宋偉

摘 要：催化重整、催化裂化、加氫精制、PSA解吸等煉廠氣中的氫氣，通過膜分離技術(shù)回收，返回氫氣管網(wǎng)作為加氫原料，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非?？捎^。

關(guān)鍵詞：膜法氫氣提濃；原理；工藝流程

1 氫氣膜分離技術(shù)原理

氫氣膜是用聚酰亞胺等高分子材料制成的一種中空纖維膜，對(duì)于不同氣體而言，它們?cè)谀ぶ械臐B透速率大不相同，例如：H2O>H2>H2S>CO2>O2>Ar> CO>CH4>C2H6>N2。因此當(dāng)具有一定壓力的混合氣體通過中空纖維膜分離器時(shí)，利用氣體自身的壓力作為推動(dòng)力，通過“溶解一擴(kuò)散一解吸”的機(jī)理，滲透速率較快的氣體（氫氣）透過膜后在設(shè)備的低壓滲透?jìng)?cè)富集，而滲透速率較慢的氣體在進(jìn)氣高壓側(cè)富集。

氣體透過纖維膜的流量表達(dá)式為：

Qi=Ji·A·ΔPi

其中，Qi——透過膜的氣體流量，m3/h；

Ji ——滲透系數(shù)，m3/（m2·h·MPa）；

A ——膜面積，m2；

ΔPi ——膜兩側(cè)的分壓差，MPa；

由表達(dá)式可知，要在滲透?jìng)?cè)得到理想的氣體流量，就需要膜分離設(shè)備本身應(yīng)具備較高的氣體選擇性、分離系數(shù)和滲透系數(shù)；同時(shí)通過膜的混合氣體還要有足夠的壓力，使膜兩側(cè)能夠產(chǎn)生足夠的分壓差做為推動(dòng)力。

2 工藝流程描述

某煉廠的變壓吸附解析氣與精制干氣進(jìn)入壓縮機(jī)升壓至1.2MPa，然后和加氫干氣混合后作為原料氣進(jìn)入膜氫氣回收界區(qū)。膜分離裝置的工藝流程可分為預(yù)處理（過濾、加熱）和膜氫氣分離兩部分。

原料氣經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)后進(jìn)入高效過濾器，去除氣體中夾帶的固體雜質(zhì)、油滴及水汽等，然后進(jìn)入蒸汽加熱器，將原料氣加熱至48～55℃，目的是保證進(jìn)入膜分離的氣體遠(yuǎn)離露點(diǎn)溫度，使原料氣中可能含有的液態(tài)物質(zhì)不至在膜表面富集而影響氣體分離效果，同時(shí)使膜分離器處于最佳的工作狀態(tài)。

經(jīng)過預(yù)處理后的原料氣進(jìn)入膜分離器，氫氣以較快的速度透過膜絲，在低壓滲透?jìng)?cè)得到0.1MPa（G）、94%的高濃度氫氣，返回氫氣管網(wǎng)作為加氫原料；而其他組分的慢氣在原料側(cè)富集，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)閥送至界區(qū)外下游工段。

3 裝置運(yùn)轉(zhuǎn)情況

該膜氫氣回收裝置經(jīng)實(shí)際運(yùn)行、檢驗(yàn)后，滲透氣中的氫氣純度、回收率均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行、穩(wěn)定性、指標(biāo)等方面的長(zhǎng)期觀察，證明該氫氣回收裝置性能穩(wěn)定，回收氫氣純度高，氣量大，產(chǎn)量增效明顯。部分運(yùn)行數(shù)據(jù)見下表

裝置運(yùn)行的初期原料氣中輕烴含量較高，為保證膜分離系統(tǒng)的安全運(yùn)行，通過上游工藝及壓縮機(jī)分離設(shè)備的調(diào)整，降低了原料氣中的輕烴含量，減輕了膜裝置中高效過濾器的運(yùn)行負(fù)荷。

該膜分離裝置根據(jù)設(shè)計(jì)要求和上、下游實(shí)際工況，為滿足系統(tǒng)氣量的波動(dòng)同時(shí)又能達(dá)到指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)時(shí)將膜分離器分成若干組別。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，裝置的運(yùn)行負(fù)荷大致在9500～15000NM3/h之間波動(dòng)，因此通過合理調(diào)整膜分離器組的投運(yùn)組數(shù)，與裝置的進(jìn)氣量匹配，保證了系統(tǒng)在各種工況條件下均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的氫氣純度和回收率指標(biāo)，體現(xiàn)了較高的操作彈性和系統(tǒng)可靠性。

4 經(jīng)濟(jì)效益核算

該膜分離氫回收裝置設(shè)計(jì)處理能力為20000NM3/h，實(shí)際運(yùn)行達(dá)到約15000NM3/ h，原料氣氫氣濃度65%～75%，產(chǎn)品氫純度大于94%，氫氣回收率達(dá)到93%，裝置運(yùn)行按照全年運(yùn)轉(zhuǎn)8000h計(jì)，氫氣以1元/ NM3 計(jì)，則每小時(shí)回收的氫氣折算成純氫為：

15000×70%×93%=9765NM3/h

則全年預(yù)計(jì)可回收氫氣的價(jià)值為：

9765×8000×1/10000=7812萬元

該裝置在投運(yùn)后3個(gè)月左右即可收回投資，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

5 裝置優(yōu)勢(shì)

通常情況下，膜法氫氣提濃技術(shù)在中高壓條件下應(yīng)用較多，這樣可以保證膜分離裝置在運(yùn)行時(shí)有足夠的推動(dòng)力。但是將煉廠氣升壓的過程，也增加了很大一部分能耗，經(jīng)濟(jì)效益不好。而在推動(dòng)力比較低的情況下，為得到回收率較高且高純度的氫氣，就要求膜纖維絲本身要具備更高的滲透性能和選擇性。

實(shí)踐證明此低壓膜分離氫回收系統(tǒng)很好的達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，不但節(jié)約了壓縮機(jī)的能耗，也得到了高純度、高回收率的氫氣，給企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)際論證，該膜氫氣分離系統(tǒng)的工藝簡(jiǎn)單、能耗低、操作彈性大，同時(shí)其產(chǎn)品氫的純度高，回收率高，非常適用于低壓條件下煉廠氣中氫氣的回收工藝。

參考文獻(xiàn)

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[2]Malder M，李琳（譯）.膜技術(shù)基本原理（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：201-202.

（作者單位：大連邁泰克科技開發(fā)有限公司）