燒堿系統(tǒng)回收氫氣與放空氫氣的利用

燒堿系統(tǒng)回收氫氣與放空氫氣的利用嚴旭;侯鳳銀;李學(xué)偉【摘要】結(jié)合生產(chǎn)實踐，改造氫氣的回收與氫氣外送工藝流程.氫氣回收裝置和外送氫氣裝置設(shè)置連鎖，保障安全.改造后,系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)品的利用率提高，經(jīng)濟效益增加.%Combinedwithproductionpractice,theprocessflowofhydrogenrecoveryanddeliverywasreformed.Thehydrogenrecoveryunitandthehydrogendeliveryunitwereinterlockedtoensuresafety.Afterthereformwasmade,thesystemransteadily,theutilizationrateofhydrogenincreasedandtheeconomicbenefitincreased.【期刊名稱】《氯堿工業(yè)》【年(卷)，期】2018(054)002【總頁數(shù)】4頁(P18-21)【關(guān)鍵詞】氫氣回收;氫氣外送;技術(shù)改造【作者】嚴旭;侯鳳銀;李學(xué)偉【作者單位】唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北唐山063305;唐山三友氯堿有限責(zé)任公司,河北唐山063305;唐山三友氯堿有限責(zé)任公司,河北唐山063305【正文語種】中文【中圖分類】TQ028.2近幾年，資源環(huán)境因素在經(jīng)濟發(fā)展競爭中的作用日益突顯，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和建設(shè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)成為實現(xiàn)經(jīng)濟利潤、環(huán)境效益雙贏的重要途徑。產(chǎn)業(yè)園區(qū)不僅可以集中治理污染，依托先進生產(chǎn)工藝與技術(shù)，也能循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)子公司所產(chǎn)物料，提高利用率，部分物質(zhì)資源或熱量等甚至可以實現(xiàn)梯級利用。唐山三友氯堿有限責(zé)任公司(以下簡稱“三友氯堿”)隸屬于唐山三友集團。唐山三友集團立足橫向發(fā)展、擴大經(jīng)濟規(guī)模的發(fā)展戰(zhàn)略，下轄13個公司。2012年三友氯堿燒堿生產(chǎn)規(guī)模已由2005年的10萬t/a擴建至50萬t/a。目前防治污染、保護環(huán)境成為公司發(fā)展考慮的前提和主要方面。三友氯堿一直從不同方向提高燒堿生產(chǎn)副產(chǎn)品利用率，不斷創(chuàng)新嘗試，提高燒堿系統(tǒng)整體節(jié)能減排水平，增強企業(yè)競爭力。1氫氣處理工藝流程介紹從離子膜電解來的氫氣溫度高，含有大量的水分，經(jīng)過氯氫處理工序進一步降溫、壓縮、脫水處理后，其中一部分氫氣與氯氣以(1.05~1.1):1的體積比送往氯化氫合成工序用于合成高純鹽酸及氯化氫氣體。氯化氫氣體用于與乙炔反應(yīng)生成氯乙烯單體，另一部分氫氣放空處理。離子膜電解反應(yīng)方程式為：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2。燒堿生產(chǎn)過程中同時副產(chǎn)相同摩爾量的氯氣、氫氣。氫氣放空量的多少取決于燒堿系統(tǒng)整體氯氣平衡情況。送往液氯崗位的氯氣量越大，液氯產(chǎn)量越高，氫氣放空量也會相應(yīng)增大，造成一定程度上燒堿副產(chǎn)氫氣的浪費。氯化氫合成反應(yīng)方程式：H2+Cl22HCl。其中氫氣、氯氣的理論配比通常為(1.05~1.1):1。如比例過小，生產(chǎn)氯化氫氣體時含游離氯影響氯乙烯轉(zhuǎn)化的安全；生產(chǎn)鹽酸時會造成產(chǎn)品游離氯過高及尾氣含氯，污染環(huán)境。因此鑒于安全考慮，送往單體車間的氯化氫氣體中夾雜著部分氫氣。相對來講，氯化氫合成反應(yīng)過程本身就是一定程度上氫氣資源的損失。從以上兩方面考慮，制定了送單體車間過剩氫氣回收和多余放空氫氣外送的應(yīng)對之策。2氫氣回收2.1變壓吸附原理變壓吸附簡稱PSA。任何一種吸附劑對于同一被吸附氣體(吸附質(zhì))來說，在吸附平衡情況下，溫度越低，壓力越高，吸附量越大；反之，溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體的吸附分離方法，通常采用變溫吸附或變壓吸附兩種循環(huán)過程。