10萬t/a氫處理工藝改進探討

田長波，劉紅民，謝文曉

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司，河南 平頂山 467001）

10萬t/a氫處理工藝改進探討

田長波，劉紅民，謝文曉

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司，河南 平頂山 467001）

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

氫氣；處理；工藝；改進；探討

1 氫處理工藝

河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司始建于2004年，一期雙10萬t/a燒堿、PVC工程，其中燒堿部分有河南化工設計院設計，于2005底開車。二期雙20萬t/a燒堿、PVC工程均有化八院設計，2009年6月投產(chǎn)。10萬t/a和20萬t/a氫處理的輸送設備均采用水環(huán)式真空泵。在工藝控制上完全相同，即機組本身有回流，為了保持電解槽陰極室的壓力恒定，在氫壓機出口總管上設一回流管到吸入總管以適應由電槽來的氫氣與氫壓機的吸氣量之間的平衡，這樣，在用戶使用量突然上升時，造成壓力下降，回流自控閥自動調(diào)節(jié)，以保證氫氣前面系統(tǒng)的正常運行。10萬t/a氫處理工藝為冷卻器間接冷卻工藝，流程為：由電解來的高溫濕氫氣首先進入氫氣冷卻器用循環(huán)水間接冷卻至一定溫度，然后進入氫氣壓縮機加壓，經(jīng)氣水分離器進入氫氣后冷卻器，被冷凍水間接冷卻，然后再經(jīng)水霧捕集器后進入氫氣分配臺，分別送往10萬t/a鹽酸或氫氣升壓機。流程示意圖見圖1。

經(jīng)過8年多的運行，逐漸發(fā)現(xiàn)該工藝在滿足下游用戶需求上存在幾個問題。

1.1 氫氣中含堿

由于采用間接冷卻氫氣，無論冷卻介質(zhì)溫度多低，冷卻效果再好，從電解槽陰極出來的飽和濕氫氣必然帶有NaOH，氯氫處理經(jīng)一、二級冷卻器、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會以固體顆粒附著在氫氣壓縮機的機封處，在壓縮機運轉(zhuǎn)時因摩擦會造成氫氣壓縮機機封泄漏，影響機封使用壽命，本來能保用半年的機封往往在一個多月就會泄漏。含堿的冷凝水流到機組周圍，地面有時像下雪一樣，更重要的是泄漏出的氫氣在機組周圍飄逸，嚴重影響安全生產(chǎn)。另外，含有NaOH的氫氣在鹽酸合成爐內(nèi)發(fā)生反應，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，當氫氣溫度降低至30℃時，25 kg氫氣中含有水分10.39 kg；當溫度降到15℃時，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t/a燒堿生產(chǎn)產(chǎn)生的氫氣最終通過合成爐帶走1 039 t/a或397 t/a水分，換算后即氫氣中含水超過15 000×10-6，連續(xù)生產(chǎn)時這些水分以水蒸氣的形式通過合成爐帶走，如果開停車頻繁，有些水分會與爐子內(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t/a氫氣處理流程示意圖

項目投產(chǎn)初期，由于生產(chǎn)負荷不大，前、后冷卻器均為新加工設備，換熱效果較好，當時用氫單位僅有鹽酸的鐵爐和三合一石墨合成爐，生產(chǎn)設備基本上是長周期運行，氫中含水高及含NaOH的副作用沒有顯現(xiàn)出來。隨著運行年限增加，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t鹽酸蒸汽爐氯化氫分配臺爆炸。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，迅速對蒸汽爐的供水泵、汽包等進行檢查，并對輸出氯化氫純度進行分析，正在檢查過程中，一、二號鐵爐和蒸汽爐的氯化氫分配臺突然爆炸，氯化氫總管焊縫斷開二十余個，造成2名工人受傷，部分設備損壞，連續(xù)停車搶修6天才得以恢復正常。事后分析原因為，蒸汽爐制作質(zhì)量有問題；操作工沒有經(jīng)驗，沒有及時判斷出問題并采取停爐措施。最根本原因是氫氣中含水較高，蒸汽爐的換熱管道太薄，蒸汽爐在試車過程中頻繁開停車，爐內(nèi)殘留的氯化氫與水接觸變成鹽酸，鹽酸與鋼鐵發(fā)生化學反應腐蝕下部加熱管，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m3，創(chuàng)造近4 000萬元的收益。2012年9月，尼龍公司檢修時發(fā)現(xiàn)輸送氫氣設備內(nèi)有積水，且從此因氫氣含水高增加了對設備的維修頻次。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臺氫氣干燥器，1開1再生，暫時滿足輸送要求。

2 具體改進措施

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

改進完成后流程為：由電解來的高溫濕氫氣首先進入氫氣洗滌塔下部，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進入氫氣壓縮機加壓，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，分別送至鹽酸合成氯化氫、部分進氫氣緩沖罐后用氫氣升壓機加壓出售，微量氫氣在開停車或壓力波動時進行放空調(diào)節(jié)。工藝流程示意圖見圖2。

圖2 改進后10萬t/a氫氣處理流程示意圖

3 結(jié)語

通過改進，處理后的氫氣質(zhì)量將會明顯好轉(zhuǎn)，對設備的腐蝕、堵塞會明顯下降，氫氣中的水分有所降低。要想保證蒸汽爐的壽命，應該減少開停車次數(shù)，采取有效措施，在停爐后立即對爐子進行干燥，避免在爐內(nèi)產(chǎn)生冷凝酸，安全生產(chǎn)才能實現(xiàn)。

［1］氯堿生產(chǎn)技術.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—）高級工程師，現(xiàn)河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司氯氫廠從事生產(chǎn)管理工作，曾在《中國氯堿》、《氯堿工業(yè)》、《聚氯乙烯》、《河南化工》等雜志發(fā)表論文20多篇。