轉(zhuǎn)，對(duì)設(shè)備的腐蝕、堵塞會(huì)明顯下降，氫氣中的水分有所降低。要想保證蒸汽爐的壽命，應(yīng)該減少開(kāi)停車次數(shù)，采取有效措施，在停爐后立即對(duì)爐子進(jìn)行干燥，避免在爐內(nèi)產(chǎn)生冷凝酸，安全生產(chǎn)才能實(shí)現(xiàn)。

［1］氯堿生產(chǎn)技術(shù).化工部化工司，1985：346-347.

100 kt/a hydrogen process improvement

TIAN Chang-bo，LIU Hong-min，XIE Wen-xiao
（Henan Shenma Chlor-alkali Development co.，Ltd.，Pingdingshan 467001，China）

Introduced the technological process and characteristics of the original hydrogen treatment，treatment effect and existing problems，methods and measures taken to solve these problems.

hydrogen；deal with；process；improve；discuss

TQ116.2

B

1009－1785（2015）05-0008-02

2014-05-16

劉紅民，男（1969—）高級(jí)工程師，現(xiàn)河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司氯氫廠從事生產(chǎn)管理工作，曾在《中國(guó)氯堿》、《氯堿工業(yè)》、《聚氯乙烯》、《河南化工》等雜志發(fā)表論文20多篇。