吸附分離是利用吸附劑對特定氣體吸附和解吸能力上的差異進行分離的。為了促進這個過程的進行，現(xiàn)在使用的吸附劑主要有變壓吸附硅膠、活性氧化鋁、高效Cu系吸附劑、鋰基制氧吸附劑等。由于變壓吸附過程有加壓吸附和低壓解吸兩個過程，所以單套的變壓吸附制氫裝置只能間歇進行。為此氯乙烯車間設(shè)置了6臺吸附器，并且設(shè)置了DCS程控閥門和程序，來保證吸附制氫連續(xù)進行［1］。2.2氫氣回收工藝流程回收氫氣的目的就是將氯乙烯車間回收氫氣全部并入氫氣分配臺用于合成氯化氫氣體；最終將氫氣放空閥關(guān)小。回收氫氣進入緩沖罐，保證氫氣壓力0.2~0.3MPa,經(jīng)調(diào)節(jié)閥進入第1期、第2期氫氣分配臺。氫回收量約800m3/a,緩沖后能最大程度穩(wěn)定氫氣主管壓力。氫回收投用后中控崗位通知合成逐步提量，逐步關(guān)小氫氣放空閥。待放空關(guān)小至5%左右，合成調(diào)節(jié)各爐氯化氫體積分數(shù)(92%~95%)。氫氣回收工藝流程圖如圖1所示。圖1氫氣回收工藝流程圖Fig.1Processflowofhydrogenrecovery2.3氫回收裝置開停車操作開車操作：氯乙烯車間變壓吸附制氫裝置進行氮氣置換，氯氫處理現(xiàn)場打開進界區(qū)調(diào)節(jié)閥前后手動閥，確認進氫氣分配臺閥門關(guān)閉，打開放空閥門，由中控室手動部分打開自動閥，開始管線空氣清除。置換0.5h左右，通知質(zhì)檢部門對置換管線取樣分析，確認含氧體積分數(shù)小于1%為合格。置換合格后，氯乙烯車間開始變壓吸附制氫，氫氣制取純度合格后（氫氣體積分數(shù)＞96%）,由調(diào)度通知并入。中控人員打開氫氣回收自動閥，將回收氫氣并入系統(tǒng)，放空管線保持放空15min。放空操作完成后，由中控室通知氯乙烯車間，并短時關(guān)閉自動閥，氯氫現(xiàn)場關(guān)閉放空閥，緩慢打開進氫氣分配臺閥門?；厥諝錃獠⑷敕峙渑_，再由中控室投入回收閥門連鎖，手動緩慢打開回收自動閥，增加回收量。當(dāng)氫氣分配臺放空自動閥開度增大后，通知合成崗位進行合成爐提量操作，直至氫氣回收崗位放空閥PV-102全關(guān)。中控人員適當(dāng)調(diào)節(jié)回收自動閥，使氫氣回收緩沖罐壓力PT-102穩(wěn)定，保持氫氣分配臺壓力穩(wěn)定。氫氣回收運行穩(wěn)定后，隨時監(jiān)控氫氣回收緩沖罐壓力PT-102，根據(jù)壓力通知合成崗位控制合成爐的負荷，保持PT-102壓力在0.2~0.3MPa。停車操作：逐步減少氫氣回收量，同時合成工序配合調(diào)節(jié)合成爐負荷。當(dāng)氫氣回收自動閥全關(guān)后，氫氣回收轉(zhuǎn)由單體車間PV-102控制。氫氣回收突然停車時，會在中控室和合成崗位出現(xiàn)報警，中控室與合成崗位立即配合進行合成爐減量操作，保持氫氣、氯氣配比，避免過氯。2.4應(yīng)急停車預(yù)案若氯乙烯車間氫回收裝置出現(xiàn)問題停車，或PT-102壓力低于氫氣回收自動閥閥后壓力，DCS立即關(guān)閉氫回收調(diào)節(jié)閥，保持氫氣分配臺壓力穩(wěn)定，然后通知值班長、車間、調(diào)度室。當(dāng)切出氫氣回收裝置運行時，保證在氫氣系統(tǒng)放空開度不小于5%的條件下運行。氫回收退出系統(tǒng)后，會出現(xiàn)氫氣壓力下降。為避免合成爐過氯，電解崗位根據(jù)實際情況降電流，氯氫處理崗位適當(dāng)降低氯氣壓力、調(diào)節(jié)去液化量、盡量少走廢氣保證主管壓力，通知現(xiàn)場注意加強分析堿濃度，協(xié)助合成崗位降量調(diào)整。調(diào)整過程中一定要穩(wěn)定，盡量縮短二次調(diào)量的過程。3氫氣外送3.1熱解法制備氣相二氧化硅工藝此項改造的目的是把原有放空的氫氣經(jīng)管道輸送至二氧化硅生產(chǎn)企業(yè)唐山奧瑟亞化工有限公司（以下簡稱“奧瑟亞”），合理利用氫氣。奧瑟亞以唐山三孚硅業(yè)有限公司副產(chǎn)品四氯化硅、唐山三友氯堿氫氣為原料，通過熱解工藝生產(chǎn)氣相二氧化硅。反應(yīng)式為：SiCl4+2H2+O2SiO2+4HCl。反應(yīng)空氣和氫氣分別經(jīng)過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以干燥、過濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下汽化（火焰溫度1000-1800°C）后，與一定量的氫和氧（或空氣）在1800^左右的高溫下進行氣相水解。反應(yīng)產(chǎn)物氣相二氧化硅（俗稱氣相白炭黑）廣泛用于石油化工、化妝品、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。