浅谈氯碱氢的一种深度脱水工艺

2015-12-25杨任全刘炜炜

低温与特气 2015年1期

杨任全，刘炜炜

(上海浦江特种气体有限公司，上海奉贤 205107)

氢气具有可燃性，还原性，密度小，无污染等特点，在各行各业都有广泛的应用。其中，用量最大的是作为一种重要的化工原料，用于生产合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢、精细化工和有机合成用氢等。在电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、航空航天工业等领域也有广泛应用［1］。特别是近些年，随着科学技术的高速发展，科学实验和工业产品生产尤其是一些高科技产品如超大规模集成电路、光电产品等对氢需求也越来越大，而且需要氢中的水和氧含量处于 10－6级或 10－9级的高纯氢(99.999%)，超纯氢(99.9999%)的水平。

氢的生产方法主要有烃类蒸气转化法、烃类部分氧化法、煤气化法、甲醇裂解和氨裂解法、水分解法以及副产氢的回收提纯等。随着我国经济的高速发展，各工业部门的含氢气源十分丰富，同时为了提高企业的经济效益，节能减排，副产氢和泄放氢的回收利用被越来越多的企业所重视。

氯碱厂以食盐(NaCl)水溶液为原料，采用离子膜电解法或隔膜电解法生产烧碱(NaOH)、氯气(Cl2)，同时还得到副产氢气。据了解我国的氯碱厂的烧碱生产能力已超过4000×104t/a，若按每生产1 t烧碱可副产氢气约270 Nm3/t NaOH计，每年可获得约19×108Nm3的氢气［2］。尽管我国每年氯碱氢的产量很高，但是，由于氯碱氢含水量较高，严重影响其应用。所以，开发和优化氯碱氢脱水技术和工艺具有重要的实际意义。

目前，国内氯碱氢的脱水技术主要以变温吸附、变压吸附、变温变压吸附为主，现结合三级氯碱氢干燥装置，谈一谈氯碱氢深度脱水新工艺。

1 氯碱氢一级脱水

某氯碱工厂采用离子膜法生产烧碱，副产氢气1200 Nm3/h，含水量为2000×10－6。首先原料氢在0.25 MPa，40℃条件下进入脱氧器进行催化脱氧，脱除氢气中氧使其转化为水，出口温度约70～80℃，脱氧后氢进入循环水冷却器和冷水冷却器进行冷却，然后经过水分离器，进入等压变温吸附装置脱水，此系统由三台吸附器和一组程控阀组成。等压变温吸附装置采用三塔操作，二塔进料，一次均压，冲洗解吸工艺流程。三台塔交替循环工作，时间上相互交错，以此达到原料气不断的输入，净化气不断输出的目的。经过一级脱水后氯碱氢的含水量由2000 ×10－6下降到200 ×10－6，工艺流程见图1。

图1 氯碱氢一级脱水工艺流程图Fig.1 The process flow diagram of the first dehydrated of chloralkalihydrogen

2 氯碱氢二级脱水

经过一级脱水后氯碱氢的含水量为200×10－6，流量为1000 Nm3/h。一级脱水后氯碱氢进入压缩机系统。首先，氯碱氢进入氢气缓冲罐和气液分离器分离掉游离水，然后依次经过一级、二级压缩，氢气压力可以由0.5 MPa增压到1.9 MPa，经过二级压缩后的氢气进入变压干燥装置，此装置根据相邻吸附剂负载自然平衡原理，在干燥阶段，吸附剂从流经吸附塔压力较高的气体中吸附水分，再生时回放少量降压的干燥气体，将含有水分的吸附剂再生，利用气体在干燥过程中释放出的热进行微热再生，提高再生效果，减少再生气耗量。变压干燥装置有两台干燥器，正常生产时采用一用一备的方式，保证了连续生产的要求。通过变压干燥装置的氯碱氢再经过三级、四级、五级压缩，使氢气增压到20 MPa。压缩机系统每级压缩后都有排水装置，并且要求压缩机在开机前后以及运行过程中都要定时开启排水阀门，确保压缩机系统的正常运行。经过压缩机系统的五级压缩脱水和变压吸附装置脱水后，氯碱氢的含水量由200×10－6降到50 ×10－6以下，工艺流程见图2。

图2 氯碱氢二级脱水工艺流程图Fig.2 The process flow diagram of the secondarydehydrated ofchloralkalihydrogen

3 氯碱氢三级脱水

为了进一步降低氯碱氢中的水含量，使氢气中含水量降低到10×10－6以下，本工艺在二级脱水装置的基础上增加了第三级深度干燥除水装置，深度干燥除水装置的设计能力为处理量1200 Nm3/h，将氢中含水量从50×10－6降到10×10－6以下。本装置以高压常温吸附和低压高温脱附为原理，采用一塔生产，一塔再生的生产方式，保证了干燥氢的连续生产，工艺流程见图3。

经现场分析人员连续16 h的在线检测结果可见，二级脱水装置后的氯碱氢的水含量为43.742×10－6，经过三级脱水系统干燥后，氯碱氢的含水量都能达到1×10－6以下;在线分析前5 h，由于干燥系统和管道内水分吹扫不彻底，导致分析结果偏高。5 h后，干燥系统和管道经过充分吹扫，氯碱氢的含水量都能够小于1×10－6。分析结果参见表1。