氯碱系统氢气柜投运后利弊分析.docx

【氯氢处理】氯碱系统氢气柜投运后利弊分析高海阳* ，张雄堂，杨茂勤，靳党会( 陕西北元化工集团有限公司，陕西 榆林 719319)关键词 氢气; 气柜; 氯氢压差摘 要 给出氢气处理工艺流程。介绍应用氢气柜的优点是: 提高系统的整体稳定性，提高电解槽及离子膜 的使用寿命，有利于节能降耗，有利于安全可靠运行，有利于平衡电流负荷。应用氢气柜的缺点是: 不能完全控制 氯氢压差波动，氮气用量增加，占地面积大，两系统共用 1 个气柜会导致连锁停车，隔离难度增大。中图分类号 tq028 2文献标志码 b文章编号1008 133x( 2012) 11 0020 03analysis on advantages and disadvantages of putting hydrogen gas holderinto operation in chlor-alkali systemgao haiyang，zhang xiongtang，yang maoqin，jin danghui( shaanxi beiyuan chemical industry group co ，ltd ，yulin 719319，china)hydrogen gas; gas holder; pressure difference between chlorine and hydrogenkey words:abstract: the process flow of hydrogen treatment was given the advantages and disadvantages ofusing hydrogen gas holder were introduced the advantages included the increase in the whole stability ofthe system，the prolongation of service life of electrolyzers and that of ion-exchange membrane，thehelpfulness in saving energy and reducing consumption，the helpfulness in safe and reliable running，andthe helpfulness in balance of current load the disadvantages included not being able to fully control thefluctuation of pressure difference between chlorine and hydrogen， the increase in consumption ofnitrogen，big floor area，the interlock shutdown caused by two systems sharing one gas holder and theincrease in difficulty in separating the two systems从离子膜电解槽产出的氢气，一部分经氢气洗涤塔后通过阀门 a 来控制电解槽氢气压力( 氢气压 力 氯气压力 = 氯氢压差 = 2 2 kpa) ，经洗涤、冷却 后的氢气部分经氢气水封槽进入气柜储存; 另一部 分进入氢气压缩机，压缩后经氢气冷却器、除雾器除 去大部分水分后，进氯化氢合成炉，同时，部分氢气经过回流阀 b 进入压缩前氢气总管。陕西北元使用气柜( v = 1 000 m3 ) 1 台，氢气水封槽( v = 15 3 m3 ) 2 台( ab 线各 1 台) ，总占地面积约 720 m2 ( 包括设备基础及其辅助设施) 。1氢气处理工艺流程提高氢气系统的稳定性、可靠性、安全 性，是 氯碱行业一直共同关注的问题，同样是一大难题。尤其在离子膜生产工艺中，对氯氢压差的控制更为苛 刻。