一种连续从氯碱工业尾气中回收氢气的工业化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于氯碱工业放空尾气的开发与应用领域，具体涉及一种从氯碱工业放空尾气中回收氢气的工业化装置。
【背景技术】
[0002]高纯氢是工业气体中的一个重要品种，广泛应用于化工、石化、石油、能源、电子、冶金、食品、机械、航空航天、核工业等诸多领域。目前氯碱企业从电解槽出来的含有饱和水蒸气氢气经氯氢工段处理后，大宗用途是供制盐酸、氯乙烯单体和双氧水等用。不少氯碱企业氢气放空量很大，有的迫不得已用来作锅炉燃料，但和燃煤相比其价值远低于瓶装商品氢气和耗氢产品的附加值。
[0003]氯碱企业食盐电解氢纯度较高，杂质组分简单，一般情况4含量大于90%，甚至达到98%以上，主要含有氧气、水和氯，其一氧化碳、二氧化碳、甲烷含量和高纯氢的指标在同一数量级上是很低的。回收制备高纯氢具有很高的商业价值。
[0004]目前制备高纯氢的方法主要有低温吸附法、变压吸附法(PSA)、金属氢化物氢溶化法、钯膜扩散法等。低温吸附法消耗液氮，使用范围受限。对原料预处理要求高，生产过程能耗高，投资大。当原料氢气组分较为复杂，氢气纯度较低，杂质含量较高时，变压吸附法是一种较为适宜的方法，但收率低(一般达86%)。金属氢化物纯化法这种工艺是消耗型材料、不可再生，需定期更换，同时要求氯碱工业尾气中氢气进人氢合金纯化器之前通常需先进行预处理，一般采用钯催化剂脱氧和分子筛吸附干燥以除去原料氢中大部分氧、一氧化碳、水等杂质。在预处理脱氧过程中，关键在于氯气的脱除深度，如果进入催化脱氧反应器中氢气中的氯含量超过lppm，则很快会使催化脱氧剂中毒(不可逆，实际上是将活性组分转化成氯化物，从而失去脱氧活性)。同时，若氯碱工业尾气中氧气含量高(2% -4% )会对设备运行安全造成影响。
[0005]针对上述工业高纯氢生产工艺和方法的不足，结合氯碱工业尾气原料特点，研制出一种新的连续从氯碱工业放空尾气中回收氢气制备高纯氢的工业化装置，无疑对突破氯碱工业尾气开发利用的技术瓶颈具有积极的社会意义和商业价值。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所解决的技术问题是提供一种连续从氯碱工业放空尾气中回收氢气制备高纯氢的工业化装置，通过管道回收氯碱氢气并提纯尾气，经过氢气净化设备对尾气进行处理，提高尾气质量使之满足市场需求的高纯氢使用要求，以达到资源再利用的目的，提升其商业价值。
[0007]本实用新型采用的技术方案是采用先水环压缩机增压、后脱氯、催化脱氧、水冷却、反流氢气稀释氧含量、终端净化的技术路线。
[0008]一种连续从氯碱工业尾气中回收氢气的工业化装置，水环压缩机的气体入口与氯碱工业放空尾气气源相连，水环压缩机的气体出口通过管路与精脱氯塔顶部的气体入口相连，精脱氯塔底部的气体出口通过管路与脱氧塔顶部的气体入口相连、脱氧塔底部的气体出口通过管路与水冷却器上部的高温物料入口相连、水冷却器下部的高温物料出口通过管路与汽水分离器中部的气体入口相连，汽水分离器上部设有气体出口，于汽水分离器下方设置有排水器，汽水分离器底部设有排水口，汽水分离器的排水口通过管路与排水器上部的水入口连通，排水器底部设有水出口 ；汽水分离器上部的气体出口通过管路与终端脱水塔底部的气体入口相连，终端脱水塔的顶部设有净化氢气出口 ；
[0009]汽水分离器的气体出口管路上设有与水环压缩机气体入口管路相连的分支管路。
[0010]所述精脱氯塔为通过管路并联的交替脱氯作业的两台精脱氯塔。
[0011]所述终端脱水塔为通过管路并联的交替脱水作业的两台终端脱水塔。
[0012]终端脱水塔内和外壁面上设有电加热元件，电加热元件为电加热管、电加热丝、电加热丝带或电加热丝块中的一种或二种以上。
[0013]分支管路上设有气体质量流量计；于水环压缩机的入口管路上设有第一防爆器；精脱氯塔底部的出口与脱氧塔之间的连接管路上设有第二防爆器。
[0014]水环压缩机、水冷却器上分别设有与水源相连的水入口和水出口。
[0015]应用时，连续从氯碱工业放空尾气中回收氢气制备高纯氢的工业化装置包括以下几个部分:
[0016]I)净化系统:包括精脱氯塔、水环压缩机、分水器、催化脱氧器、水冷却器和分水器及终端脱水塔净化装置。
[0017]2)自动控制系统:包括中心控制单元、在线氧分析仪、自动气动调节阀和相关仪表。
[0018]3)高纯氢压缩系统:包括氢气压缩机及气瓶充装。
[0019]本实用新型中，原料尾气先脱氯，若氯含量高(大于10ppm)，可先经过预处理(如碱洗和水洗，除去大部分氯化氢)，然后进入精脱氯塔，使氢气中的氯含量降到0.1ppm以下，以达到脱除氯气的目的。所述精脱氯塔装填QT-Cl高效脱氯剂(主要成分:Zn0/A1203/CaO添加促进剂，大连中鼎化学有限公司自制)，长径比:3-10:1，设有2台精脱氯塔，交替作业，一台在工作，一台在再生备用，再生气用氮气，再生尾气排放到放空总管。脱氯剂失效后，将失效的脱氯剂卸出，换上新脱氯剂即可使用。脱氯效果由氯分析仪定时采样检测。
[0020]所述的水环压缩机，是氢气进入精脱氯塔之前增压到0.02Mpa(2米水柱)左右，以提供后继净化的压力。并增设一个调节回流旁路，防止把前置缓冲罐的压力抽成负压产生安全隐患。
[0021]本实用新型中，所述催化脱氧塔(长径比:3-10:1)中装填的催化脱氧剂使用贵金属催化剂。作为所述贵金属催化剂，一般使用铂族催化剂，可以使用常规催化剂制备方法制备，例如用浸渍、喷涂等方法将活性组分担载到载体上，经过焙烧制成。也可以使用大连化物所技术的专利催化脱氧剂AC-3型贵金属催化剂(活性组份为钯，载体为氧化铝，活性组份占载体重量的0.2% )。把气体中的二氧化碳、水、氧深度脱除，使气体中氧和二氧化碳的含量降到Ippm以下，露点达到-70°C以下。
[0022]本实用新型还优选终端脱水制备高纯氢气的方式:催化脱氧过程产生的水，经水冷分水后，进入终端脱水塔吸附脱水。所述终端脱水塔(长径比:3-10:1)，内装填分子筛(市售3A、4A、5A均可)，设有A/B 2台脱水塔，交替作业。分子筛的再生采用电加热，再生温度 200-500 °C。
[0023]该方法可以使所得到的产品氢气纯度达99.9 %?99.9999 %，回收率可高达98%。
[0024]由一台水冷却器和两台分水器组成。经过催化脱氧器，在脱氧催化剂作用下，使氢气中的绝大部分氧和氢反应生成水。经水冷却后由分水器分离出大部分水分。
[0025]本实用新型还优选反流氢气稀释氧含量的方