提高氫回收率技術(shù)的研究

郝小明(淄礦集團(tuán)內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司世林化工分公司30 萬噸/年甲醇項(xiàng)目，該裝置以煤炭資源為原料,以航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司的航天爐粉煤氣化技術(shù)生產(chǎn)出粗合成氣,經(jīng)過一氧化碳變換,低溫甲醇洗制得精制合成氣,經(jīng)壓縮、合成以及精餾制得合格的產(chǎn)品精甲醇。因氫回收膜分離裝置入口馳放氣壓力較2014 年設(shè)計(jì)值7.4MPaG 下降較多，導(dǎo)致作為分離推動(dòng)力的壓差（馳放氣壓力與膜后富氫氣壓力之差)減少較為明顯。當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行的催化劑初期壓差較設(shè)計(jì)值減少20%，壓差減少則分離推動(dòng)力減小，直接影響膜分離效果，表現(xiàn)為氫回收率大幅降低，更多的氣體從膜后非滲透氣側(cè)進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)，而多余部分則排入火炬氣，浪費(fèi)了部分有效氫源，不利于實(shí)現(xiàn)回收利益最大化。

受到場(chǎng)地和資金以及施工周期的限制，本次技改在原配套設(shè)備的基礎(chǔ)上新增一臺(tái)膜分離器。在現(xiàn)有2 組并聯(lián)的膜分離器后非滲透氣側(cè)新增1 臺(tái)膜分離器，采用串聯(lián)流程，將非滲透氣再次回收氫氣，減少尾氣排放量。

1 改造前氫回收裝置工藝流程

由甲醇合成工段甲醇分離器（S15401)來的弛放氣(7.1MPa，40℃)，首先經(jīng)洗滌塔洗滌甲醇后進(jìn)入氣液分離器（S15801)，除去氣體中夾帶的液滴后進(jìn)入套管加熱器(E15801)，工藝氣走管內(nèi)，158℃、0.5MPa 的低壓蒸汽走管外，通過TV15801 將原料氣溫度控制在50℃左右，使原料氣遠(yuǎn)離露點(diǎn)并恒定膜分離系統(tǒng)的操作溫度。預(yù)熱后的原料氣進(jìn)入膜分離器組(M15801A-B)，分離出富氫滲透氣。然后返回到合成氣壓縮機(jī)K15301 新鮮氣進(jìn)口管線，參與甲醇合成反應(yīng)。非滲透氣（富甲烷氣)即尾氣(50℃，7.1MPaG)，由HV15803 控制去公用系統(tǒng)。在開車期間或聯(lián)鎖動(dòng)作情況下，本裝置設(shè)有保護(hù)性旁路，將醇分后的弛放氣通過PV15401 排放至放空總管。

2 改造方案

用現(xiàn)有2 組膜后的非滲透氣作為原料氣，進(jìn)入新增膜組進(jìn)行二次提氫，得到的尾氣去燃料氣管網(wǎng)（約需1300 ～1500Nm3/h)，得到的富氫氣(稱為富氫氣II)與現(xiàn)有膜后富氫氣(稱為富氫氣I)混合返回甲醇合成壓縮機(jī)入口，盡可能實(shí)現(xiàn)無余氣排入火炬系統(tǒng)，最大程度利用氫源增產(chǎn)甲醇，同時(shí)在新增膜前至膜后尾氣管線增加一條副線，送往氣化燃料氣燃值不足時(shí)，可調(diào)節(jié)該副線自調(diào)閥的開度。

滲透氣壓力：3.3MPa。

2.1 改造前后氣體組成

表1 和表2 分別是改造前和改造后氣體的組成情況。

表1 改造前氣體的組成

2.2 改造后預(yù)期達(dá)到的指標(biāo)

(1)氫回收裝置氫回收率≥75%；(2)滲透氣氫濃度≥85%。

2.3 改造后工況變化時(shí)膜組的操作方法

現(xiàn)有2 臺(tái)膜組簡(jiǎn)稱為A 膜、B 膜，新增1 臺(tái)膜組簡(jiǎn)稱為C 膜。

表2 改造后氣體的組成

(1)改造示意圖如圖1 所示。

圖1 新增C膜示意圖

(2)初期不同工況操作方法。催化劑初期正常運(yùn)行時(shí)，通常同時(shí)投用A 膜、B 膜、C 膜，流程為2+1 膜排列模式，當(dāng)初期馳放氣流量處于較低水平時(shí)，C 膜后尾氣量可能少于燃料氣管網(wǎng)用量，此時(shí)則部分開啟副線閥，將A 膜、B 膜的非滲透氣引流一部分至燃料管網(wǎng)，以保證燃料氣管網(wǎng)平衡。反之，當(dāng)初期馳放氣量波動(dòng)升高時(shí)，可完全關(guān)閉副線閥門，將A 膜、B 膜的非滲透氣全部送入C 膜進(jìn)行回收，若C 膜后尾氣量仍然大于燃料氣管網(wǎng)用量時(shí)，可開啟去火炬閥門。

2.4 技改前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比及氫回收膜分離器技改前后現(xiàn)場(chǎng)

氫回收率：3229×85.59%/(3229×85.59%+1200×53.47%)×100%=81%。技改后滲透氣氫濃度、氫回收率都達(dá)到了技改目標(biāo)。氫回收膜分離器技改前后現(xiàn)場(chǎng)情況如圖2、圖3 所示。

圖2 氫回收膜分離器技改前情況

圖3 氫回收膜分離器技改后情況

3 結(jié)語

原裝置流程不做大調(diào)整，在原有2 組并聯(lián)的膜分離器后非滲透氣側(cè)新增1 臺(tái)膜分離器，采用串聯(lián)流程，可將非滲透氣再次回收氫氣，減少了尾氣排放量，在保證燃料氣管網(wǎng)平衡的前提下，最大限度回收馳放氣中的氫氣，提高甲醇產(chǎn)量。