10万t/a氢处理工艺改进探讨

田长波，刘红民，谢文晓

（河南神马氯碱发展有限责任公司，河南 平顶山 467001）

10万t/a氢处理工艺改进探讨

田长波，刘红民，谢文晓

（河南神马氯碱发展有限责任公司，河南 平顶山 467001）

介绍了氢气处理的工艺流程、特点、处理效果、存在的问题以及解决这些问题所采取的措施。

氢气；处理；工艺；改进；探讨

1 氢处理工艺

河南神马氯碱发展有限责任公司始建于2004年，一期双10万t/a烧碱、PVC工程，其中烧碱部分有河南化工设计院设计，于2005底开车。二期双20万t/a烧碱、PVC工程均有化八院设计，2009年6月投产。10万t/a和20万t/a氢处理的输送设备均采用水环式真空泵。在工艺控制上完全相同，即机组本身有回流，为了保持电解槽阴极室的压力恒定，在氢压机出口总管上设一回流管到吸入总管以适应由电槽来的氢气与氢压机的吸气量之间的平衡，这样，在用户使用量突然上升时，造成压力下降，回流自控阀自动调节，以保证氢气前面系统的正常运行。10万t/a氢处理工艺为冷却器间接冷却工艺，流程为：由电解来的高温湿氢气首先进入氢气冷却器用循环水间接冷却至一定温度，然后进入氢气压缩机加压，经气水分离器进入氢气后冷却器，被冷冻水间接冷却，然后再经水雾捕集器后进入氢气分配台，分别送往10万t/a盐酸或氢气升压机。流程示意图见图1。

经过8年多的运行，逐渐发现该工艺在满足下游用户需求上存在几个问题。

1.1 氢气中含碱

由于采用间接冷却氢气，无论冷却介质温度多低，冷却效果再好，从电解槽阴极出来的饱和湿氢气必然带有NaOH，氯氢处理经一、二级冷却器、氢气泵、气水分离器汇集的氢气中冷凝水中NaOH含量为3.52 g/L，这些NaOH会以固体颗粒附着在氢气压缩机的机封处，在压缩机运转时因摩擦会造成氢气压缩机机封泄漏，影响机封使用寿命，本来能保用半年的机封往往在一个多月就会泄漏。含碱的冷凝水流到机组周围，地面有时像下雪一样，更重要的是泄漏出的氢气在机组周围飘逸，严重影响安全生产。另外，含有NaOH的氢气在盐酸合成炉内发生反应，生成氯化物，经常堵塞空冷管、压力变送器、氢气放水口等，影响生产的连续性。

1.2 氢气中含水高

一般情况下，到达氯氢处理的湿氢气温度为80℃，每生产1 t 100%NaOH产生氢气25 kg，此时的饱和水蒸气含量为205 kg。根据道尔顿分压定律可以分别求出，当氢气温度降低至30℃时，25 kg氢气中含有水分10.39 kg；当温度降到15℃时，氢气中的含水量降到3.97 kg，基本上与目前冬、夏季氢气处理后的温度一致。10万t/a烧碱生产产生的氢气最终通过合成炉带走1 039 t/a或397 t/a水分，换算后即氢气中含水超过15 000×10-6，连续生产时这些水分以水蒸气的形式通过合成炉带走，如果开停车频繁，有些水分会与炉子内的氯化氢接触变成盐酸腐蚀钢制炉体，造成更大的危害。

图1 原10万t/a氢气处理流程示意图

项目投产初期，由于生产负荷不大，前、后冷却器均为新加工设备，换热效果较好，当时用氢单位仅有盐酸的铁炉和三合一石墨合成炉，生产设备基本上是长周期运行，氢中含水高及含NaOH的副作用没有显现出来。随着运行年限增加，前、后冷却器内水垢不断增加，特别是前冷却器因使用循环水，水中杂质堆积在冷却器内致使冷却器换热效果大幅降低，氢气中含水明显升高，造成安全事故。

