葛志躍

(河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

影響氫回收膜分離系統(tǒng)運行效果的因素及優(yōu)化

葛志躍

(河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

結(jié)合500 kt/a甲醇合成裝置氫回收膜分離系統(tǒng)的實際運行情況，分析運行過程中出現(xiàn)膜分離系統(tǒng)運行效果差的原因。通過采取相應(yīng)的有效措施，降低了進入氫回收膜分離系統(tǒng)的甲醇合成弛放氣中的甲醇含量并去除了雜質(zhì)；同時針對膜絲存在老化現(xiàn)象，隔離效率低的膜分離器，以增大膜分離器內(nèi)外側(cè)的壓差，提高了現(xiàn)有膜分離器的運行效率。

氫回收；甲醇合成弛放氣；膜分離

0 前言

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇公司)500 kt/a甲醇裝置中的甲醇合成弛放氣經(jīng)預處理后進入氫回收膜分離系統(tǒng)的膜分離器，依靠中空纖維膜內(nèi)外兩側(cè)的分壓差作為推動力，通過溶解、擴散、滲透、解析等步驟在中空纖維膜內(nèi)側(cè)形成富氫氣流(滲透氣)，滲透氣送回合成氣壓縮機作為生產(chǎn)甲醇的原料，尾氣則送至燃燒系統(tǒng)。在8年多的運行過程中，對氫回收膜分離系統(tǒng)進行了一系列的改造，取得了顯著的效果，從而確保了甲醇裝置的高負荷安全穩(wěn)定運行。

1 弛放氣中甲醇及雜質(zhì)對膜分離系統(tǒng)運行效果的影響及優(yōu)化

龍宇公司甲醇分離器出口弛放氣中甲醇體積分數(shù)設(shè)計值為0.34%，為壓力7.6 MPa、溫度40 ℃下的理論值。在實際運行過程中，由于夏季循環(huán)水溫度高，循環(huán)氣溫度高達45 ℃，致使弛放氣中甲醇體積分數(shù)平均為0.59%，最高時達0.85%；此外，由于絲網(wǎng)層內(nèi)件故障，曾出現(xiàn)高循環(huán)氣量下將部分絲網(wǎng)除沫器吹翻的現(xiàn)象，導致循環(huán)氣中甲醇體積分數(shù)在1.20%以上。

預處理后氣體中的甲醇及其他雜質(zhì)含量是影響氫回收膜分離系統(tǒng)運行效果的主要因素。龍宇公司第1套氫回收膜分離系統(tǒng)采用A公司提供的技術(shù)，正常處理氣量為16 500 m3/h(標態(tài))，最大處理能力為20 000 m3/h(標態(tài))。該膜分離系統(tǒng)由5組中空纖維膜分離器組成，采用并聯(lián)形式連接，預處理時無水洗裝置，僅有1臺加熱器將入膜氣加熱至60～80 ℃后送入膜分離器。該氫回收膜分離系統(tǒng)于2008年5月投入使用，2011年5月因膜分離效率過低、滲透氣中氮氣含量高而提前更換停用，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)膜絲嚴重老化，中空纖維管內(nèi)存在石蠟等固體雜質(zhì)而堵塞微孔。

針對第1套氫回收膜分離系統(tǒng)在運行中存在的問題，采取了一系列優(yōu)化措施來降低膜分離器入膜氣中的甲醇及其他雜質(zhì)含量[1]。

(1)在甲醇分離器內(nèi)原絲網(wǎng)除沫器的基礎(chǔ)上增設(shè)了葉片式分離器，使循環(huán)氣中甲醇體積分數(shù)平均值由改造前的0.59%降至0.39%，有效降低了弛放氣中的甲醇含量[2]。

(2)第2套氫回收膜分離系統(tǒng)用B公司的普里森膜分離技術(shù)，預處理增設(shè)了弛放氣水洗及氣液分離過程，弛放氣經(jīng)水洗塔處理后甲醇體積分數(shù)降至2 000×10-6以下，同時其他有機雜質(zhì)也得到有效脫除。該膜分離系統(tǒng)由11組中空纖維膜分離器組成，采用4- 4- 3并聯(lián)加串聯(lián)的模式運行，但運行過程中有1組中空纖維膜分離器外殼存在故障而未投用，實際運行狀況為4- 4- 2并聯(lián)加串聯(lián)的模式。第2套氫回收膜分離系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 第2套氫回收膜分離系統(tǒng)工藝流程

2 操作壓力對膜分離系統(tǒng)運行效果的影響及優(yōu)化[3]

(1)第2套氫回收膜分離系統(tǒng)投用初期，甲醇合成催化劑已經(jīng)進入使用后期，系統(tǒng)操作壓力(即弛放氣壓力)控制得偏高。為了避免系統(tǒng)超壓，系統(tǒng)存在一定放空量，循環(huán)氣中氮氣含量控制得稍低，膜分離器兩側(cè)壓差控制得較高(在設(shè)計值4.2 MPa以內(nèi))，氫回收膜分離系統(tǒng)運行效果較好，氫回收率控制在78.3%(表1)。

由表1可知，滲透氣中氫氣體積分數(shù)提高約26.5%，非滲透氣中氮氣體積分數(shù)提高20.2%，此時入膜氣壓力平均為6.90 MPa，滲透氣壓力平均為3.15 MPa，膜分離器內(nèi)外側(cè)壓差平均為3.75 MPa，入膜氣量控制在25 000 m3/h(標態(tài))以內(nèi)。

