V C凈化氣在氫氣鍋爐中的應用

王 磊，黃小濤，孟勇坡，趙旌霖，黃轉(zhuǎn)紅

（1.平頂山神馬工程塑料有限責任公司，河南 平頂山 467000；2.河南神馬氯堿化工股份有限公司，河南 平頂山 467000）

在聚氯乙烯（PVC）聚合單元中，氯乙烯（VC）精餾過程產(chǎn)生含有氯乙烯、乙炔和氫氣等尾氣，河南神馬氯堿化工股份有限公司為了杜絕環(huán)境污染和資源浪費，采用變壓吸附工藝回收VC精餾廢尾氣中的氯乙烯和乙炔并重新利用，其余含有大量氫氣的VC凈化氣達到國家環(huán)保排放標準。

為了解決副產(chǎn)氫氣的浪費問題，節(jié)約氯堿企業(yè)蒸汽使用成本，從2002年開始探索燒堿單元副產(chǎn)氫氣的研究應用與開發(fā)。已有胡偉敏的氫氣鍋爐的開發(fā)應用[1]，孔賢德的氫氣鍋爐在氯堿生產(chǎn)的運用[2]，但對VC凈化氣的在氫氣鍋爐中應用研究較少。

河南神馬氯堿化工股份有限公司于2010年6月安裝并運行氫氣鍋爐。成功利用VC凈化氣作為氫氣鍋爐輔助混燃燃料，穩(wěn)定運行后，綜合考慮VC凈化氣的各項指標和氫氣鍋爐的運行要求，不僅提高了PVC的附加值和蒸汽產(chǎn)量，也將變壓吸附的VC凈化氣又得到回收利用，具有非常重要的實際意義。

1 氫氣及VC凈化氣

1.1 氫氣

燃燒、爆炸性能是氫氣的主要特性。氫氣的燃燒性優(yōu)良，無雜質(zhì)時，燃燒放出熱量且只生成水，不污染環(huán)境，被稱為“清潔的能源”。表1為空氣中氫氣的燃燒性能。

該公司具有離子膜法燒堿15萬t/a、PVC 12萬t/a的生產(chǎn)能力。氫氣由電解食鹽水的電解槽陰極產(chǎn)出，作為副產(chǎn)物，經(jīng)干燥等預處理送往鹽酸單元和氫氣鍋爐使用。由于電解槽的氯氫壓差不穩(wěn)定會影響離子膜的安全穩(wěn)定運行，使用氫氣時，要時刻監(jiān)控氫氣管道壓力波動使其控制是否在規(guī)定幅度。

表1 空氣中氫氣的燃燒性能

1.2 VC凈化氣

VC凈化氣是氯乙烯精餾過程產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)變壓吸附回收分離出的含大量氫氣的低沸點組分（含H2≥30%，體積分數(shù)）。

為充分高效回收氯乙烯精餾廢氣中的C2H3Cl、C2H2等，該公司采用變壓吸附工藝。該工藝利用特種吸附劑在高壓下吸附量多，低壓下吸附量少以及在相同壓力下易吸附高沸點組分 （C2H3Cl、C2H2等）而難吸附低沸點組分 （H2、N2等）的特點，實現(xiàn)C2H3Cl、C2H2等與其他組分分離。然后，吸附劑在減壓下解析再生，再循環(huán)吸附。其他組分即為VC凈化氣。變壓吸附工藝流程示意圖見圖1。

圖1 變壓吸附工藝流程示意圖

2 VC凈化氣/氫氣鍋爐指標要求

氫氣鍋爐的燃料指標要求見表1。

表1 燃料指標

水質(zhì)指標見表2。

表2 水質(zhì)指標

由于氫氣的特性，鍋爐本體采用立式鍋爐。整套鍋爐裝置主要由給水箱、鍋爐本體（包含燃燒系統(tǒng)）、防爆門、汽包、PLC控制連鎖系統(tǒng)、公用工程（風機等）和省煤器等組成。對鍋爐本體的要求是，（1）鍋爐屬于壓力容器設備，要嚴格執(zhí)行并配合鍋檢所年檢；（2）開車前要確保鍋爐本體各個管道通暢，杜絕跑、冒、滴、漏的現(xiàn)象；（3）使用雙水位計且誤差應在規(guī)定范圍之內(nèi)，壓力表不能超過量程；（4）定期清理燃燒系統(tǒng)，以防雜質(zhì)堵塞燃燒盤的出氣口。

3 VC凈化氣/氫氣鍋爐工藝流程

3.1 開車和運行

燃料氣管道分別用氮氣和燃料氣進行置換后，氫氣樣分析檢測合格，鍋爐復位正常并啟動點火程序。氫氣鍋爐開車且在正常燃燒負荷下運行30 min后，關閉進入鍋爐本體的VC凈化氣管道的放空手閥，使管道壓力升高后，經(jīng)分析檢測VC凈化氣的燃料指標符合要求，再開啟VC凈化氣的連鎖，投入VC凈化氣。時刻監(jiān)控燃料氣、蒸汽與管道的壓力和給水、排煙溫度等指標，使鍋爐正常穩(wěn)定運行，產(chǎn)生蒸汽送入蒸汽管網(wǎng)，供企業(yè)的各個生產(chǎn)單元使用。VC凈化氣/氫氣鍋爐開車和運行控制系統(tǒng)連鎖圖見圖2。