（1）10万t盐酸蒸汽炉氯化氢分配台爆炸。2013年12月3日3：24，盐酸岗位操作人员发现蒸汽炉汽包液位和压力突然下降，迅速对蒸汽炉的供水泵、汽包等进行检查，并对输出氯化氢纯度进行分析，正在检查过程中，一、二号铁炉和蒸汽炉的氯化氢分配台突然爆炸，氯化氢总管焊缝断开二十余个，造成2名工人受伤，部分设备损坏，连续停车抢修6天才得以恢复正常。事后分析原因为，蒸汽炉制作质量有问题；操作工没有经验，没有及时判断出问题并采取停炉措施。最根本原因是氢气中含水较高，蒸汽炉的换热管道太薄，蒸汽炉在试车过程中频繁开停车，炉内残留的氯化氢与水接触变成盐酸，盐酸与钢铁发生化学反应腐蚀下部加热管，最终酿成事故。

（2）影响放空氢气的回收销售。自2010年12月底成功将富裕放空氢气输送给尼龙公司，2013年底已输送近4 000万m3，创造近4 000万元的收益。2012年9月，尼龙公司检修时发现输送氢气设备内有积水，且从此因氢气含水高增加了对设备的维修频次。并且不能满足其工艺需要。经双方协商于2013年 6月在往尼龙公司输送氢气的管道上加装了2台氢气干燥器，1开1再生，暂时满足输送要求。

2 具体改进措施

为从根本上解决上述问题，经过公司技术论证，决定对10万t/a氢处理工艺进行改进，将现有Ø900 mm×6 683 mm面积为200m2前冷却器改为氢压机后一冷，增加1台Ø2 000×12 000 mm的水洗塔，2台流量100 m3/h循环泵，1台50 m2的板式换热器，将10万t/a氢处理工艺改为与20万t/a氢处理工艺一致。

改进完成后流程为：由电解来的高温湿氢气首先进入氢气洗涤塔下部，自下而上与氢气洗涤液逆流接触，氢气被冷却至45℃左右，氢气中75%~80%的水分得到冷凝，并除去了氢气中所夹带的碱雾。冷却后的氢气由塔顶出来进入氢气压缩机加压，经气液分离器分离，加压后的氢气压力约0.1 MPa，温度约60℃。再经一、二级氢气冷却器分别用循环水和8℃水将氢气冷却至12~15℃，再经水雾捕沫器除去氢气夹带的水雾后经氢气分配台，分别送至盐酸合成氯化氢、部分进氢气缓冲罐后用氢气升压机加压出售，微量氢气在开停车或压力波动时进行放空调节。工艺流程示意图见图2。

图2 改进后10万t/a氢气处理流程示意图

3 结语

通过改进，处理后的氢气质量将会明显好转，对设备的腐蚀、堵塞会明显下降，氢气中的水分有所降低。要想保证蒸汽炉的寿命，应该减少开停车次数，采取有效措施，在停炉后立即对炉子进行干燥，避免在炉内产生冷凝酸，安全生产才能实现。

［1］氯碱生产技术.化工部化工司，1985：346-347.

100 kt/a hydrogen process improvement

TIAN Chang-bo，LIU Hong-min，XIE Wen-xiao
（Henan Shenma Chlor-alkali Development co.，Ltd.，Pingdingshan 467001，China）

Introduced the technological process and characteristics of the original hydrogen treatment，treatment effect and existing problems，methods and measures taken to solve these problems.

hydrogen；deal with；process；improve；discuss

TQ116.2

B

1009－1785（2015）05-0008-02

2014-05-16

刘红民，男（1969—）高级工程师，现河南神马氯碱发展有限责任公司氯氢厂从事生产管理工作，曾在《中国氯碱》、《氯碱工业》、《聚氯乙烯》、《河南化工》等杂志发表论文20多篇。