提高氫氣洗滌效果的工藝改進

高冠英

(江西理文化工有限公司，江西 九江 332207)

江西理文化工有限公司(以下簡稱“江西理文化工”)建設有30萬t/a離子膜燒堿、16萬t/a甲烷氯化物、30萬t/a雙氧水、4萬t/a氯化亞砜、1萬t/a聚四氟乙烯等裝置。為實現(xiàn)能源消耗的綜合利用，提高經濟效益，配套建設熱電廠用于氯堿生產的電力供應，蒸汽用于公司化工項目及園區(qū)的熱力供應。其中燒堿項目第1期15萬t/a裝置于2014年9月建成投產運行，第2期15萬t/a裝置于2017年4月建成投產運行，整個裝置達到設計產能，運行穩(wěn)定。

隨著裝置的長期連續(xù)運行以及下游生產裝置的陸續(xù)投產，系統(tǒng)中有些問題逐漸顯現(xiàn)出來，特別是氫氣處理工段，銜接上下游，對整個生產鏈都有影響。

1 現(xiàn)有氫氣處理工藝

江西理文化工30萬t/a燒堿裝置氫氣處理設計為1套處理裝置。自電解來的高溫濕氫氣經氫氣冷卻器，用循環(huán)水降溫冷卻后進入氫氣洗滌塔。在洗滌塔中，經工業(yè)水循環(huán)、洗滌、冷卻降溫后送入氫氣柜。氫氣自氣柜到氫氣分配臺分配，經過水環(huán)壓縮機加壓供鹽酸合成崗位，經過往復式壓縮機加壓供雙氧水崗位，經過羅茨風機加壓供氟化廠燃燒爐崗位。

原氫氣洗滌工藝流程如圖1所示。

圖1 原氫氣洗滌工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of original hydrogen washing

2 生產運行中存在的問題

經過幾年的連續(xù)運行，逐漸發(fā)現(xiàn)原有的氫氣洗滌效果不佳，導致下游裝置存在設備部件損壞等問題。

2.1 氫氣壓縮機氣閥積堿積鹽，頻繁損壞

氫氣經往復式壓縮機加壓后送雙氧水裝置使用。正常運行1個月左右就會發(fā)現(xiàn)壓縮機閥片出現(xiàn)漏氣，吸氣溫度上升伴隨排氣壓力下降，壓縮機出力不足導致被迫停機檢修，甚至因排氣溫度高聯(lián)鎖跳車。檢查發(fā)現(xiàn)氣閥的閥片上附著有白色的結晶物質卡在環(huán)形閥片之間。壓縮機高速運動中結晶物使閥片受力不均勻，致使閥片和彈簧損壞出現(xiàn)漏氣。取樣分析確認白色結晶物質為氯化鈉和氫氧化鈉。氫氣夾帶的少量水分中含有氯化鈉和氫氧化鈉。壓縮機的排氣溫度在125 ℃以上，在排氣閥處水分變?yōu)闅鈶B(tài)排出，而鹽分和堿分則結晶析出附著在閥片上，最終導致氣閥損壞(見圖2)。

圖2 氣閥結垢損壞示意圖Fig.2 Diagram of a fouled and damaged exhaust valve

2.2 鹽酸合成爐燈頭結鹽

氫氣經水環(huán)式壓縮機加壓后送往鹽酸合成裝置用于合成鹽酸。運行3個月左右，發(fā)現(xiàn)合成爐火焰出現(xiàn)不規(guī)則跳動并夾雜著紅火現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)部分氫氣燈頭炸裂，合成爐被迫停車。將燈頭拆下來檢查發(fā)現(xiàn)，燈頭上附著有許多白色固體物質，將部分氣孔通道堵塞。取出白色固體粉末，使用元素分析儀進行分析檢測，得出如表1所示數據。

表1 元素分析儀檢測結果Table 1 Detection results by elemental analyzer %

用元素分析數據判斷燈頭上附著的白色物質為氯化鈉和氫氧化鈉，其來源應為氫氣中所含的水分帶入，燈頭處溫度高，水分蒸發(fā)，結晶析出(見圖3)。

圖3 燈頭結垢損壞Fig.3 A fouled and damaged burner

3 問題分析

通過氫氣的下游用戶反應的問題分析，判斷氫氣的洗滌效果不佳，導致鹽分和堿分夾帶造成設備損壞，對連續(xù)穩(wěn)定運行造成困擾。由于氫氣中水的夾帶問題無法根本性解決，通過降低水分中鹽分和堿分的含量來解決問題。

