氣體膜分離技術(shù)回收煉廠富氫干氣中氫氣的應(yīng)用研究

李雅珍 郭琪

摘要：煉油廠在進(jìn)行工作過程中會(huì)使用到大量的氫氣，為了能夠降低用氫成本，需要采用氣體膜分離技術(shù)回收煉廠富氫干氣中氫氣，氣體膜分離技術(shù)的應(yīng)用能夠有效減少氫氣的使用量，并且該技術(shù)設(shè)計(jì)合理、操作彈性大、運(yùn)行可靠、回收氫氣的效率高等特點(diǎn)，為煉油廠獲得廉價(jià)氫氣提供了新的途徑，但是由于富氫干氣中的成分比較復(fù)雜，對(duì)氣體膜的長周期運(yùn)行造成影響，因此需要對(duì)氣體膜分離技術(shù)的相關(guān)性問題進(jìn)行研究，并提出合理地解決方法，提高膜的使用壽命，進(jìn)而增長煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：膜分離;回收氫氣;應(yīng)用研究

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，能源需求也以驚人的速度增長，傳統(tǒng)能源的數(shù)量和質(zhì)量已不能滿足當(dāng)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，傳統(tǒng)能源的提煉和新能源的發(fā)展正在不斷探索中，氫能源在傳統(tǒng)能源的深度加工中起著關(guān)鍵作用，煉油業(yè)是最大的氫消耗市場，其氫消耗約占全球氫消耗的90%，由于高質(zhì)量原油的短缺，劣質(zhì)原油的持續(xù)增長以及日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，對(duì)油質(zhì)的要求不斷提高，加氫工藝已廣泛用于精煉行業(yè)，并且煉油廠對(duì)氫氣的需求正在增加。氣體膜分離技術(shù)的優(yōu)化和提高氫氣利用率對(duì)節(jié)約能源，降低能耗，降低煉油生產(chǎn)成本具有重要的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

1氣體膜分離技術(shù)概述

膜技術(shù)是一種比較古老的技術(shù)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，膜技術(shù)的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，膜技術(shù)在自然界中尤其是生物體內(nèi)廣泛存在著，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜浅Ｖ匾慕巧?，膜技術(shù)是現(xiàn)代仿生技術(shù)研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。各種膜在使用過程中具有不同的特點(diǎn)：第一，工藝操作相對(duì)簡單，所需要的設(shè)備較少，操作靈活。第二，分離系數(shù)大，動(dòng)力及傳動(dòng)設(shè)備使用較少，能耗降低，占地面積較小，維修方便。第三，在使用過程中不會(huì)形成二次污染，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何危害。

氣體膜分離技術(shù)是膜分離科學(xué)與技術(shù)的重要組成部分，是一種高效的分離技術(shù)，氣體膜分離技術(shù)與其他的分離技術(shù)相比有著非常明顯的優(yōu)勢，在分離過程中能耗降低，容易實(shí)現(xiàn)分離過程，如果氣源本身就具有一定的壓力，那么在分離過程中的經(jīng)濟(jì)性就會(huì)更加明顯。從宏觀角度去分析，氣體膜分離技術(shù)是一種物理分離過程，操作流程較為簡單，所需要的費(fèi)用較低。

氣體膜分離技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，隨著膜材料以及膜組件的不斷深入研究，氣體膜分離技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到各種領(lǐng)域，但是由于高效膜分離材料的品種比較缺乏，因此不斷研究和發(fā)展新的氣體膜分離技術(shù)已經(jīng)成為世界高新技術(shù)領(lǐng)域中的研究熱題。氣體膜分離技術(shù)在回收煉廠富氫干氣中氫氣已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用，減少氫氣的消耗量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)氫氣的節(jié)能效果。

2氣體膜分離技術(shù)原理

氣體膜分離技術(shù)就是依據(jù)膜的選擇滲透作用，在外界能量的影響下，能夠?qū)M分中的混合物進(jìn)行分離。氣體膜分離技術(shù)是依靠氣體壓力來作為主要的推動(dòng)力，將高分子聚合物薄膜對(duì)不同分子的選擇滲透作用從而實(shí)現(xiàn)回收煉廠富氫干氣中氫氣，并進(jìn)行提純凈化。在進(jìn)行滲透過程中，氣體分子會(huì)吸附在膜的表面，并且會(huì)溶解到膜中。由于聚合物鏈段會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)反應(yīng)，其密度出現(xiàn)變化，在膜中形成孔穴，氣體分子會(huì)通過孔穴進(jìn)行擴(kuò)散，溶解于聚合物中的氣體分子能夠從膜的一側(cè)擴(kuò)散到另外一側(cè)，從而完成整個(gè)滲透過程。不同的分子膜溶解程度也會(huì)有所差異，因此所形成的孔穴尺寸和擴(kuò)散步驟會(huì)存在差異性。通常情況下，根據(jù)相似相溶性的原理，膜大多是由有機(jī)高分子材料所形成的，因此有機(jī)氣體的溶解性會(huì)比較強(qiáng)烈，更容易在膜中形成擴(kuò)散。

