膜法氫氣提濃技術在煉廠中的應用

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，通過膜分離技術回收，返回氫氣管網作為加氫原料，其經濟效益和社會效益非?？捎^。

關鍵詞：膜法氫氣提濃；原理；工藝流程

1 氫氣膜分離技術原理

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，對于不同氣體而言，它們在膜中的滲透速率大不相同，例如：H2O>H2>H2S>CO2>O2>Ar> CO>CH4>C2H6>N2。因此當具有一定壓力的混合氣體通過中空纖維膜分離器時，利用氣體自身的壓力作為推動力，通過“溶解一擴散一解吸”的機理，滲透速率較快的氣體（氫氣）透過膜后在設備的低壓滲透側富集，而滲透速率較慢的氣體在進氣高壓側富集。

氣體透過纖維膜的流量表達式為：

Qi=Ji·A·ΔPi

其中，Qi——透過膜的氣體流量，m3/h；

Ji ——滲透系數，m3/（m2·h·MPa）；

A ——膜面積，m2；

ΔPi ——膜兩側的分壓差，MPa；

由表達式可知，要在滲透側得到理想的氣體流量，就需要膜分離設備本身應具備較高的氣體選擇性、分離系數和滲透系數；同時通過膜的混合氣體還要有足夠的壓力，使膜兩側能夠產生足夠的分壓差做為推動力。

2 工藝流程描述

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

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

經過預處理后的原料氣進入膜分離器，氫氣以較快的速度透過膜絲，在低壓滲透側得到0.1MPa（G）、94%的高濃度氫氣，返回氫氣管網作為加氫原料；而其他組分的慢氣在原料側富集，通過自動調節(jié)閥送至界區(qū)外下游工段。

3 裝置運轉情況

該膜氫氣回收裝置經實際運行、檢驗后，滲透氣中的氫氣純度、回收率均達到了設計要求。經過對系統(tǒng)運行、穩(wěn)定性、指標等方面的長期觀察，證明該氫氣回收裝置性能穩(wěn)定，回收氫氣純度高，氣量大，產量增效明顯。部分運行數據見下表

裝置運行的初期原料氣中輕烴含量較高，為保證膜分離系統(tǒng)的安全運行，通過上游工藝及壓縮機分離設備的調整，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行負荷。

該膜分離裝置根據設計要求和上、下游實際工況，為滿足系統(tǒng)氣量的波動同時又能達到指標要求，設計時將膜分離器分成若干組別。在實際生產過程中，裝置的運行負荷大致在9500～15000NM3/h之間波動，因此通過合理調整膜分離器組的投運組數，與裝置的進氣量匹配，保證了系統(tǒng)在各種工況條件下均能達到設計要求的氫氣純度和回收率指標，體現(xiàn)了較高的操作彈性和系統(tǒng)可靠性。

4 經濟效益核算

該膜分離氫回收裝置設計處理能力為20000NM3/h，實際運行達到約15000NM3/ h，原料氣氫氣濃度65%～75%，產品氫純度大于94%，氫氣回收率達到93%，裝置運行按照全年運轉8000h計，氫氣以1元/ NM3 計，則每小時回收的氫氣折算成純氫為：

15000×70%×93%=9765NM3/h

則全年預計可回收氫氣的價值為：

9765×8000×1/10000=7812萬元

該裝置在投運后3個月左右即可收回投資，經濟效益非?？捎^。

5 裝置優(yōu)勢

通常情況下，膜法氫氣提濃技術在中高壓條件下應用較多，這樣可以保證膜分離裝置在運行時有足夠的推動力。但是將煉廠氣升壓的過程，也增加了很大一部分能耗，經濟效益不好。而在推動力比較低的情況下，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。

實踐證明此低壓膜分離氫回收系統(tǒng)很好的達到了預期的目標，不但節(jié)約了壓縮機的能耗，也得到了高純度、高回收率的氫氣，給企業(yè)帶來了很好的經濟效益和社會效益。

6 結論

經過實際論證，該膜氫氣分離系統(tǒng)的工藝簡單、能耗低、操作彈性大，同時其產品氫的純度高，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

[1]王從厚，陳勇，尹中升.氫源與膜法提氫技術[J].分離信息薈萃，2005，（3）：90-91.

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

（作者單位：大連邁泰克科技開發(fā)有限公司）