淺談氯堿氫的一種深度脫水工藝

楊任全，劉煒煒

(上海浦江特種氣體有限公司，上海奉賢 205107)

氫氣具有可燃性，還原性，密度小，無污染等特點(diǎn)，在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。其中，用量最大的是作為一種重要的化工原料，用于生產(chǎn)合成氨、甲醇以及石油煉制過程的加氫、精細(xì)化工和有機(jī)合成用氫等。在電子工業(yè)、冶金工業(yè)、食品加工、浮法玻璃、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用［1］。特別是近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)尤其是一些高科技產(chǎn)品如超大規(guī)模集成電路、光電產(chǎn)品等對(duì)氫需求也越來越大，而且需要?dú)渲械乃脱鹾刻幱?10－6級(jí)或 10－9級(jí)的高純氫(99.999%)，超純氫(99.9999%)的水平。

氫的生產(chǎn)方法主要有烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法、烴類部分氧化法、煤氣化法、甲醇裂解和氨裂解法、水分解法以及副產(chǎn)氫的回收提純等。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各工業(yè)部門的含氫氣源十分豐富，同時(shí)為了提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能減排，副產(chǎn)氫和泄放氫的回收利用被越來越多的企業(yè)所重視。

氯堿廠以食鹽(NaCl)水溶液為原料，采用離子膜電解法或隔膜電解法生產(chǎn)燒堿(NaOH)、氯氣(Cl2)，同時(shí)還得到副產(chǎn)氫氣。據(jù)了解我國的氯堿廠的燒堿生產(chǎn)能力已超過4000×104t/a，若按每生產(chǎn)1 t燒堿可副產(chǎn)氫氣約270 Nm3/t NaOH計(jì)，每年可獲得約19×108Nm3的氫氣［2］。盡管我國每年氯堿氫的產(chǎn)量很高，但是，由于氯堿氫含水量較高，嚴(yán)重影響其應(yīng)用。所以，開發(fā)和優(yōu)化氯堿氫脫水技術(shù)和工藝具有重要的實(shí)際意義。

目前，國內(nèi)氯堿氫的脫水技術(shù)主要以變溫吸附、變壓吸附、變溫變壓吸附為主，現(xiàn)結(jié)合三級(jí)氯堿氫干燥裝置，談一談氯堿氫深度脫水新工藝。

1 氯堿氫一級(jí)脫水

某氯堿工廠采用離子膜法生產(chǎn)燒堿，副產(chǎn)氫氣1200 Nm3/h，含水量為2000×10－6。首先原料氫在0.25 MPa，40℃條件下進(jìn)入脫氧器進(jìn)行催化脫氧，脫除氫氣中氧使其轉(zhuǎn)化為水，出口溫度約70～80℃，脫氧后氫進(jìn)入循環(huán)水冷卻器和冷水冷卻器進(jìn)行冷卻，然后經(jīng)過水分離器，進(jìn)入等壓變溫吸附裝置脫水，此系統(tǒng)由三臺(tái)吸附器和一組程控閥組成。等壓變溫吸附裝置采用三塔操作，二塔進(jìn)料，一次均壓，沖洗解吸工藝流程。三臺(tái)塔交替循環(huán)工作，時(shí)間上相互交錯(cuò)，以此達(dá)到原料氣不斷的輸入，凈化氣不斷輸出的目的。經(jīng)過一級(jí)脫水后氯堿氫的含水量由2000 ×10－6下降到200 ×10－6，工藝流程見圖1。

圖1 氯堿氫一級(jí)脫水工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of the first dehydrated of chloralkalihydrogen

