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膜后富集到高濃度的過程。
滲透速率用J=D·S/d(cm3 /cm2.s.cmHg)表示,它是表征氣體透過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膜.從J=D·S/d來看,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,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,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)過除雜,合成器再經(jīng)過高壓精餾制得甲醇。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,如酚醛樹脂、脲醛樹脂等。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)基本過程。
3.1原料氣的預(yù)處理
由界區(qū)外送來的原料氣,先經(jīng)過氣液分離器,去除來氣中含有的液滴。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、解析過程。
四、結(jié)論
某廠的甲醇裝置弛放氣氣量9345NM3/h,通過膜分離裝置對(duì)氫氣進(jìn)行回收,通過模擬計(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。
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