烧碱系统回收氢气与放空氢气的利用

烧碱系统回收氢气与放空氢气的利用严旭;侯凤银;李学伟【摘要】结合生产实践，改造氢气的回收与氢气外送工艺流程.氢气回收装置和外送氢气装置设置连锁，保障安全.改造后,系统运行稳定，产品的利用率提高，经济效益增加.%Combinedwithproductionpractice,theprocessflowofhydrogenrecoveryanddeliverywasreformed.Thehydrogenrecoveryunitandthehydrogendeliveryunitwereinterlockedtoensuresafety.Afterthereformwasmade,thesystemransteadily,theutilizationrateofhydrogenincreasedandtheeconomicbenefitincreased.【期刊名称】《氯碱工业》【年(卷)，期】2018(054)002【总页数】4页(P18-21)【关键词】氢气回收;氢气外送;技术改造【作者】严旭;侯凤银;李学伟【作者单位】唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305;唐山三友氯碱有限责任公司,河北唐山063305;唐山三友氯碱有限责任公司,河北唐山063305【正文语种】中文【中图分类】TQ028.2近几年，资源环境因素在经济发展竞争中的作用日益突显，发展循环经济和建设产业园区成为实现经济利润、环境效益双赢的重要途径。产业园区不仅可以集中治理污染，依托先进生产工艺与技术，也能循环利用产业园区内子公司所产物料，提高利用率，部分物质资源或热量等甚至可以实现梯级利用。唐山三友氯碱有限责任公司(以下简称“三友氯碱”)隶属于唐山三友集团。唐山三友集团立足横向发展、扩大经济规模的发展战略，下辖13个公司。2012年三友氯碱烧碱生产规模已由2005年的10万t/a扩建至50万t/a。目前防治污染、保护环境成为公司发展考虑的前提和主要方面。三友氯碱一直从不同方向提高烧碱生产副产品利用率，不断创新尝试，提高烧碱系统整体节能减排水平，增强企业竞争力。1氢气处理工艺流程介绍从离子膜电解来的氢气温度高，含有大量的水分，经过氯氢处理工序进一步降温、压缩、脱水处理后，其中一部分氢气与氯气以(1.05~1.1):1的体积比送往氯化氢合成工序用于合成高纯盐酸及氯化氢气体。氯化氢气体用于与乙炔反应生成氯乙烯单体，另一部分氢气放空处理。离子膜电解反应方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2。烧碱生产过程中同时副产相同摩尔量的氯气、氢气。氢气放空量的多少取决于烧碱系统整体氯气平衡情况。送往液氯岗位的氯气量越大，液氯产量越高，氢气放空量也会相应增大，造成一定程度上烧碱副产氢气的浪费。氯化氢合成反应方程式：H2+Cl22HCl。其中氢气、氯气的理论配比通常为(1.05~1.1):1。如比例过小，生产氯化氢气体时含游离氯影响氯乙烯转化的安全；生产盐酸时会造成产品游离氯过高及尾气含氯，污染环境。因此鉴于安全考虑，送往单体车间的氯化氢气体中夹杂着部分氢气。相对来讲，氯化氢合成反应过程本身就是一定程度上氢气资源的损失。从以上两方面考虑，制定了送单体车间过剩氢气回收和多余放空氢气外送的应对之策。2氢气回收2.1变压吸附原理变压吸附简称PSA。任何一种吸附剂对于同一被吸附气体(吸附质)来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大；反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。