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        氣體膜分離技術(shù)在甲醇生產(chǎn)中的應(yīng)用

        2020-05-28 02:33:17王波
        視界觀·上半月 2020年4期
        關(guān)鍵詞:回收率甲醇生產(chǎn)

        王波

        摘? ? 要:甲醇是重要的化工原料,可以生產(chǎn)出多種下游產(chǎn)品。氣體膜分離技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)、工藝流程簡(jiǎn)單、配套設(shè)備少、占用現(xiàn)場(chǎng)空間小,經(jīng)濟(jì)效益顯著特點(diǎn)。

        關(guān)鍵詞:甲醇;生產(chǎn);氣體膜分離;回收率

        一、氣體膜分離技術(shù)綜述

        氣體膜分離原理:不同氣體在高分子膜中的滲透速率不同,在壓力的推動(dòng)下低濃度的氣體通過(guò)膜后富集到高濃度的過(guò)程。

        滲透速率用J=D·S/d(cm3 /cm2.s.cmHg)表示,它是表征氣體透過(guò)膜的難易程度的一個(gè)物理量,J值越大,則表示某一組份氣體越容易透過(guò)膜.從J=D·S/d來(lái)看,J值和膜的厚度d成反比,和D·S乘積成正比。氣體分子的大小、氣體和膜本身的特性以及操作的溫度和壓力都對(duì)D和S產(chǎn)生影響。

        J值一般規(guī)律是:

        1)一些小分子氣體(H2,He)比大分子氣體(CH4,C2H6)易于透過(guò),其主要原因是由于小分子氣體的D值較大。

        2)一些極性氣體分子(H2O,H2S,SO2,CO2)比非極性分子(O2,N2,CH4)易于透過(guò),其主要原因是因?yàn)闃O性氣體分子在一些高分子膜內(nèi)的溶解度較大(即S值較大)所致。

        分離系數(shù)α:分離系數(shù)標(biāo)志著高分子膜的選擇分離性能αA/B= JA/JB。J和α是衡量各種高分子膜的氣體分離性能的主要參數(shù)。

        二、甲醇生產(chǎn)與應(yīng)用

        甲醇生產(chǎn)有焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化、煤炭氣化、天然氣轉(zhuǎn)化制成合成氣,其中的有效組分co、co2、H2經(jīng)過(guò)除雜,合成器再經(jīng)過(guò)高壓精餾制得甲醇。甲醇生產(chǎn)是催化劑作用下復(fù)雜的,可逆的反應(yīng)。主反應(yīng)有:

        CO + 2H2? ?CH3OH + 102.5 kJ/mol

        CO2+3H2? CH3OH + H2O + 59.6 kJ/mol

        在甲醇反應(yīng)中氫碳比為2:1,一般認(rèn)為加過(guò)量氫氣量有利于甲醇合成。

        甲醇是重要的化工原料有著廣泛的應(yīng)用。甲醇傳統(tǒng)下游產(chǎn)品有甲醛,醋酸,二甲醚,MTBE。甲醛是粘合劑的主要成分,如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等。甲醇的新型下游可以制備丙烯、烯烴、可以作為甲醇燃料、也可以制備氫氣。

        三、工業(yè)應(yīng)用實(shí)例

        某化工廠內(nèi)甲醇裝置馳放氣最大量9345.28Nm3/h(組分:H2、CO、CO2、CH4、N2、AR、CH3OH、H2O;正常壓力6.71MPa(G);正常溫度39℃;),通過(guò)膜分離裝置將其中的氫氣提濃回收,膜分離的滲透氣和尾氣分別送往下游工藝單元。膜分離裝置的工藝流程可以分為兩個(gè)基本過(guò)程。

        3.1原料氣的預(yù)處理

        由界區(qū)外送來(lái)的原料氣,先經(jīng)過(guò)氣液分離器,去除來(lái)氣中含有的液滴。之后為避免露點(diǎn)范圍的介質(zhì)以液態(tài)狀態(tài)進(jìn)入膜系統(tǒng),將氣液分離器出口氣體經(jīng)u型管換熱器加熱到61℃左右,以使其達(dá)到最佳分離效果,之后進(jìn)入膜分離器組。

        3.2膜分離提氫過(guò)程

        經(jīng)預(yù)處理的原料氣,進(jìn)入膜分離器組。膜分離器內(nèi)部裝填有中空纖維膜絲組件。在中空纖維絲內(nèi)外側(cè)壓差作用下,氫氣以較快的速率透過(guò)纖維膜絲,在纖維芯側(cè)得到富氫產(chǎn)品,稱為滲透氣;擴(kuò)散速率較慢的組分則滯留在原料側(cè),稱為非滲透氣或尾氣。

        在正常工況下,經(jīng)膜分離器組提濃的滲透氫氣,壓力為3.1MPa(G),送去下游裝置使用。非滲透氣(也稱尾氣)經(jīng)減壓至0.35 MPa (G)送出。

        3.3主要設(shè)備

        膜分離裝置占地面積約10米x4米x4米由以下設(shè)備組成:

        (1)氣液分離器

        氣液分離器1臺(tái),用來(lái)分離原料氣中的霧沫夾帶。氣液分離器內(nèi)填充CY型不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料,填料層高度200mm。氣液分離器設(shè)有液位計(jì)。氣液分離器底部設(shè)有手動(dòng)閥,需要定時(shí)排液。分離后的氣體從頂部排出進(jìn)入加熱器。

        (2)加熱器

        加熱器1臺(tái),為u型管式換熱器。加熱介質(zhì)為0.5 MPa、158℃的飽和蒸汽,原料氣走管程,蒸汽走殼程,原料氣被加熱到60℃左右。溫度通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)蒸汽用量。

        (3)膜分離器

        膜分離器是由膜殼和膜芯組合而成。膜殼是金屬制成的壓力容器,膜芯是由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的中空纖維管組成。原料氣由分離器下端側(cè)口進(jìn)入沿纖維束外表面向上流動(dòng),氣體接觸到中空纖維膜時(shí)便進(jìn)行溶解、擴(kuò)散、解析過(guò)程。

        四、結(jié)論

        某廠的甲醇裝置弛放氣氣量9345NM3/h,通過(guò)膜分離裝置對(duì)氫氣進(jìn)行回收,通過(guò)模擬計(jì)算物料平衡表如下:

        從表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論:膜分離設(shè)備氫氣回收率達(dá)到91.15%,將氫氣的濃度也提高到了90.46%,將回收的氫氣返回原料氣中從而達(dá)到增產(chǎn)甲醇的目的,高效利用了弛放氣中的氫氣,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

        參考文獻(xiàn):

        [1]曲文凱. 基于膜分離技術(shù)的甲醇精制過(guò)程模擬與優(yōu)化[D].青島科技大學(xué),2014

        [2]盛于藍(lán),沈海晶.膜分離技術(shù)在甲醇裝置的應(yīng)用[J].化學(xué)工程師,2006(09):41-42

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