李學(xué)偉，劉彩紅

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

氫氣回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行總結(jié)

李學(xué)偉，劉彩紅

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

介紹了變壓吸附回收氫氣技術(shù)，總結(jié)了氫氣回收裝置的穩(wěn)定運(yùn)行情況，對造成裝置波動(dòng)的因素進(jìn)行了分析并提出了解決辦法。

變壓吸附；氫氣回收

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司于2008年引入山西太原化工廠全套氫氣回收模塊技術(shù)及裝置，2009年投入運(yùn)行至今，裝置運(yùn)行趨于穩(wěn)定。氫氣回收裝置的投用，提高了氯氣的利用率，將附加值低的液氯轉(zhuǎn)化為氯化氫，對聚氯乙烯的增產(chǎn)提產(chǎn)起到了較大作用。

1 變壓吸附回收氫氣技術(shù)簡介

1.1 變壓吸附技術(shù)

變壓吸附是利用吸附劑對不同吸附質(zhì)有選擇性地吸附、并且吸附容量隨壓力變化并發(fā)生變化的特性，在高壓吸附階段除去原料氣中雜質(zhì)組分，在低壓脫附階段脫除這些雜質(zhì)，使吸附劑獲得再生的技術(shù)。從定義上可以看出，變壓吸附需要在不同狀態(tài)下轉(zhuǎn)換，所以吸附過程只能間斷運(yùn)行，為了達(dá)到連續(xù)制取產(chǎn)品，需要配合程序和程控閥，設(shè)置多個(gè)裝置并聯(lián)、多個(gè)狀態(tài)步進(jìn)。

1.2 氫氣回收裝置

氫氣回收裝置就是利用變壓吸附技術(shù)，使用若干裝滿特定吸附劑的吸附塔，通過程序控制一系列程控閥使吸附塔在不同的吸附流程步驟中遞進(jìn)循環(huán)切換，從氯乙烯精餾尾氣中基本連續(xù)的提取純氫，并返回氯化氫系統(tǒng)再次利用的裝置。裝置流程圖如圖1。

精餾尾氣組成主要是 H2、N2、C2H3Cl、C2H2等，吸附塔內(nèi)的吸附劑用來吸附除氫氣以外的氣體，將氫氣純化，回收氫氣。

流程是采用六塔模式，2個(gè)塔同時(shí)吸附、二次均壓沖洗再生的變壓吸附工藝，每個(gè)吸附塔在一次循環(huán)中同樣需經(jīng)歷吸附(A)、第一次壓力均衡降(E1D)、二次壓力均衡降(E2D)、順放（PP）、逆向放壓(D)、沖洗（P1）、第二次壓力均衡升(E2R)、第一次壓力均衡升(E1R)以及最終升壓(FR)9個(gè)步驟。6個(gè)吸附塔在執(zhí)行程序的安排上相互錯(cuò)開，構(gòu)成閉路循環(huán)，以保證原料連續(xù)輸入和產(chǎn)品不斷輸出。

唐山三友公司回收裝置最大處理原料氣能力為3 200 m3/h，具備處理40萬t/a聚氯乙烯規(guī)模尾氣的能力，裝置回收收率為80%以上，產(chǎn)品氣純度為98.5%（體積），最多可回收1 900 m3/h氫氣。

2 電解系統(tǒng)氫氣工藝簡介

2.1 系統(tǒng)介紹

該公司現(xiàn)有2套燒堿系統(tǒng)，一期10萬t/a裝置2005年投產(chǎn)，二期15萬t/a裝置2007年投產(chǎn)。2套燒堿系統(tǒng)分別供應(yīng)氯化氫至對應(yīng)氯乙烯工序，與乙炔反應(yīng)制取氯乙烯，多余氯化氫輸送給集團(tuán)內(nèi)部硅業(yè)公司和近鄰三氯氫硅公司。供應(yīng)氯乙烯工序所有混合于氯化氫中的過剩氫氣，絕大部分經(jīng)變壓吸附制氫裝置得到回收，再返回到用氫單位，循環(huán)利用，提高了氯化氫的產(chǎn)能。氫氣使用平衡圖見圖2。

圖1 變壓吸附制氫裝置示意圖

2.2 工藝流程介紹

氫氣回收工藝流程如圖3所示。

氯乙烯車間兩期裝置的精餾尾氣進(jìn)入氫氣回收裝置，經(jīng)吸附除去雜質(zhì)氣體制得氫氣后，進(jìn)入輸送管線，PV-102閥門控制輸送壓力為0.3 MPa左右，壓力高于0.3 MPa時(shí)，PV-102自動(dòng)打開對氫氣放空，以保證制氫系統(tǒng)壓力不超出極限；2個(gè)程控閥KV-107A/B可以使回收的氫氣在送氣與放空之間切換；氫氣在進(jìn)入燒堿界區(qū)后經(jīng)過控制閥HV-5354調(diào)整后進(jìn)入氫氣分配臺(tái)，可以使用此閥門根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)進(jìn)入燒堿裝置的氫氣流量，回收氫氣流量用FT-5353實(shí)時(shí)顯示；氫氣分配臺(tái)使用PV-5352，使壓力穩(wěn)定在0.1 MPa。

3 運(yùn)行總結(jié)