因此，气体的吸附分离方法，通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。吸附分离是利用吸附剂对特定气体吸附和解吸能力上的差异进行分离的。为了促进这个过程的进行，现在使用的吸附剂主要有变压吸附硅胶、活性氧化铝、高效Cu系吸附剂、锂基制氧吸附剂等。由于变压吸附过程有加压吸附和低压解吸两个过程，所以单套的变压吸附制氢装置只能间歇进行。为此氯乙烯车间设置了6台吸附器，并且设置了DCS程控阀门和程序，来保证吸附制氢连续进行［1］。2.2氢气回收工艺流程回收氢气的目的就是将氯乙烯车间回收氢气全部并入氢气分配台用于合成氯化氢气体；最终将氢气放空阀关小。回收氢气进入缓冲罐，保证氢气压力0.2~0.3MPa,经调节阀进入第1期、第2期氢气分配台。氢回收量约800m3/a,缓冲后能最大程度稳定氢气主管压力。氢回收投用后中控岗位通知合成逐步提量，逐步关小氢气放空阀。待放空关小至5%左右，合成调节各炉氯化氢体积分数(92%~95%)。氢气回收工艺流程图如图1所示。图1氢气回收工艺流程图Fig.1Processflowofhydrogenrecovery2.3氢回收装置开停车操作开车操作：氯乙烯车间变压吸附制氢装置进行氮气置换，氯氢处理现场打开进界区调节阀前后手动阀，确认进氢气分配台阀门关闭，打开放空阀门，由中控室手动部分打开自动阀，开始管线空气清除。置换0.5h左右，通知质检部门对置换管线取样分析，确认含氧体积分数小于1%为合格。置换合格后，氯乙烯车间开始变压吸附制氢，氢气制取纯度合格后（氢气体积分数＞96%）,由调度通知并入。中控人员打开氢气回收自动阀，将回收氢气并入系统，放空管线保持放空15min。放空操作完成后，由中控室通知氯乙烯车间，并短时关闭自动阀，氯氢现场关闭放空阀，缓慢打开进氢气分配台阀门。回收氢气并入分配台，再由中控室投入回收阀门连锁，手动缓慢打开回收自动阀，增加回收量。当氢气分配台放空自动阀开度增大后，通知合成岗位进行合成炉提量操作，直至氢气回收岗位放空阀PV-102全关。中控人员适当调节回收自动阀，使氢气回收缓冲罐压力PT-102稳定，保持氢气分配台压力稳定。氢气回收运行稳定后，随时监控氢气回收缓冲罐压力PT-102，根据压力通知合成岗位控制合成炉的负荷，保持PT-102压力在0.2~0.3MPa。停车操作：逐步减少氢气回收量，同时合成工序配合调节合成炉负荷。当氢气回收自动阀全关后，氢气回收转由单体车间PV-102控制。氢气回收突然停车时，会在中控室和合成岗位出现报警，中控室与合成岗位立即配合进行合成炉减量操作，保持氢气、氯气配比，避免过氯。2.4应急停车预案若氯乙烯车间氢回收装置出现问题停车，或PT-102压力低于氢气回收自动阀阀后压力，DCS立即关闭氢回收调节阀，保持氢气分配台压力稳定，然后通知值班长、车间、调度室。当切出氢气回收装置运行时，保证在氢气系统放空开度不小于5%的条件下运行。氢回收退出系统后，会出现氢气压力下降。为避免合成炉过氯，电解岗位根据实际情况降电流，氯氢处理岗位适当降低氯气压力、调节去液化量、尽量少走废气保证主管压力，通知现场注意加强分析碱浓度，协助合成岗位降量调整。调整过程中一定要稳定，尽量缩短二次调量的过程。3氢气外送3.1热解法制备气相二氧化硅工艺此项改造的目的是把原有放空的氢气经管道输送至二氧化硅生产企业唐山奥瑟亚化工有限公司（以下简称“奥瑟亚”），合理利用氢气。奥瑟亚以唐山三孚硅业有限公司副产品四氯化硅、唐山三友氯碱氢气为原料，通过热解工艺生产气相二氧化硅。反应式为：SiCl4+2H2+O2SiO2+4HCl。反应空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。