氫氣氣柜在平衡氯氣提升氯化氫產(chǎn)能中的運(yùn)行總結(jié)

董凌彪,慕玉萍，朱玉萍，古新紅，張舟舟

(昊華宇航化工有限責(zé)任公司，河南 焦作 454191)

昊華宇航化工有限責(zé)任公司(以下簡稱“昊華宇航”)燒堿分廠包括一期和二期兩套生產(chǎn)系統(tǒng)，燒堿產(chǎn)能分別為20萬t/a和24萬t/a。

燒堿分廠電解槽產(chǎn)生的氫氣和氯氣經(jīng)過氯氫處理后，按(1.05～1.1)∶1摩爾比進(jìn)入合成爐，在燈頭處燃燒后，生成的氯化氫氣體用于PVC分廠氯乙烯合成，或經(jīng)純水吸收制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥31%的成品鹽酸外售，多余氯氣通過氯氣液化工序生成液氯外售。

氯氣液化工序采用高溫高壓液化工藝，來自氯氣處理工序的0.15 MPa常溫氯氣經(jīng)高壓機(jī)壓縮至0.6～1.2 MPa后，進(jìn)入氯氣液化器，通過7 ℃水換熱生成液氯。燒堿分廠一期和二期裝置的液氯產(chǎn)能均為4萬t/a。

燒堿分廠生成的氯化氫氣體，一部分輸送至PVC分廠，與乙炔氣體反應(yīng)，轉(zhuǎn)化生成氯乙烯單體，氯乙烯單體經(jīng)聚合、干燥后，生成PVC。PVC分廠包括一期和二期兩套生產(chǎn)系統(tǒng)，PVC總產(chǎn)能為40萬t/a。燒堿分廠的另一部分氯化氫氣體外送至三氯氫硅生產(chǎn)企業(yè)生成三氯氫硅(產(chǎn)能為6萬t/a)。

1 項(xiàng)目背景

燒堿分廠二期裝置氫氣處理系統(tǒng)在建設(shè)施工時，根據(jù)節(jié)能的需要，在氫氣洗滌塔出口增設(shè)一條去氫氣氣柜(以下簡稱“氣柜”)的管線，回收PVC分廠的解吸氫氣?；厥盏臍錃饪梢杂糜谝韵虑闆r。

1.1 氯化氫產(chǎn)能與消耗不匹配

在三氯氫硅和PVC滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，三氯氫硅或PVC產(chǎn)能提高，氯化氫用量增大。當(dāng)氯化氫消耗高于燒堿系統(tǒng)氯化氫產(chǎn)能時，可根據(jù)生產(chǎn)需要及設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，通過氣柜回收部分解吸氫氣，降低液氯產(chǎn)量合成氯化氫，用于三氯氫硅或PVC生產(chǎn)。

1.2 液氯產(chǎn)品效益低于成品鹽酸

在生產(chǎn)過程中，昊華宇航生產(chǎn)部門根據(jù)市場產(chǎn)品價格波動情況，適時對液氯及成品鹽酸產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過核算，燒堿分廠兩期系統(tǒng)在滿負(fù)荷生產(chǎn)情況下，一期液氯班產(chǎn)量最少為16 t，二期液氯班產(chǎn)量最少為20 t，此時氫氣全部用于氯化氫合成。當(dāng)液氯市場低迷，生產(chǎn)要求液氯班產(chǎn)量低于36 t時，受氫氣氣量限制，燒堿系統(tǒng)須通過降低生產(chǎn)負(fù)荷控制液氯產(chǎn)量，造成燒堿產(chǎn)量下降。

若出現(xiàn)液氯產(chǎn)品效益低于成品鹽酸效益情況，在不降低燒堿系統(tǒng)負(fù)荷前提下，可降低液氯產(chǎn)量，通過氣柜回收部分解吸氫氣合成氯化氫，用純水吸收生產(chǎn)成品鹽酸，提高成品鹽酸產(chǎn)量，達(dá)到增效創(chuàng)收的目的。

1.3 氯氣液化系統(tǒng)出現(xiàn)故障

在生產(chǎn)過程中，若氯氣液化系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障，如高壓機(jī)葉輪破損、酸霧捕集器濾芯捕集效果差、液化器換熱效率降低等，影響液氯正常生產(chǎn)，液氯產(chǎn)能低于燒堿系統(tǒng)最小要求時，會限制燒堿系統(tǒng)負(fù)荷提升。此時，可通過氣柜回收部分解吸氫氣，用于與系統(tǒng)負(fù)荷提升產(chǎn)生的富余氯氣合成氯化氫，從而提高燒堿產(chǎn)量。