3.1 穩(wěn)定運(yùn)行情況

以2套燒堿裝置理論生產(chǎn)氯氣量為11 200 m3/h計(jì)算，要制取94%（體積分?jǐn)?shù)）的氯化氫，假設(shè)在氯氫工序保證氫氣分配臺(tái)壓力穩(wěn)定,需放空200 m3/h，剩余氫氣全部投入到合成去制取氯化氫。

此生產(chǎn)過程產(chǎn)生的液氯負(fù)荷可依下面方法計(jì)算：

假設(shè)生產(chǎn)的氯氣、氫氣按1∶1制得，忽略生產(chǎn)損失，氯氣反應(yīng)完全，設(shè)去液氯氯氣總量為B，去氯化氫合成氯氣總量為A，可得方程式：

依據(jù)方程式

可知反應(yīng)后氯化氫的量應(yīng)為氯氣量的2倍 （氫氣過量），氯化氫純度計(jì)算式為

由以上2式可求得送至液氯氯氣總量約為1 450 m3/h，依此可算得每天生產(chǎn)液氯產(chǎn)量約為1 450 m3/h×103/22.4 L/mol×71 g/mol/106×24=110 t。

此部分氯化氫外供給其他單位，其中的過剩氫氣因無法進(jìn)入制氫裝置而得不到回收，需去除約400 m3/h。

因氫氣、氯氣生產(chǎn)總量相等，可知理論回收氫氣量與生產(chǎn)液氯的氯氣量相等，即均為1450（m3/h）。而實(shí)際可回收氫氣總量應(yīng)為1 450-400（無法回收量）-200（氫氣放空量）=850（m3/h）；氫氣回收裝置運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可將液氯產(chǎn)量降至50~55 t/d，則回收氫氣量為（110-55）t/d/24 h×106/71×22.4/103=720 （m3/h）。

回收率為84.7%，大部分氫氣都可回收利用，大大降低了液氯產(chǎn)量，增加了氯化氫的供應(yīng)。

氫氣回收是氯堿企業(yè)氯平衡的一個(gè)新途徑，可提高氯的利用率，增加聚氯乙烯產(chǎn)量，同時(shí)降低高危產(chǎn)品液氯的產(chǎn)量。對氫氣回收裝置來說，系統(tǒng)穩(wěn)定是回收氫氣運(yùn)行平穩(wěn)的前提，要求循環(huán)的各點(diǎn)不能出現(xiàn)斷點(diǎn)，以發(fā)揮氫氣回收的最大作用。

3.2 出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和處理

3.2.1 氫氣回收量變化大、系統(tǒng)壓力波動(dòng)

在運(yùn)行中氫回收裝置會(huì)出現(xiàn)因回收量變化很大引起氫氣分配臺(tái)壓力變化大，這主要是由于氫氣回收的流量與氯乙烯轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的負(fù)荷有很大關(guān)系。如果出現(xiàn)流量波動(dòng)，應(yīng)該首先檢查系統(tǒng)負(fù)荷的變化，氫氣是隨著氯化氫氣體送至氯乙烯裝置的，當(dāng)氯化氫合成崗位的氯化氫轉(zhuǎn)為制備鹽酸時(shí)，氫氣被放空，而無法到氫氣回收裝置，所以，負(fù)荷變化，氫氣量也隨之變化，此時(shí)應(yīng)該用氯氫處理主控調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥門HV-5354控制回收量，穩(wěn)定氫氣回收調(diào)節(jié)閥 （PT-102）的壓力，并由合成崗位降低合成爐部分負(fù)荷。氫氣回收量的穩(wěn)定以整個(gè)裝置的穩(wěn)定作為先決條件。

3.2.2 回收裝置突然跳車

回收裝置因各種原因發(fā)生停車，回收的氫氣流量突然消失，會(huì)造成氯氫處理崗位氫氣分配臺(tái)壓力下降，如處理不及時(shí)，則有可能發(fā)生合成爐過氯事故，威脅生產(chǎn)安全。

氫氣回收停車時(shí)，必須及時(shí)調(diào)整合成爐的負(fù)荷以保證不過氯，降量過程是通過調(diào)整去液氯的氯氣量來平衡的，最快捷方式是由用氫單位氯氫處理主控閥自主調(diào)整去液氯量，降低氯氣分配臺(tái)壓力，然后結(jié)合合成工序調(diào)整負(fù)荷，可保證合成爐不過氯。作為輸出的制氫崗位與用氫的氯氫處理崗位之間應(yīng)及時(shí)溝通，并應(yīng)在DCS控制系統(tǒng)中增加回收裝置的停車報(bào)警，提醒用氫崗位及時(shí)處理事故；在制氫與用氫之間應(yīng)增加氫氣緩沖罐，緩解制氫停車對用氫系統(tǒng)的沖擊。

Summary on operation about the equipment ofhydrogen recovery

LI Xue-wei，LIU Cai-hong
(Tangshan Sanyou Chlor-alkali Co.,Ltd.,Tangshan 063305,China)

The technology of pressure swing adsorption to recoverhydrogen was described.The innovation in daily production for stable operation of hydrogen recovery was introduced.To explain the solutions to dispel the factors that causes the device fluctuate.

PSA;hydrogen recovery

TQ116.2

B

1009－1785(2011)08-0012-03

2011-04-02