陕西北元化 工 集 团 有 限 公 司 ( 以 下 简 称“陕 西北元”) 40 万 t / a 离子膜法烧碱装置于 2010 年 10 月 投运，由于氢气气柜的合理应用，使得系统从初次开 车至今运行平稳，在许多方面体现了优越性。陕西北元氢气系统工艺流程如图 1 所示。作者简介 高海阳( 1979) ，男，助理工程师，现任陕西北元化工集团有限公司氯碱分厂副厂长。收稿日期2012 04 08编 者 注 本文作者张雄堂为氯碱工业期刊第 5 届编委会成员。*20檵檵檵檵殝氯氢处理第 11 期高海阳等: 氯碱系统氢气柜投运后利弊分析2011 年 6 月 14 日20 日 a 线电解工序连续开车 7 天、每间隔 4 h 的氯氢压差值连续原始记录为:2 05、2 09、2 11、2 25、2 36、2 04、2 31、2 38、2 27、2 29、2 36、2 18、2 31、2 25、2 14、2 18、2 38、2 38、2 04、2 34、2 23、2 13、2 21、2 13、2 31、2 34、2 23、2 13、2 21、2 13、2 31、2 30、2 21、2 26、2 39、2 05、2 23、2 11、2 06、2 09、2 25、2 04 kpa。从连续两月的运行数据可看出: 氯氢压差波动基本稳定在 0 20 kpa( 两条生产线均相同，正常开 停车也在其范围以内 ) 。这都得益于氢气调节阀 1 后总管压力恒定，控制调节阀 1 前压力时可忽略阀 后压力的影响，特别是阀前压力远远大于阀后压力 时( 阀前操作压力一般控制在 2 30 kpa，阀后压力 恒定 4 kpa) 。1离子膜电解槽; 2氢气洗涤塔; 3氢气安全水封槽;4氢气水封槽; 5氢气气柜; 6氢气压缩机;7氢气冷却器; 8氢气除雾器; 9石墨合成炉a，b，c回流阀图 1 氢气系统工艺流程图fig 1 process flow diagram of hydrogen system 氢气气柜在保障系统稳定方面的优越性 提高了系统的整体稳定性( 1) 从工艺 流 程 可 以 看 出，引入气柜后氢气总 2 3有利于节能降耗( 1) 实现氢 气 零 放 空，减 少 液 氯 产 量。氯 化 氢合成炉氢气与氯气的摩尔比为 ( 1 05 1 1 ) 1，氢气过量。为了避免合成炉过氯，必须严格控制合成炉前氢气压力稳定，部分氢气不得不排空。引入气 柜后，氢气实现了零排放，合理有效地利用了氢气。 在提高氢气利用率的同时降低液氯产量，这对于地 区发展不平衡造成液氯严重过剩的氯碱企业，还可 减轻液氯销 售 压 力 ( 如果加入配套制氢系统，液 氯 产量可实 现 零 目 标。陕西北元已经实现了这一目 标) 。只需适当调整进合成炉流量就能控制好气柜 的高度，实现氢气的零排放，从而体现节能降耗的理 念。( 2) 相对减少了一次性投资。为了保证进合成 炉氢气压力的稳定，一般会在进合成炉前增加氢气缓冲罐。增加气柜后，取消了进合成炉前的氢气缓 冲罐。从近 1 年的运行数据来看，缓冲罐取消后，进 合成炉的氢气运行压力也非常平稳。2011 年 7 月 1 日 00: 007 日 20: 00 a 线合成 炉前氢气压力每隔 4 h 的原始记录如下。其中 6 次 调整压 力 sv 值 ( 用 黑 斜 体 表 示) ，7 月 4 日 停 车 1 次。68 0、68 0、68 0、68 1、68 1、68 0、68 0、69 8、70 3、70 9、70 6、70 8、70 8、70 8、70 9、70 8、70 9、70 9、70 9、70 8、70 8、70 8、69 5、41 0、41 2、40 9、41 3、40 6、41 0、40 9、68 0、68 0、68 0、66 0、65 9、66 4、66 1、65 9、66 0、66 0、2122 1管阀后压力为恒定值。目前陕西北元设定氢气总管压力为 4 kpa，最大偏差为 0 05 kpa( 气柜最高、最 低试验压力差值，实际运行中由于气柜高限与低限 的限制，偏差 更 小) 。氢气总管调节阀 a 后 的 压 力 稳定，为氯氢压差的稳定调节提供了前提和保障。( 2) 氢气大回流阀 b 控制压缩机机 后 压 力 ( 即 炉前氢气压 力) ，不受压缩前氢气总管压力 pid 调 节的干扰，稳定了进合成炉氢气的压力。