罗丽娟
昆明云能化工有限公司技术设备部 云南 昆明 650000
摘要：将精馏尾气变压吸附装置净化气中氢气含量较高，若作为尾气直接排放
首先是浪费资源，二则就是尾气排放的处理成本太高。故而将精馏尾气
中氢气提纯作为燃料，为节省投资，利用公司现有的甲醇制氢变压吸附装置，进行优化改造，改造后的制氢变压吸附装置能满足精馏尾气氢气提纯的要求，并将提取氢气送至公司新改造一套富氢锅炉作为燃料生产低压蒸汽，处理能力达到~280Nm3/h。
关键字：氯乙烯精馏尾气 变压吸附 保护环境 净化
1、改造目的
公司 10 万吨/年聚氯乙烯装置，氯乙烯单体合成单元精馏尾气通过变压吸附回收乙炔、氯乙烯后净化气直接放空，其放空净化气含 60%（V%）的氢气，放空气中高浓度氢气含量，一方面造成生产成本上升；另一方面存在雷击等原因诱发起火的安全隐患（净化气的组成见下表）。为此，为节省投资，公司利用旧有装置 600m3/h 甲醇制氢装置进行改造，将提纯出来的氢气加以利用。利用现有的变压吸附装置进行改造，把精馏尾气直接引至甲醇裂解变压吸附装置内，实现精馏尾气变压吸附净化气提氢的效果。改造后的精馏尾气氢气提纯装置处理能力达到
~280Nm3/h 满足现有的生产需求。公司考虑其余装置富余氢气直接排放浪费资源， 于是公司新改造一套 6t/h 富余氢气燃烧生产低压蒸汽的装置，既节约了生产成本，他说还能将富余氢气利用，在保护环境的同时保障了生产的安全。
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2、改造措施
2.1改造设计范围
改造以后的 VCM 精馏尾气制氢装置流程框图如下，点①、②、③之间的虚线框范围为本次装置改造的界区范围，本改造装置界区范围为自原料气进装置的第一个切断阀门入口端 1 的法兰起，至产品氢气、解吸气出口的最后一个切断阀
门出口端的法兰为止，对旧装置进 1 行改造。
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2.2设计基础
2.2.1设计依据
文中所述压力除特别注明外，全部为表压
氯乙烯分馏尾气PSA净化气在压力~0.32MPa、温度~40℃下进入本装置，经流量计计量进入由6台吸附器组成的变压吸附制氢系统，C2H3Cl、C2H2以及N2等吸附能力较强的组分被吸附剂吸附，经逆放、抽空步骤解吸并放空。未被吸附的氢气作为产品气输出至界外利用。
本装置设备主要包括 6 台吸附器（T201A~F）、1 台均压罐（V202）、2 台产品气缓冲罐（V201/V204）及 3 台真空泵（P201A～C）
主要工艺指标如下：
·原料气
装置设计处理能力：~280Nm3/h 原料气进装置压力：~0.4MPa 原料气进装置温度：~40℃
装置操作弹性范围：40%~120%
·产品气
产品氢气纯度：≥99%（更换新吸附剂可保证此指标） 压力：≥0.3MPa
温度：~40℃
装置年生产运行时间：8000 小时
2.2.4 公用工程
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2.3工艺流程
2.3.1工艺流程概述
氯乙烯分馏尾气PSA净化气在0.40～0.45MPa、40℃下进入尾气提氢装置， 经流量计计量进入原料气缓冲罐稳压，后进入变压吸附制氢系统，由入口端通入原料气，除H2外的其它吸附能力较强的杂质组份被吸附剂吸附，在出口端输出提纯后的产品氢气，输送至氯化氢工序并入氢气总管（并管压力90Kpa,0.09MPa），生产氯化氢气体产品使用，被床层吸附的杂质组在再生步骤解吸出来，同时吸附剂获得再生进入下一个循环。
每台吸附器在不同时间依次经历吸附(A)、均压降(EiD)、逆放（D）、抽空（V）、均压升（EiR）、最终升压（FR）等步骤，各塔的步位错开，实现连续进料和出料即得到产品的目的，并且通过调整吸附时间，可灵活调整出口产品氢气纯度。为保障氯化氢装置的安全运行，在成品氢气出口管路上增加氢气在线分析仪器和
不合格气体连锁安全仪表等，用于连续进行气体纯度检测和不合格气体的连锁切除处理。
2.3.2工艺过程实施
3、工艺过程参数检测及自动控制调节系统
由于本装置受前后工段的影响，使原料气和产品氢气流量、原料气组成和压力、产品氢气的输出流量及压力等都有一定的波动，为了保证装置正常、安全地运转，本装置设置了两套压力调节系统、一套流量调节系统、两套流量计量系统、一套压力记录检测系统，一套产品氢气质量检测系统、一套微机程序控制系统。
根据PSA的特点，本装置配置了一套程序切换自动控制系统KS-201系统来控制程序控制阀门的动作，该系统由一套PLC控制系统、一系列电磁阀、气动程控阀等组成。其控制系统示意图见下图。
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4、氢气利用经济效益及投资风险分析(烧碱装置满负荷测算)
方案一：当液氯液化量（商品量）≥60 吨/天时
回收氢气用于燃氢锅炉，平均每小时锅炉生产的蒸汽量 0.8 吨，蒸汽成本
180 元/吨，纯水 16 元/吨。
年产生效益：0.8×8000×（180-16）=104.96 万元。本项目投资回收期：156÷104.96≈18 个月
本项目投资大约 156 万元，预计 18 个月后可以收回投资，有较好的经济效益。
方案二:当液氯液化量（商品量）30～50 吨/天时
此时,烧碱满负荷,氢气利用和氯气利用刚好平衡,本技改项目无经济效益。方案三: 当液氯液化量（商品量）≤30 吨/天时
此时, 回收 200.0Nm3/h 氢气约 17.85kg/h,过量 10%后约 16 kg/h,可消耗氯气 13 吨/天,需生产的液氯量(商品量)还有 17 吨/天。
此时将发挥烧碱装置满负荷带来的较好经济效益,也就是为烧碱满负荷创造条件。
根据系统开车 72 小时运行考核结果得出下表：
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5、结论
装置尾气提取氢气用于锅炉燃烧产蒸汽以补充装置内蒸汽用量。装置由于是旧有装置改造，故而系统吸附器内吸附剂放置时间久，故吸附效果未能达到预期，但是整体已经达到了预期的目的，既保护了环境，同时也给公司增加经济效益。
参考文献：
【1】 化学工业部科学技术情报研究所.氯碱工业手册.1978；