同時副產(chǎn)質(zhì)量分數(shù)30%的鹽酸和質(zhì)量分數(shù)10%的次氯酸鈉，鹽酸再返回唐山三友有機硅，形成綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。氣相二氧化硅新工藝的出現(xiàn)，改變了氣相二氧化硅工業(yè)的發(fā)展模式，使得氣相二氧化硅工業(yè)和有機硅單體工業(yè)之間的關(guān)系更加密切，解決了有機硅單體工業(yè)和氯堿公司燒堿生產(chǎn)副產(chǎn)物的出路問題。氣相二氧化硅生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物鹽酸可返回有機硅單體合成車間，用于單體的合成，而生產(chǎn)的氣相二氧化硅產(chǎn)品則大部分用于有機硅產(chǎn)品的后加工，形成資源的循環(huán)利用。3.2改造后工藝流程成品氫氣從氫氣分配臺出來經(jīng)PV-5358調(diào)節(jié)控制外送至奧瑟亞，在流量閥后壓力降至約80kPa。燒堿第1期、第2期氫氣在蒸發(fā)西側(cè)匯合后與第4期氯氫處理送出的氫氣合并經(jīng)過流量表FT-8030，最后送進奧瑟亞界區(qū)。3套外送氫氣系統(tǒng)分別設(shè)置切斷閥與其他系統(tǒng)有效切斷，保障安全。第1期界區(qū)內(nèi)分別設(shè)有自動泄壓閥PV-5357，防止奧瑟亞用氣不穩(wěn)、壓力過高而影響分配臺壓力穩(wěn)定，正常氫氣外送情況下由PV-5358和PV-5352同時調(diào)節(jié)。氫氣外送流程如圖2所示。3.3日常運行控制正常開車：夕卜送至奧瑟亞氫氣開車前，打開第1、2期奧瑟亞氫氣管線充氮氣閥門，置換整個管線，置換30min，連續(xù)2次取樣合格，確保置換徹底。確認PV-5358關(guān)閉、HV-5356打開。現(xiàn)場緩慢打開氫氣分配臺根部手動閥，注意氫氣壓力穩(wěn)定。待分配臺根部手動閥全開后，DCS先將2PV-5357投入自動控制，設(shè)定值為80kPa，然后緩慢打開PV-5358，同時注意PT-5357、PT-5352壓力穩(wěn)定。隨PV-5358閥門打開，閥門PV-5357自動打開，同時PV-5352逐漸關(guān)閉。將PV-5352閥門開度全部倒至PV-5358時，更改PV-5352設(shè)定值為102kPa，并保持自動狀態(tài)。系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，PV-5358投入自動，設(shè)定值為100kPa。正常停車：氯氫處理中控接到調(diào)度指令后，首先將PV-5358調(diào)為手動，PV-5352設(shè)定值調(diào)整為100kPa。氯氫處理DCS根據(jù)分配臺壓力緩慢將PV-5358全關(guān)。根據(jù)具體停車要求及時間，確定管線是否進行氮氣置換，長時間停車時即停車時間超過24h,關(guān)閉HV-5356，倒換PV-5358開度至PV-5352后，通知現(xiàn)場關(guān)閉分配臺處根部手動閥。如長時間停車且需置換時，確認關(guān)閉根部手動閥后，DCS打開PV-5358，通知現(xiàn)場打開充氮氣閥門，根據(jù)PT-5357壓力打開PV-5357，置換HV-5356至分配臺管線。本界區(qū)置換15min后，聯(lián)系調(diào)度室通知奧瑟亞打開置換放空閥門，關(guān)閉PV-5357，打開HV-5356，氮氣置換整個氫氣管線，直至氮中含氫體積分數(shù)小于0.5%為合格。系統(tǒng)置換合格后，聯(lián)系調(diào)度室關(guān)閉奧瑟亞放空置換閥門，系統(tǒng)保壓50kPa。圖2氫氣外送流程圖Fig.2Diagramofhydrogendelivery3.4突發(fā)情況的應(yīng)急處理奧瑟亞緊急停車時會導(dǎo)致外送氫氣管線壓力突然升高，發(fā)生此類情況時，氯氫處理中控立即關(guān)閉切斷閥HV-5356。同時調(diào)節(jié)PV-5357、PV-5352穩(wěn)定分配臺壓力，并聯(lián)系氯化氫合成崗位保證氯化氫純度。待分配臺壓力平穩(wěn)后，根據(jù)通知指令執(zhí)行正常開車。4氫氣系統(tǒng)改造后增加連鎖設(shè)置為保證燒堿裝置的安全性，對氯乙烯氫氣回收裝置和外送氫氣至奧瑟亞兩項改造設(shè)置了連鎖(如圖3所示)。任何一期燒堿系統(tǒng)連鎖停車，均能及時切斷系統(tǒng)，保障安全。圖3氯乙烯氫氣回收裝置和外送氫氣至奧瑟亞兩項改造設(shè)置的連鎖圖Fig.3Diagramofinterlockingthedeviceofrecovering