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
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。
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
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。