( 3) 避免了 电 解 槽 频 繁 升、降负荷时压缩机进 口压力波动，进而影响炉前压力波动。( 4) 避免氢气管道因昼夜温差和雨季带来温度 变化以及氢气洗涤塔循环系统波动等带来的不利因 素。即使因电解槽电流波动造成停车，也能很好地 稳定电解槽氢气压力。2 2 有助于提高电解槽及离子膜的使用寿命电解槽压差是电解槽操作的关键。氯氢压差小幅的频繁波动，会使离子膜震荡，同电极反复摩擦使 膜受到机械性损伤; 氯氢压差大幅波动，可能使离子 膜撕裂或造成电解槽阴阳极网变形。这些都能造成 电解槽及离 子 膜 的 损 伤，从而缩短其使用寿 命1。陕西北元使用的是伍迪公司第 4 代 bm2 72 型离子膜电解槽，其氯氢压差操作设定值为 2 20 kpa。檵殝檵殝檵檵檵檵殝氯氢处理氯碱工业2012 年66 3、65 9 kpa。近 2 个月的运行曲线显示: 氯氢压力波动范围基本在设定值 0 5 kpa 内，其中 95% 以 上 的 运 行记录在 0 2 kpa 内。( 3) 该系统占地面积大，氢气系统管路长，再加上蒸汽、生产用水以及系统的防冻等设施，一次性投资较大，这对于征地费用高的地区来说，无疑是一笔 不小的投入。( 4) 由于 ab 两条线共同使用 1 个气柜，低液位时会连锁导致 ab 线同时停车，造成不必要的损失。( 5) 从工艺中可以看出，ab 线的系统隔离难度增大。无论哪条线停车，都必须控制好氢气压缩机前的压力。当总管与气柜连接手动阀门可靠性下降 或单条线并系统时，一旦总管压力大于氢气气柜的 压力，系统中的氮气会进入气柜造成气柜中氢气纯 度下降，影响另一条线的正常运行; 当空气进入后， 会形成氢氧爆炸性混合物，造成更大的危害; 同时也 给系统操作增加了难度，这就要求有更多的防范措 施以及行之有效的操作过程。2 4有利于安全可靠运行气柜在安全方面的作用尤为突出，主要表现在以下 4 个方面。( 1) 在使用 多台氢气压缩机的工艺情况下，切换氢气压缩机时氢气系统波动很大，从而造成电解槽氢气压力的波动，对电解槽及离子膜造成损伤，同 时进合成炉氢气压力也会产生波动，造成合成炉过氯，给有机系统带来安全隐患。带量切换氢气压缩机是操作难点。从上面工艺中可以看出: 加入气柜 后的压力始终稳定在 4 kpa，彻底解决了氢气压缩机 的带量运行切换这一难题，为系统的稳定运行提供 了可靠的保证。( 2) 由于总 管 压 力 的 恒 定，压缩机前氢气压力 不会( 即使有大失误操作) 出现负压，彻底消除了空 气进入氢气系统的可能性，减少了系统发生爆炸的危险。( 3) 氢气零排放减少了放空着火等带来的一系 列安全问题发生的概率。( 4) 稳定了 进合成炉的氢气压力及流量，从 而减少了合成炉过氯的概率，为后序有机系统的安全运行提供了保障。4使用氢气气柜的注意事项( 1) 钟罩导 轨轮要保持转动灵活，定 期 加 润 滑油脂。( 2) 定期要 换 水 槽 中 的 水，以减少有机物对气 柜的污染。( 3) 放水时，打开钟罩放气阀( 同样要定期检查放空阻火器，以防堵塞) ，以免形成负压，损坏气柜;( 类似事故在大检修时发生，是一次惨痛的教训) 。( 4) 寒冷地 区应设有增加蒸汽伴热，防 止 水 封 结冰，保持水温。( 5) 系统应 增加气柜低液位连锁装置，有 效 防 止气柜抽成负压。( 6) 应选择使用可靠性能高的仪表来控制液位 及连锁装置。2 5有利于平衡 ab 线电流负荷陕西北元 ab 线氢气分别通过各自的水封槽 后，并入 1 条管线，进入气柜( 即公用 1 个气柜) ，由此实现了两系统氢气的互用，可平衡 2 条线的电流负荷，从而也为实现单条线快速开车创造条件 ( 前提是氯气也互用) 。5结语从以上分析来看，它的优越性远远超过了它所带来的缺陷，可谓是物有所值。这是现有工艺运行中气柜所体现的优、缺点，也是笔者在几个方面的认 识，或许还有更多的优缺点有待发现，更好的工艺需调整，这需要氯碱同仁共同完成。参考文献1 程殿斌，程伯森，施孝奎 离子膜制碱 生 产 技 术m 北 京: 化学工业出版社，19982 蒋 训 对氢气柜一些问题的认识j 氯碱 工 业，