王旭俊

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

1 馳放氣氫回收的方法

1.1 深冷法

深冷分離法利用馳放氣中各氣體組分的冷凝液化溫度的不同，將馳放氣降溫到一定值使氫氣液化與其它氣體分離。深冷法具有產(chǎn)品純度較高、可高壓操作、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是操作復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用較高、維護(hù)頻繁。深冷法還分為精餾與非精餾兩種，前者費(fèi)用和能耗要高于后者。

1.2 吸附法

吸附法有變壓吸附法、變溫吸附法兩種。在變壓吸附法中一般用分子篩做為吸附劑，馳放氣中CH4、N2等惰性氣體與氫氣在不用壓力下對吸附劑的吸附和解吸能力不同，通過對馳放氣經(jīng)過吸附劑時(shí)壓力的調(diào)節(jié)變換來進(jìn)行分離：即當(dāng)馳放氣通過吸附劑床層時(shí)，其中的惰氣被床層吸附，當(dāng)床層飽和后降低壓力釋放惰氣，使吸附劑床層再生之后循環(huán)。同理變溫吸附則是通過變換馳放氣通過吸附劑時(shí)的溫度進(jìn)而分離出氫氣。吸附法具有產(chǎn)品純度高、自動(dòng)化程度高、操作壓力低等特點(diǎn)，但是該方法的氫氣回收率較低、切換頻繁對程序控制閥門質(zhì)量要求較高。

1.3 膜分離法

膜分離法[1]又叫中空纖維膜分離技術(shù)，一般由多種聚合物制成，包括聚乙烯、醋酸纖維、聚二甲基硅氧烷。馳放氣中各氣體組分對于氣體膜的滲透速率不同，當(dāng)氣體膜兩側(cè)的壓力不同時(shí)，滲透率高的氫氣體在滲透側(cè)聚集，而滲透率低的氣體被留在另一側(cè)。

2 膜分離法在生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 氫回收裝置

本裝置由氣體的預(yù)處理與膜分離兩部分組成。預(yù)處理包括弛放氣的脫水與升溫干燥。膜分離是本裝置的主體。

2.2 氫回收裝置工藝流程圖

2.3 氫回收裝置工藝流程

來自合成系統(tǒng)的弛放氣由H2、CO、CO2、N2、H2O、Ar氣組成，以設(shè)計(jì)流量25000Nm3/h、溫度40℃和壓力7.33/8.13MPa進(jìn)入氫回收系統(tǒng)。弛放氣在前系統(tǒng)經(jīng)過水洗塔洗會(huì)含有部分甲醇水，要先經(jīng)氣液分離器進(jìn)行脫水。馳放氣在通過氣液分離器之后的管路可能會(huì)由于降溫出現(xiàn)水霧，而水會(huì)使膜分離效果下降，損壞中空纖維膜，所以氣液分離器排出來的氣體必須經(jīng)過一套管式換熱器加熱處理，其熱源為0.7MPa的飽和蒸汽。馳放氣在換熱器中被加熱到80℃左右。該加熱器加熱介質(zhì)為低壓蒸汽，馳放氣的溫度可以由進(jìn)入換熱器蒸汽的流量來控制。

馳放氣在加熱器加熱處理后進(jìn)入膜分離器。分離器組由采用并聯(lián)的4根相互獨(dú)立的Φ200×3800mm中空纖維膜分離器組成。其中每根獨(dú)立的分離器均配有閥門可以自由切斷、接通。生產(chǎn)中可根據(jù)不同的馳放氣處理量進(jìn)行切換改變氫氣回收純度和回收率。

馳放氣進(jìn)入膜分離器后，分離器中的中空纖維膜對馳放氣中氫氣的滲透率較高。依靠中空纖維膜內(nèi)、外兩側(cè)的壓差作為動(dòng)力，經(jīng)過滲透、溶解、擴(kuò)散、解吸等過程，使分離器中膜內(nèi)側(cè)形成富氫氣區(qū)，膜的外側(cè)形成了隋性氣區(qū)。前者稱為滲透氣，后者稱為尾氣。

馳放氣壓力為(初期/末期)7.33/8.13MPa。滲透氣壓力為3.03MPa。壓差在膜分離中是一個(gè)重要操作指標(biāo)，為防止中空纖維膜被破壞，馳放氣與滲透氣的壓差要小于10MPa。

馳放氣經(jīng)過膜分離器氫氣的得率可達(dá)88%以上。滲透氣送往壓縮機(jī)與新鮮氣匯合從新參與反應(yīng)生成甲醇；剩余的尾氣中氫氣含量較少通過膜分離器的尾部放空閥排出。

圖1 氫回收裝置工藝流程

3 結(jié)語

馳放氣中氫的回收再利用可以有效避免能源浪費(fèi)提高產(chǎn)率，同時(shí)還有利于環(huán)境的保護(hù)。目前眾多技術(shù)中膜分離法由于投資小，整個(gè)系統(tǒng)沒有動(dòng)設(shè)備維護(hù)方便？(重新表達(dá))，回收率高，被廣泛應(yīng)用。