四氯化硅在高温下汽化（火焰温度1000-1800°C）后，与一定量的氢和氧（或空气）在1800^左右的高温下进行气相水解。反应产物气相二氧化硅（俗称气相白炭黑）广泛用于石油化工、化妆品、医药、环保等各种领域。同时副产质量分数30%的盐酸和质量分数10%的次氯酸钠，盐酸再返回唐山三友有机硅，形成绿色循环产业链。气相二氧化硅新工艺的出现，改变了气相二氧化硅工业的发展模式，使得气相二氧化硅工业和有机硅单体工业之间的关系更加密切，解决了有机硅单体工业和氯碱公司烧碱生产副产物的出路问题。气相二氧化硅生产过程中的副产物盐酸可返回有机硅单体合成车间，用于单体的合成，而生产的气相二氧化硅产品则大部分用于有机硅产品的后加工，形成资源的循环利用。3.2改造后工艺流程成品氢气从氢气分配台出来经PV-5358调节控制外送至奥瑟亚，在流量阀后压力降至约80kPa。烧碱第1期、第2期氢气在蒸发西侧汇合后与第4期氯氢处理送出的氢气合并经过流量表FT-8030，最后送进奥瑟亚界区。3套外送氢气系统分别设置切断阀与其他系统有效切断，保障安全。第1期界区内分别设有自动泄压阀PV-5357，防止奥瑟亚用气不稳、压力过高而影响分配台压力稳定，正常氢气外送情况下由PV-5358和PV-5352同时调节。氢气外送流程如图2所示。3.3日常运行控制正常开车：夕卜送至奥瑟亚氢气开车前，打开第1、2期奥瑟亚氢气管线充氮气阀门，置换整个管线，置换30min，连续2次取样合格，确保置换彻底。确认PV-5358关闭、HV-5356打开。现场缓慢打开氢气分配台根部手动阀，注意氢气压力稳定。待分配台根部手动阀全开后，DCS先将2PV-5357投入自动控制，设定值为80kPa，然后缓慢打开PV-5358，同时注意PT-5357、PT-5352压力稳定。随PV-5358阀门打开，阀门PV-5357自动打开，同时PV-5352逐渐关闭。将PV-5352阀门开度全部倒至PV-5358时，更改PV-5352设定值为102kPa，并保持自动状态。系统运行稳定后，PV-5358投入自动，设定值为100kPa。正常停车：氯氢处理中控接到调度指令后，首先将PV-5358调为手动，PV-5352设定值调整为100kPa。氯氢处理DCS根据分配台压力缓慢将PV-5358全关。根据具体停车要求及时间，确定管线是否进行氮气置换，长时间停车时即停车时间超过24h,关闭HV-5356，倒换PV-5358开度至PV-5352后，通知现场关闭分配台处根部手动阀。如长时间停车且需置换时，确认关闭根部手动阀后，DCS打开PV-5358，通知现场打开充氮气阀门，根据PT-5357压力打开PV-5357，置换HV-5356至分配台管线。本界区置换15min后，联系调度室通知奥瑟亚打开置换放空阀门，关闭PV-5357，打开HV-5356，氮气置换整个氢气管线，直至氮中含氢体积分数小于0.5%为合格。系统置换合格后，联系调度室关闭奥瑟亚放空置换阀门，系统保压50kPa。图2氢气外送流程图Fig.2Diagramofhydrogendelivery3.4突发情况的应急处理奥瑟亚紧急停车时会导致外送氢气管线压力突然升高，发生此类情况时，氯氢处理中控立即关闭切断阀HV-5356。同时调节PV-5357、PV-5352稳定分配台压力，并联系氯化氢合成岗位保证氯化氢纯度。待分配台压力平稳后，根据通知指令执行正常开车。4氢气系统改造后增加连锁设置为保证烧碱装置的安全性，对氯乙烯氢气回收装置和外送氢气至奥瑟亚两项改造设置了连锁(如图3所示)。任何一期烧碱系统连锁停车，均能及时切断系统，保障安全。图3氯乙烯氢气回收装置和外送氢气至奥瑟亚两项改造设置的连锁图Fig.3Diagramofinterlockingthedeviceofrecovering