表1 甲醇合成催化劑使用后期氫回收膜分離系統(tǒng)工藝參數(shù)

注：1)2011年6月至2012年5月平均值

(2)2012年6月更換甲醇合成催化劑后，由于催化劑活性好，甲醇合成弛放氣壓力控制得偏低，同時系統(tǒng)氮氣含量控制得較高，膜分離器內(nèi)外側(cè)壓差控制得相對偏低，氫回收膜分離系統(tǒng)氫回收率控制在76.1%(表2)。

由表2可知，滲透氣中氫氣體積分數(shù)提高了4.7%，非滲透氣中氮氣體積分數(shù)提高9.5%，此時入膜氣壓力平均為4.7 MPa，滲透氣壓力平均為3.1 MPa，膜分離器內(nèi)外側(cè)壓差平均為1.6 MPa，入膜氣量控制在<20 000 m3/h(標態(tài))。

表2 更換甲醇合成催化劑后氫回收膜分離系統(tǒng)工藝參數(shù)

注：1)2012年6月至2015年2月平均值

(3)2015年3月，隨著甲醇合成催化劑運行至中后期，受合成系統(tǒng)壓力有所上升影響，入膜氣壓力平均為5.3 MPa。入膜氣壓力有所提升，對應(yīng)的滲透氣量隨之增加，為確保氫回收膜分離系統(tǒng)不超負荷運行，控制滲透氣出口總閥開度，使?jié)B透氣量下降，入膜氣量控制在23 000 m3/h(標態(tài))以內(nèi)，此時氫回收率控制在76.6%(表3)。

表3 甲醇合成催化劑運行中后期氫回收膜分離系統(tǒng)工藝參數(shù)

注：1)2015年3月平均值

由表3可知：由于受到前系統(tǒng)以及氫回收裝置自身運行的影響，系統(tǒng)氮氣含量較前期有所增加；滲透氣中氫氣體積分數(shù)提高3.4%，非滲透氣中氮氣體積分數(shù)提高7.5%；此時入膜氣壓力平均為5.3 MPa，滲透氣出口總閥截流以控制氫回收負荷，滲透氣壓力平均為4.0 MPa，膜分離器內(nèi)外側(cè)的壓差平均為1.3 MPa，入膜氣量控制在<23 000 m3/h(標態(tài))。

(4)隨著氫回收膜分離系統(tǒng)運行時間的延長及開停車的影響，第2套膜分離系統(tǒng)運行至近4年后，出現(xiàn)1#～4#膜分離器分離效果降低的現(xiàn)象。2015年4月，決定停用1#～4#膜分離器，但為了防止在緊急停車等工況下出現(xiàn)反壓，微開1#～4#膜分離器滲透氣出口閥，同時全開滲透氣出口總閥，以提高膜分離器內(nèi)外側(cè)的壓差，此時氫回收率控制在70.0%(表4)。

表4 調(diào)整之后的氫回收膜分離系統(tǒng)工藝參數(shù)

注：1)2015年4月平均值

由表4可知，滲透氣中氫氣體積分數(shù)提高8.0%，非滲透氣中氮氣體積分數(shù)提高11.4%。調(diào)整之后，入膜氣壓力平均為6.0 MPa，滲透氣壓力平均為3.2 MPa，膜分離器內(nèi)外側(cè)的壓差平均為2.8 MPa，入膜氣量控制在<25 000 m3/h(標態(tài))。

3 結(jié)語

根據(jù)第2套氫回收膜分離系統(tǒng)實際運行情況，采取有效措施降低了入膜氣中的甲醇含量并去除雜質(zhì)，同時針對膜絲存在老化現(xiàn)象而隔離分離效率低的膜分離器，增大了膜分離器內(nèi)外側(cè)的壓差，提高了現(xiàn)有膜分離器的運行效率，基本能滿足生產(chǎn)要求。

[1] 宋維端，肖任堅，房鼎業(yè).甲醇工學[M].北京：化學工業(yè)出版社，1991.

[2] 張子鋒，張凡軍.甲醇生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[3] 胡兵.探討普里森裝置氫回收量低的原因及對策[J].大氮肥，2002(1)：58- 59.

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《化肥工業(yè)》編輯部

FactorsInfluencingOperationEffectofMembraneSeparationSystemforHydrogenRecoveryandOptimization

GE Zhiyue

(Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng 476600, China)

In connection with actual operation conditions of membrane separation system for hydrogen recovery of 500 kt/a methanol synthesis unit, an analysis is made of the causes of poor running effect in operation of membrane separation system. By taking relevant effective measures, the content of methanol in purge gas from methanol synthesis entering membrane separation system for hydrogen recovery is reduced, and impurities are removed; at the same time, in connection with aging phenomenon of membrane fiber, by isolating low effective membrane separator, the pressure difference between inside and outside the membrane separator is increased, and operation effect of existing membrane separator is improved.

hydrogen recovery; purge gas from methanol synthesis; membrane separation

葛志躍(1986—)，男，工程師，從事甲醇、二甲醚生產(chǎn)技術(shù)管理工作；270968421@qq.com

TQ051.8+93

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：1006- 7779(2017)03- 0063- 03

2016- 02- 26)