因此，燒堿系統(tǒng)可通過氣柜接收利用解吸氫氣，用于氯化氫合成，從而達(dá)到平衡氯氣提升氯化氫產(chǎn)能的目的。

2 PVC分廠解吸氫氣介紹

解吸氫氣來自于PVC分廠尾氣提氫裝置，該裝置采用變壓吸附技術(shù)(Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA) ，即采用減壓解吸而實(shí)現(xiàn)吸附劑再生的吸附法，回收氯乙烯裝置分餾尾氣中的氫氣等成分，同時使凈化后氣體達(dá)標(biāo)排放?；厥諝錃庖?guī)格如表1所示。

表1 PVC工序的解吸氫氣與燒堿系統(tǒng)氫氣對比

由表1可見，PVC解吸的合格氫氣可進(jìn)入氣柜，通過氫氣泵抽入燒堿二期裝置氫氣系統(tǒng)供合成氯化氫使用。

3 氫氣氣柜作用

氫氣由PVC分廠返回氯化氫合成工序的流程見圖1。

圖1 氫氣由PVC生產(chǎn)裝置至HCl合成的流程簡圖

Fig.1 Diagram of hydrogen flow path from PVC production unit to hydrogen chloride synthesis unit

在生產(chǎn)過程中，根據(jù)實(shí)際情況，燒堿分廠二期裝置通過氫氣氣柜回收PVC分廠解吸氫氣，用于平衡系統(tǒng)氯氣、提升氯化氫產(chǎn)能。

4 氣柜運(yùn)行操作

4.1 投用前置換操作

(1)準(zhǔn)備使用氣柜前，向公司調(diào)度匯報，二期氯氫崗位和PVC分廠檢查氣柜相關(guān)管道及閥門開關(guān)是否到位。

(2)接到調(diào)度通知，氣柜可以使用后，二期氯氫崗位通知PVC分廠，排凈氣柜水封槽內(nèi)的水，開始對氣柜及相關(guān)管道進(jìn)行置換。

(3)PVC分廠開啟氣柜充氮閥，氮?dú)馔ㄟ^解吸氫氣管道進(jìn)入氣柜。氣柜液位上升至一定高度后，二期氯氫崗位開啟界區(qū)氣柜管道排污閥，排氮?dú)庵脫Q。在氣柜和二期排污閥處取氣體進(jìn)行分析，當(dāng)?shù)泻躞w積分?jǐn)?shù)均≤2%時，氮?dú)庵脫Q氣柜及相關(guān)管道合格，停止充氮，二期氯氫崗位關(guān)閉排污閥。

(4)在PVC分廠提氫裝置處取解吸氫氣進(jìn)行分析，當(dāng)氫氣體積分?jǐn)?shù)≥99%時，解吸氫氣具備進(jìn)氣柜條件。

(5)PVC分廠解吸氫氣停止排空，解吸氫氣進(jìn)入氣柜。氣柜液位上升至一定高度后，二期氯氫崗位開啟界區(qū)氣柜管道排污閥，排氫氣置換。在氣柜和二期排污閥處取氣體分析，當(dāng)氫氣體積分?jǐn)?shù)均≥99%時，氫氣置換氣柜及管道合格，氫氣氣柜具備投運(yùn)條件。

4.2 投運(yùn)操作

(1) 氣柜置換合格具備投運(yùn)條件后，二期氯氫崗位關(guān)閉管道排污閥。

(2)待氣柜液位上升至規(guī)定高度后，二期氯氫崗位逐步打開氫氣洗滌塔處回收氣柜氫氣管道閥門，解吸氫氣通過氫氣泵進(jìn)入二期生產(chǎn)系統(tǒng)。

(3)二期氯氫崗位與PVC分廠緊密聯(lián)系，根據(jù)昊華宇航氫氣回收及外售氣量，調(diào)節(jié)氫氣回收閥門及外售閥門開度，使氣柜液位高度趨于穩(wěn)定，氣柜平穩(wěn)運(yùn)行。