4 解決措施

根據對原有的氫氣洗滌的分析，采取工藝技術改進，提高洗滌效果。改進后氫氣洗滌工藝流程如圖4所示。

圖4 改進后氫氣洗滌工藝流程圖Fig.4 Process flow diagram of improved hydrogen washing

4.1 氫氣洗滌塔由原有的空塔改為填料塔

原有的氫氣洗滌塔設計為空塔，洗滌水在塔頂部噴淋而下，與由塔底部向上流動的氫氣逆流接觸時間短，存在洗滌不充分的問題。經過核算對塔體進行改造，增加兩段填料層，選用比表面積較大的階梯環(huán)填料。每層填料段設置洗滌水分布器，使洗滌水均勻噴淋在填料層，防止氣相偏流，使洗滌充分。

4.2 單路噴淋水改為雙路進塔噴淋

原有的氫氣洗滌塔設計為一路洗滌水進塔，容易因為噴淋不均勻而使氫氣洗滌效果不佳。在對塔體改造時改為雙路水進塔噴淋，對應地對填料段的兩段進行噴淋。經過洗滌水的兩次分配徹底解決充分洗滌的問題。

4.3 洗滌塔補水由間歇補水改為連續(xù)補水

原有的氫氣洗滌只是在開車前將洗滌塔的塔釜加入一定量的工業(yè)水用于循環(huán)使用，系統(tǒng)開車后冷卻器的冷凝水進入塔內循環(huán)，多余的部分送去鹽水回收利用。由于洗滌系統(tǒng)的水一直在循環(huán)，而且冷凝水又是含鹽含堿最高的水，導致氣相夾帶出去影響下游使用。將洗滌塔的補水改為連續(xù)補充工業(yè)水，新鮮水的持續(xù)補充使洗滌水的含鹽含堿量很快減低。循環(huán)補水洗滌試驗數據如表2所示。

表2 循環(huán)補水洗滌試驗數據Table 2 Experimental data of washing with make-up circulating water

4.4 冷凝水進塔改為進水封池設計

原來的氫氣工藝設計將冷卻器的氫氣冷凝水引入洗滌塔中，這部分水含鹽含堿量高，且水量較大，對氫氣的洗滌影響較大。所以創(chuàng)新性地將這部分水單獨引出，插入1個水封池中不再進洗滌塔，同時設置1臺廢水泵用于回收冷凝水。

4.5 洗滌水的pH值調節(jié)成中性

原有洗滌塔釜的水是直接進洗滌水泵打至塔頂部作為循環(huán)液使用。由于氫氣自電解過來必然會夾帶堿分，只有在后續(xù)處理時將堿除去才不會對下游用戶產生影響。所以對工藝進行了技術改造，在洗滌塔出口處增加1個中和池，塔釜出來的水在中和池中通過計量泵添加稀鹽酸中和堿分，調節(jié)pH值至中性就將堿分除去。設置pH值在線分析儀，鹽酸計量泵變頻控制即可穩(wěn)定調節(jié)控制。

循環(huán)補水洗滌試驗數據如表3所示。

表3 添加5%鹽酸調節(jié)后，循環(huán)補水洗滌試驗數據Table 3 Experimental data of washing with make-up circulating water added with 5% hydrochloric acid

通過實施以上技術改造措施，解決了氫氣中水分夾帶鹽分和堿分的問題，鹽酸合成爐燈頭運行1年未出現(xiàn)燈頭結鹽現(xiàn)象，氫氣往復壓縮機氣閥維修時間延長至6個月以上，大大延長了檢修周期，穩(wěn)定了生產運行。

5 結語

江西理文化工對生產裝置運行中出現(xiàn)的問題積極研究探索，組織人員進行技術攻關，通過技術改造提高氫氣洗滌效果，徹底解決了氫氣中水分夾帶堿分的問題，將鹽含量控制在合理范圍。