2 氯堿氫二級(jí)脫水

經(jīng)過一級(jí)脫水后氯堿氫的含水量為200×10－6，流量為1000 Nm3/h。一級(jí)脫水后氯堿氫進(jìn)入壓縮機(jī)系統(tǒng)。首先，氯堿氫進(jìn)入氫氣緩沖罐和氣液分離器分離掉游離水，然后依次經(jīng)過一級(jí)、二級(jí)壓縮，氫氣壓力可以由0.5 MPa增壓到1.9 MPa，經(jīng)過二級(jí)壓縮后的氫氣進(jìn)入變壓干燥裝置，此裝置根據(jù)相鄰吸附劑負(fù)載自然平衡原理，在干燥階段，吸附劑從流經(jīng)吸附塔壓力較高的氣體中吸附水分，再生時(shí)回放少量降壓的干燥氣體，將含有水分的吸附劑再生，利用氣體在干燥過程中釋放出的熱進(jìn)行微熱再生，提高再生效果，減少再生氣耗量。變壓干燥裝置有兩臺(tái)干燥器，正常生產(chǎn)時(shí)采用一用一備的方式，保證了連續(xù)生產(chǎn)的要求。通過變壓干燥裝置的氯堿氫再經(jīng)過三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)壓縮，使氫氣增壓到20 MPa。壓縮機(jī)系統(tǒng)每級(jí)壓縮后都有排水裝置，并且要求壓縮機(jī)在開機(jī)前后以及運(yùn)行過程中都要定時(shí)開啟排水閥門，確保壓縮機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。經(jīng)過壓縮機(jī)系統(tǒng)的五級(jí)壓縮脫水和變壓吸附裝置脫水后，氯堿氫的含水量由200×10－6降到50 ×10－6以下，工藝流程見圖2。

圖2 氯堿氫二級(jí)脫水工藝流程圖Fig.2 The process flow diagram of the secondarydehydrated ofchloralkalihydrogen

3 氯堿氫三級(jí)脫水

為了進(jìn)一步降低氯堿氫中的水含量，使氫氣中含水量降低到10×10－6以下，本工藝在二級(jí)脫水裝置的基礎(chǔ)上增加了第三級(jí)深度干燥除水裝置，深度干燥除水裝置的設(shè)計(jì)能力為處理量1200 Nm3/h，將氫中含水量從50×10－6降到10×10－6以下。本裝置以高壓常溫吸附和低壓高溫脫附為原理，采用一塔生產(chǎn)，一塔再生的生產(chǎn)方式，保證了干燥氫的連續(xù)生產(chǎn)，工藝流程見圖3。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析人員連續(xù)16 h的在線檢測(cè)結(jié)果可見，二級(jí)脫水裝置后的氯堿氫的水含量為43.742×10－6，經(jīng)過三級(jí)脫水系統(tǒng)干燥后，氯堿氫的含水量都能達(dá)到1×10－6以下;在線分析前5 h，由于干燥系統(tǒng)和管道內(nèi)水分吹掃不徹底，導(dǎo)致分析結(jié)果偏高。5 h后，干燥系統(tǒng)和管道經(jīng)過充分吹掃，氯堿氫的含水量都能夠小于1×10－6。分析結(jié)果參見表1。

表1 氯堿氫深度脫水裝置水分在線分析結(jié)果Table 1 The consequence of water content by on-line analysis of the deeply dehydrated device

圖3 氯堿氫三級(jí)脫水工藝流程圖Fig.3 The process flow diagram of the thirddehydrated ofchloralkalihydrogen

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了氯堿氫三級(jí)脫水工藝過程，三級(jí)脫水裝置可分別生產(chǎn)水含量為200×10－6、50 ×10－6和 1 ×10－6以下的干燥氫氣，同時(shí)，運(yùn)用在線分析手段，準(zhǔn)確顯示了干燥過程中的氯堿氫水分含量變化規(guī)律。經(jīng)過干燥后的氯堿氫，達(dá)到了客戶的生產(chǎn)工藝所需，取得了極好的效果。

［1］陳霖新，劉玉濤，曹志勇.中國工業(yè)氣體大全.第三冊(cè)［M］.大連:大連理工大學(xué)出版社，2008.

［2］洑春干.談氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫之高純氫工藝流程［C］∥中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會(huì)第十三次會(huì)員代表大會(huì)暨2003年年會(huì)論文集:155-158.