4.3 停運(yùn)操作

(1)根據(jù)生產(chǎn)安排或出現(xiàn)異常情況停用氣柜時，二期氯氫崗位通知PVC分廠，逐步關(guān)閉回收氫氣管道閥門，將氣柜從二期生產(chǎn)系統(tǒng)斷開。

(2)PVC分廠根據(jù)生產(chǎn)安排，將解吸氫氣全部外售或排空，并將氣柜水封槽充水至規(guī)定液位，氣柜斷開。

(3)如氣柜長時間停用或進(jìn)行檢修，須用氮?dú)庵脫Q氣柜及相關(guān)管道，操作同4.1(3)，氮?dú)庵脫Q氣柜及管道合格后，氣柜充氮至一定高度備用或進(jìn)行相關(guān)檢修作業(yè)。

5 異常情況的處置及注意事項(xiàng)

(1)氣柜開始使用前，須確認(rèn)氣柜水封槽內(nèi)水排凈，且在使用期間，水封槽內(nèi)嚴(yán)禁充水，保證氣路暢通。

在某次氣柜投用期間，氣柜水封槽充水自動閥發(fā)生內(nèi)漏，水封槽液位逐漸上升，直至封閉氣柜出氣管道，氣柜從二期系統(tǒng)斷開，導(dǎo)致氣柜液位高度快速上升，二期氫氣系統(tǒng)壓力驟降，氯化氫合成崗位進(jìn)爐氯氫配比異常。將水封槽內(nèi)水排凈后，二期生產(chǎn)系統(tǒng)及氣柜液位高度恢復(fù)正常。

(2)進(jìn)行氣柜置換操作前，二期氯氫崗位和PVC分廠確認(rèn)相關(guān)閥門開關(guān)到位，防止發(fā)生介質(zhì)互串；置換期間，加強(qiáng)關(guān)注氣柜液位高度，雷雨天氣嚴(yán)禁進(jìn)行氣柜置換操作；氣柜及相關(guān)管道取樣氣體分析合格后，才可結(jié)束置換，正常投用。

在某次氣柜置換期間，分析管道氣體氮中含氧體積分?jǐn)?shù)>2%(不合格)。經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)氣柜排空自動閥在使用時出現(xiàn)卡頓，閥門開關(guān)不到位，導(dǎo)致空氣通過排空管線進(jìn)入氣柜。儀表人員將排空閥處理后，再次置換，取樣氣體分析合格后，氣柜正常投用。

(3)氣柜在投用期間，二期氯氫崗位須加強(qiáng)關(guān)注氣柜液位高度及氫氣系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)節(jié)或停用。

氣柜在投用期間，受氣溫影響(如晝夜溫差)，氫氣體積變化較大，氣柜高度波動較為明顯，二期氯氫崗位須根據(jù)氣柜高度及系統(tǒng)氫氣壓力變化趨勢等數(shù)據(jù)及時進(jìn)行調(diào)節(jié)。出現(xiàn)異常情況，及時聯(lián)系PVC分廠，將氣柜從生產(chǎn)系統(tǒng)斷開。

(4)氣柜在投用期間，若出現(xiàn)提氫裝置運(yùn)行異常(相關(guān)設(shè)備運(yùn)行故障等)或氣柜異常(氣柜卡頓等)情況，應(yīng)及時將氣柜從二期系統(tǒng)中斷開，待恢復(fù)正常后，再按正常操作步驟投運(yùn)。

氣柜在投用期間，尚未出現(xiàn)因提氫裝置運(yùn)行異?；驓夤癯霈F(xiàn)異常而導(dǎo)致氣柜停用情況。

6 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，燒堿分廠二期系統(tǒng)可通過氫氣氣柜，穩(wěn)定回收PVC分廠解吸氫氣，生產(chǎn)上具備可操作性。

經(jīng)過理論核算和實(shí)際運(yùn)行，在三氯氫硅和PVC滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，三氯氫硅或PVC產(chǎn)能提高，氯化氫用量增大，通過氣柜回收氫氣，降低液氯產(chǎn)量合成氯化氫，可以滿足三氯氫硅或PVC生產(chǎn)的需要。

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，燒堿分廠二期系統(tǒng)通過氫氣氣柜回收PVC分廠解吸氫氣，用于平衡系統(tǒng)氯氣、提升氯化氫產(chǎn)能，在增效創(chuàng)收和能源綜合利用方面具有一定的意義。