3氣體膜分離技術(shù)回收煉廠富氫干氣中氫氣的影響

3.1原料氣流量對(duì)分離過程的影響

原料氣流量越大說明滲透氣的濃度越高，回收氫的總量就會(huì)越多，但是回收率卻出現(xiàn)降低現(xiàn)象，這時(shí)可以考慮增加膜組件的數(shù)量來提高回收率，另外也可以采取提高操作溫度，增大壓差等方法增加回收率，如果滲透氣濃度小于產(chǎn)品氣所需要的濃度，想要提高回收率只能采用增大壓差的方法。當(dāng)原料氣流量有所降低時(shí)，為了能夠保證滲透器濃度以及膜組件性能的充分發(fā)揮，減少相應(yīng)的模組件數(shù)量也是一個(gè)非常不錯(cuò)的方法。

3.2膜氫對(duì)加氫裂化裝置的影響

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，膜氫引入PSA單元，連續(xù)重整氫氣經(jīng)過PSA提升以后，直接供給氫裂化心情使用，在實(shí)際運(yùn)行中可以發(fā)現(xiàn)，膜氫引入PSA產(chǎn)品以后，氫氣中的一氧化碳含量會(huì)有所上升，因此加氫裂化裝置中對(duì)新氫的指標(biāo)會(huì)有所降低，這主要是由于在一氧化碳和二氧化碳的條件下，加氫裂化反應(yīng)會(huì)形成甲烷化反應(yīng)，從而會(huì)影響加氫裂化裝置的安全運(yùn)行。

另外，循環(huán)氫純度會(huì)出現(xiàn)下降，同時(shí)循環(huán)氫中空氣的含量會(huì)逐漸上升，通過調(diào)整PSA裝置操作，增加反應(yīng)排放氫的措施，能夠有效提高PSA產(chǎn)品氫純度。

3.3對(duì)柴油加氫裝置的影響

通過柴油加氫裝置進(jìn)行膜氫處理，由于在實(shí)際操作過程中并沒有實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提純，導(dǎo)致氫氣的純度較低，如果直接供應(yīng)柴油加氫裝置以后，就會(huì)發(fā)生甲烷化反應(yīng)，產(chǎn)生的甲烷會(huì)和膜氫中的惰性氣體進(jìn)行結(jié)合，使循環(huán)氫的純度降低，導(dǎo)致系統(tǒng)中的氫氣耗量增加。膜氫的改入能夠降低了氫氣純度，裝置新氫機(jī)入口氫氣含量增加，需要進(jìn)行全負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致裝置的節(jié)能效益不能充分發(fā)揮，從而增加了耗電量。

4結(jié)束語

通過氣體膜分離技術(shù)回收煉廠富氫干氣中氫氣，有效提高氫氣的利用率，減少氫氣的能源消耗，為有效增加煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益，在增設(shè)氣體膜分離技術(shù)過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)原料氣進(jìn)行慎重選擇，盡量選擇含有較少成分的氣體，避免影響氣體膜分離技術(shù)的產(chǎn)氫質(zhì)量。在進(jìn)行分離過程中，需要進(jìn)一步完善膜分離裝置原料的處理措施，減少雜質(zhì)對(duì)滲透膜的影響，從而保證滲透膜能夠長周期運(yùn)行，提高膜分離裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦孝良，王保有，顧巖松.膜分離技術(shù)在煉油廠氫氣膜回收裝置中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2006（12）：51-54.

[2]陳文杰，顧望，田正浩.采用膜分離技術(shù)回收煉油廠富氫氣體中的氫氣[J].煉油技術(shù)與工程，2008（09）：35-37.

[3]吳弘，金亞英.氣體分離膜技術(shù)在煉廠氣回收氫氣中的工業(yè)應(yīng)用[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2005，25（B09）：17-19.