氫氣回收裝置穩定運行總結

李學偉，劉彩紅

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

氫氣回收裝置穩定運行總結

李學偉，劉彩紅

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

介紹了變壓吸附回收氫氣技術，總結了氫氣回收裝置的穩定運行情況，對造成裝置波動的因素進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及裝置，2009年投入運行至今，裝置運行趨于穩定。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化為氯化氫，對聚氯乙烯的增產提產起到了較大作用。

1 變壓吸附回收氫氣技術簡介

1.1 變壓吸附技術

變壓吸附是利用吸附劑對不同吸附質有選擇性地吸附、并且吸附容量隨壓力變化并發生變化的特性，在高壓吸附階段除去原料氣中雜質組分，在低壓脫附階段脫除這些雜質，使吸附劑獲得再生的技術。從定義上可以看出，變壓吸附需要在不同狀態下轉換，所以吸附過程只能間斷運行，為了達到連續制取產品，需要配合程序和程控閥，設置多個裝置并聯、多個狀態步進。

1.2 氫氣回收裝置

氫氣回收裝置就是利用變壓吸附技術，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循環切換，從氯乙烯精餾尾氣中基本連續的提取純氫，并返回氯化氫系統再次利用的裝置。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個塔同時吸附、二次均壓沖洗再生的變壓吸附工藝，每個吸附塔在一次循環中同樣需經歷吸附(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個步驟。6個吸附塔在執行程序的安排上相互錯開，構成閉路循環，以保證原料連續輸入和產品不斷輸出。

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聚氯乙烯規模尾氣的能力，裝置回收收率為80%以上，產品氣純度為98.5%（體積），最多可回收1 900 m3/h氫氣。

2 電解系統氫氣工藝簡介

2.1 系統介紹

該公司現有2套燒堿系統，一期10萬t/a裝置2005年投產，二期15萬t/a裝置2007年投產。2套燒堿系統分別供應氯化氫至對應氯乙烯工序，與乙炔反應制取氯乙烯，多余氯化氫輸送給集團內部硅業公司和近鄰三氯氫硅公司。供應氯乙烯工序所有混合于氯化氫中的過剩氫氣，絕大部分經變壓吸附制氫裝置得到回收，再返回到用氫單位，循環利用，提高了氯化氫的產能。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入氫氣回收裝置，經吸附除去雜質氣體制得氫氣后，進入輸送管線，PV-102閥門控制輸送壓力為0.3 MPa左右，壓力高于0.3 MPa時，PV-102自動打開對氫氣放空，以保證制氫系統壓力不超出極限；2個程控閥KV-107A/B可以使回收的氫氣在送氣與放空之間切換；氫氣在進入燒堿界區后經過控制閥HV-5354調整后進入氫氣分配臺，可以使用此閥門根據生產情況調節進入燒堿裝置的氫氣流量，回收氫氣流量用FT-5353實時顯示；氫氣分配臺使用PV-5352，使壓力穩定在0.1 MPa。

3 運行總結

3.1 穩定運行情況

以2套燒堿裝置理論生產氯氣量為11 200 m3/h計算，要制取94%（體積分數）的氯化氫，假設在氯氫工序保證氫氣分配臺壓力穩定,需放空200 m3/h，剩余氫氣全部投入到合成去制取氯化氫。

此生產過程產生的液氯負荷可依下面方法計算：

假設生產的氯氣、氫氣按1∶1制得，忽略生產損失，氯氣反應完全，設去液氯氯氣總量為B，去氯化氫合成氯氣總量為A，可得方程式：

依據方程式

可知反應后氯化氫的量應為氯氣量的2倍 （氫氣過量），氯化氫純度計算式為

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液氯產量約為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、氯氣生產總量相等，可知理論回收氫氣量與生產液氯的氯氣量相等，即均為1450（m3/h）。而實際可回收氫氣總量應為1 450-400（無法回收量）-200（氫氣放空量）=850（m3/h）；氫氣回收裝置運行穩定時，可將液氯產量降至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，大大降低了液氯產量，增加了氯化氫的供應。

氫氣回收是氯堿企業氯平衡的一個新途徑，可提高氯的利用率，增加聚氯乙烯產量，同時降低高危產品液氯的產量。對氫氣回收裝置來說，系統穩定是回收氫氣運行平穩的前提，要求循環的各點不能出現斷點，以發揮氫氣回收的最大作用。

3.2 出現的異常現象和處理

3.2.1 氫氣回收量變化大、系統壓力波動

在運行中氫回收裝置會出現因回收量變化很大引起氫氣分配臺壓力變化大，這主要是由于氫氣回收的流量與氯乙烯轉化系統的負荷有很大關系。如果出現流量波動，應該首先檢查系統負荷的變化，氫氣是隨著氯化氫氣體送至氯乙烯裝置的，當氯化氫合成崗位的氯化氫轉為制備鹽酸時，氫氣被放空，而無法到氫氣回收裝置，所以，負荷變化，氫氣量也隨之變化，此時應該用氯氫處理主控調節進氣閥門HV-5354控制回收量，穩定氫氣回收調節閥 （PT-102）的壓力，并由合成崗位降低合成爐部分負荷。氫氣回收量的穩定以整個裝置的穩定作為先決條件。

3.2.2 回收裝置突然跳車

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

氫氣回收停車時，必須及時調整合成爐的負荷以保證不過氯，降量過程是通過調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整去液氯量，降低氯氣分配臺壓力，然后結合合成工序調整負荷，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及時溝通，并應在DCS控制系統中增加回收裝置的停車報警，提醒用氫崗位及時處理事故；在制氫與用氫之間應增加氫氣緩沖罐，緩解制氫停車對用氫系統的沖擊。

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