在運行過程中，要根據(jù)燃料氣的流量，適當升高或降低燃燒負荷，還要每隔4 h，對燃料氣輸送管道、阻火器和緩沖罐排水1次；每隔8 h，沖洗雙側(cè)水位計各1次；每隔24 h，燃料氣、給水和鍋爐水各取樣檢測1次。

3.2 計劃停車

巡檢鍋爐現(xiàn)場，緩慢降低燃燒負荷，先關閉VC凈化氣投入，現(xiàn)場VC凈化氣管道的放空自控閥打開，繼續(xù)降低燃燒負荷，直到10%，再手動停車?，F(xiàn)場氫氣管道的放空自控閥打開，關閉鍋爐蒸汽出口閥、給水泵和風機等，鍋爐系統(tǒng)待機。此過程要時刻關注氫氣管道壓力，及時聯(lián)絡燒堿單元和鹽酸單元，保證其生產(chǎn)穩(wěn)定運行。

3.3 緊急停車

如遇到以下情況可以緊急停車，按下急停，監(jiān)控燃料氣流量和壓力并進行故障處理。

（1）鍋爐出現(xiàn)假水位，尤其是假的高水位。由于鍋爐的給水是通過的水位計顯示的水位變頻控制的，假的高水位會使給水為零而把鍋爐燒干。

（2）氫氣壓力和流量波動且幅度大，但未達到故障停車所設定的上下限。

（3）蒸汽總網(wǎng)管線壓力高和鍋爐本體連鎖壓力表失靈，以及其他不可避免的自然災害。

4 VC凈化氣/氫氣鍋爐安全設施及措施

氫氣管道及鍋爐本體等的安全設施及措施按照燃氫鍋爐的要求[3]。

圖2 VC凈化氣/氫氣鍋爐開車和運行控制系統(tǒng)連鎖圖

4.1 VC凈化氣的安全設施

（1）VC凈化氣檢漏保護開關。該設施可以檢測開車時管道的雙切斷閥是否工作正常，以及燃燒盤前輸送管道有無泄漏點。

（2）VC凈化氣放空自控閥及裝置前減壓閥。該設施在VC凈化氣壓力不穩(wěn)定時，根據(jù)VC凈化氣壓力升高或降低調(diào)節(jié)閥門開度，保證進入鍋爐本體的VC凈化氣流量和壓力的穩(wěn)定。

（3）VC凈化氣管道的阻火器和緩沖罐。緩解輸送管道中VC凈化氣壓力和流量的波動，保證VC凈化氣管道和鍋爐本體的安全穩(wěn)定，杜絕鍋爐爐膛“爆燃”現(xiàn)象。

（4）VC凈化氣管道排水裝置。避免環(huán)境溫度和濕度變化，引起燃料氣中的微量水分凝結(jié)成水滴聚集而堵塞輸送管道。

4.2 混燃運行時的安全措施

VC凈化氣/氫氣鍋爐混燃運行時，有以下安全措施。

（1）鍋爐裝置出現(xiàn)極低水位（低于5%）、蒸汽壓力超高、程控器故障、排煙溫度超高、火焰檢測器失靈、給水箱液位極低以及氫氣壓力超高和過低這些情況中的任何一種或一種以上時，鍋爐直接連鎖停車，所有燃料氣管道放空自控閥100%打開，以上所有故障未經(jīng)排除，不能復位啟動開車。

（2）僅出現(xiàn)VC凈化氣壓力過高和過低情況時，鍋爐不停車，只有凈化氣管道放空自控閥100%打開并提醒，鍋爐稍降燃燒負荷繼續(xù)運行，待VC凈化氣壓力和流量穩(wěn)定后，經(jīng)分析檢測合格后再投入鍋爐使用[3]。

5 總結(jié)

氯乙烯精餾尾氣經(jīng)過變壓吸附回收后的排放氣—VC凈化氣，通過氫火焰離子化檢測器（FID）檢測結(jié)果為未檢出解析氣—氯乙烯和乙炔，實現(xiàn)了原料及半成品零浪費；將VC凈化氣作為氫氣鍋爐的輔助混燃燃料，增加了蒸汽產(chǎn)量，真正達到了節(jié)能減排和降耗增產(chǎn)的目的，具有較好的經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益。

VC凈化氣/氫氣鍋爐運行二年多以來，獲得一定成效，不僅裝置穩(wěn)定運行，而且，在排放VC凈化氣這一能源問題解決的同時，極大限度地充分利用資源，提高了廢氣的利用率，節(jié)約了成本，保護了大氣環(huán)境。初步計算，氫氣鍋爐投入VC凈化氣（流量為150～400 m3/h）后，鍋爐瞬時蒸汽產(chǎn)量提高了1 t/h，按照購買外界蒸汽價格150元/t計算，節(jié)約150元/t× 1 t/h×8 000 h/a=120（萬元/a）。

［1］胡偉敏.氫氣鍋爐的開發(fā)應用.中國氯堿，2005（10）：30－31.

［2］孔賢德.氫氣鍋爐在氯堿生產(chǎn)的運用.氯堿工業(yè)，2008，44（4）：39－40.

［3］左攀華.氫氣鍋爐的特點與安全運行經(jīng)驗.化工裝備技術，2011，32（2）：16－20.