QHS-800氢气净化系统在氢还原工艺的应用

孟庆伟

（吉林吉恩镍业股份有限公司，吉林 磐石 132311）

0 前言

吉林吉恩镍业股份有限公司第三精炼厂以氢气还原氧化镍作为生产羰基镍粉的原料，还原过程产出的尾气经过简单水洗除尘后配以纯氢重新进入系统循环使用。然而，经过简单处理后的尾气由于水分含量高，不能满足生产要求。公司经分析论证，决定与有关单位合作，采用氢气净化装置对还原后气体进行处理，处理后的氢气再循环使用。该装置于2009年7月投入使用，满足了生产要求。

1 氢气净化系统的工作原理和工艺流程

1.1 工作原理

用氢设备排出的含有固体和气体杂质的氢气经布袋过滤除去大部分固体杂质后，进入淋洗塔用水除去微尘，同时氢气温度降至室温左右，部分水被除去，之后再进入冷却系统进一步冷却除去大部分水，回收净化后的氢气与补充氢气合并后进入干燥塔,经分子筛吸附,达到所需要的露点,再送入用氢设备循环使用。

1.2 工艺流程

还原炉出来的高温废氢气经过淋洗塔水洗，其中携带的粉尘及微小颗粒杂质被洗去，然后进入缓冲罐，经过冷凝，气液分离，废氢气中的大部分水被除去，气体的露点可达到5～10℃，然后进入循环压缩风机（罗茨风机）进行增压；经风机加压后的废氢气进入除油罐，除去系统前级带来的油等杂质，进入氢气净化装置，使得气体的氧含量及露点达到要求值；净化后的氢气进入纯气缓冲罐，作为原料气供给还原炉使用。

2 系统设计

2.1 主要参数

主要设计参数：最大处理量（标）≥800m3/h，产品氢气压力≥0.01MPa（可调），产品氢气露点≤-60℃。

2.2 系统组成

整个装置由降温淋洗、增压除油、净化干燥、压力调节、自动控制五部分组成。

2.2.1 降温淋洗

淋洗（水洗）主要是洗去废氢气中携带的粉尘及微小颗粒杂质。淋洗塔内用筛板隔成3层，每层铺100 mm左右厚的瓷球，以使气液充分接触，有效地除去废氢气中的粉尘及微小颗粒杂质。在淋洗塔的顶部封头内装有瓷球，可过滤气体携带的水。

淋洗塔配有两台增压水泵（一开一备），用于淋洗塔内水循环喷淋。运行过程中，观察水箱的液位，液位的高度不小于水箱的80%，同时观察水质，若明显变脏，则对水箱内的水进行置换。可以采取同时排水和补水的方式进行置换，这样即不影响系统正常工作，也利于控制水箱内的水质，具体操作依据现场实际情况而定。

2.2.2 增压除油

降温淋洗后的废氢气进行增压除油，具体工艺步骤如下：

（1）淋洗处理后的废氢气先进入10 m3缓冲罐，部分水分析出，缓冲罐底部设有排污口，由程序控制自动排污，排污时间依据现场情况确定。随后进行冷凝和气水分离，除去气体中的大部分水，气体的露点可达到5～10℃。

（2）废氢气（压力约为200 Pa左右）进入罗茨风机，将压力提升到0.035～0.05 MPa，但不高于0.05 MPa。系统共两台罗茨风机，罗茨风机在运行过程中会发热，温度一般在50～60℃，可用冷却水喷淋降温。运行使用过程中要定期检查风机的油位，油位不得低于窥视孔。

（3）增压后的废氢气进入除油罐，除油罐内装有专用除油剂，废氢气从除油罐的底部进入顶部排出，其中的油污在通过除油罐时被吸附，以免油被后级的催化剂或分子筛吸附，影响分子筛的性能。

2.2.3 净化干燥

采用一种特殊处理过的分子筛干燥氢气。分子筛的孔径为4埃，可吸附小于4埃的任何分子。氢气流经干燥器时，大多数水分子和杂质等被4埃分子筛吸附，氢分子则穿透分子筛床层流出干燥器。分子筛使用一段时间后，上面的水分子和杂质将达到饱和，需进行再生处理。分子筛的再生是通过加热吹扫完成的，高温时，所吸附的水分子和杂质蒸发，然后通过吹扫气进行传热和引流。当分子筛达到一定温度后，上面的所有水分子和杂质被脱附，并在吹扫气的作用下被排空。为了连续供气，在一个干燥器为生产状态时，另一个干燥器处于再生状态。系统的最佳操作压力为不大于0.05 MPa。

干燥过程通过PLC控制气动碟阀，实现各组干燥器的吸附与再生。除水干燥部分的再生流量控制在200～450 m3/h，用来给予再生干燥器一定量的再生气以帮助再生干燥器的解吸，此流量第一次开机调试好后基本不再调节，保持当初的开度即可。

干燥器再生使用外加热器，再生时将电控箱面板上的“加热器电源开关”打开，调节温控仪（第一次调节好后，以后无需再调节），开始加热再生。再生温度高有利于再生完全，但温度过高使吸附剂使用寿命缩短，甚至烧坏，而且也会降低电加热棒的使用寿命。加热器的加热温度由加热器顶部及侧面热电偶控制（即“加热器温控”和“加热器监控”），设定在330℃左右，不得超过350℃。

当再生干燥器下端温度计显示为120～150℃时，表示干燥器再生结束，此时可关闭“加热器电源开关”。从开始加温至再生加热结束一般要经过6 h左右，可根据设备运行情况进行调整。

干燥后的回收气再经过过滤器，除去干燥时带入的微量粉尘。过滤器用刚玉管作过滤组件，使用一段时间后，若出现堵塞现象（可通过过滤器前后的压差来判断），将滤芯拆卸下来用水清洗，吹扫干净后恢复原状可重复使用。

2.2.4 压力调节

经过纯化的回收气进入10 m3储气罐，依据还原炉的使用要求，压力控制在0～0.05 MPa，故在纯气管路上安装一套自立式调节阀，用以稳定系统的出口压力，从而达到稳定还原炉工作压力的目的。

为了维持系统压力稳定，在系统的高压端进行补氢，自立式压力调节阀调试完毕后，不可随意调节，以免造成压力波动。

2.2.5 自动控制

控制系统由德国西门子CPU224型程序逻辑控制器（PLC）、露点仪、氢分仪、控氧仪、温控仪、流量计及辅助线路等构成。

控制系统按一定的时序发出信号，控制各气动阀门的开闭。

控温仪连续监控再生干燥器及除氧器的监控温度和温控温度，在规定的加热时间内，若温度高于设定值，控制系统会切断电源停止加热，若温度低于设定值，则会接通电源继续加热。

3 生产实践

3.1 实际运行

QHS-800氢气净化装置2008年末开始建造，2009年5月进行安装调试，7月正式投入生产，经过试车和性能考核，各项技术指标均达到设计要求：最大处理量（标）≥800 m3/h，产品氢气压力≥0.01 MPa（可调），产品氢气露点≤-60℃，满足氧化镍还原窑的用氢需求。

3.2 存在的问题

虽然本装置工艺和设备运行良好，然而受手动蝶阀密封效果不好和人为操作等因素的影响，系统运行一段时间后有少量氢气泄漏，导致氢气回收率降低。

4 结束语

QHS-800氢气净化装置工艺简单，自动化程度高，操作简便，运行安全可靠，能耗低，经过试车和性能考核，各项指标均达到设计要求，具有很好的推广应用价值。