氣體膜分離技術回收煉廠富氫干氣中氫氣的應用研究

李雅珍 郭琪

摘要：煉油廠在進行工作過程中會使用到大量的氫氣，為了能夠降低用氫成本，需要采用氣體膜分離技術回收煉廠富氫干氣中氫氣，氣體膜分離技術的應用能夠有效減少氫氣的使用量，并且該技術設計合理、操作彈性大、運行可靠、回收氫氣的效率高等特點，為煉油廠獲得廉價氫氣提供了新的途徑，但是由于富氫干氣中的成分比較復雜，對氣體膜的長周期運行造成影響，因此需要對氣體膜分離技術的相關性問題進行研究，并提出合理地解決方法，提高膜的使用壽命，進而增長煉油廠的經濟效益。

關鍵詞：膜分離;回收氫氣;應用研究

隨著世界經濟的快速發展和科學技術的不斷進步，能源需求也以驚人的速度增長，傳統能源的數量和質量已不能滿足當代經濟發展的需求，傳統能源的提煉和新能源的發展正在不斷探索中，氫能源在傳統能源的深度加工中起著關鍵作用，煉油業是最大的氫消耗市場，其氫消耗約占全球氫消耗的90%，由于高質量原油的短缺，劣質原油的持續增長以及日益嚴格的環境保護法規，對油質的要求不斷提高，加氫工藝已廣泛用于精煉行業，并且煉油廠對氫氣的需求正在增加。氣體膜分離技術的優化和提高氫氣利用率對節約能源，降低能耗，降低煉油生產成本具有重要的理論價值和實用價值。

1氣體膜分離技術概述

膜技術是一種比較古老的技術，但是隨著科學技術的發展，膜技術的應用逐漸擴大了應用范圍，膜技術在自然界中尤其是生物體內廣泛存在著，在現代經濟和人們日常生活中扮演著非常重要的角色，膜技術是現代仿生技術研究中的一項重要內容。各種膜在使用過程中具有不同的特點：第一，工藝操作相對簡單，所需要的設備較少，操作靈活。第二，分離系數大，動力及傳動設備使用較少，能耗降低，占地面積較小，維修方便。第三，在使用過程中不會形成二次污染，因此不會對環境造成任何危害。

氣體膜分離技術是膜分離科學與技術的重要組成部分，是一種高效的分離技術，氣體膜分離技術與其他的分離技術相比有著非常明顯的優勢，在分離過程中能耗降低，容易實現分離過程，如果氣源本身就具有一定的壓力，那么在分離過程中的經濟性就會更加明顯。從宏觀角度去分析，氣體膜分離技術是一種物理分離過程，操作流程較為簡單，所需要的費用較低。

氣體膜分離技術在工業中的應用非常廣泛，隨著膜材料以及膜組件的不斷深入研究，氣體膜分離技術已經逐漸應用到各種領域，但是由于高效膜分離材料的品種比較缺乏，因此不斷研究和發展新的氣體膜分離技術已經成為世界高新技術領域中的研究熱題。氣體膜分離技術在回收煉廠富氫干氣中氫氣已經得到了充分的應用，減少氫氣的消耗量，進一步實現氫氣的節能效果。

2氣體膜分離技術原理

氣體膜分離技術就是依據膜的選擇滲透作用，在外界能量的影響下，能夠對組分中的混合物進行分離。氣體膜分離技術是依靠氣體壓力來作為主要的推動力，將高分子聚合物薄膜對不同分子的選擇滲透作用從而實現回收煉廠富氫干氣中氫氣，并進行提純凈化。在進行滲透過程中，氣體分子會吸附在膜的表面，并且會溶解到膜中。由于聚合物鏈段會出現震動反應，其密度出現變化，在膜中形成孔穴，氣體分子會通過孔穴進行擴散，溶解于聚合物中的氣體分子能夠從膜的一側擴散到另外一側，從而完成整個滲透過程。不同的分子膜溶解程度也會有所差異，因此所形成的孔穴尺寸和擴散步驟會存在差異性。通常情況下，根據相似相溶性的原理，膜大多是由有機高分子材料所形成的，因此有機氣體的溶解性會比較強烈，更容易在膜中形成擴散。

3氣體膜分離技術回收煉廠富氫干氣中氫氣的影響

3.1原料氣流量對分離過程的影響

原料氣流量越大說明滲透氣的濃度越高，回收氫的總量就會越多，但是回收率卻出現降低現象，這時可以考慮增加膜組件的數量來提高回收率，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。當原料氣流量有所降低時，為了能夠保證滲透器濃度以及膜組件性能的充分發揮，減少相應的模組件數量也是一個非常不錯的方法。

3.2膜氫對加氫裂化裝置的影響

隨著技術的不斷發展，膜氫引入PSA單元，連續重整氫氣經過PSA提升以后，直接供給氫裂化心情使用，在實際運行中可以發現，膜氫引入PSA產品以后，氫氣中的一氧化碳含量會有所上升，因此加氫裂化裝置中對新氫的指標會有所降低，這主要是由于在一氧化碳和二氧化碳的條件下，加氫裂化反應會形成甲烷化反應，從而會影響加氫裂化裝置的安全運行。

另外，循環氫純度會出現下降，同時循環氫中空氣的含量會逐漸上升，通過調整PSA裝置操作，增加反應排放氫的措施，能夠有效提高PSA產品氫純度。

3.3對柴油加氫裝置的影響

通過柴油加氫裝置進行膜氫處理，由于在實際操作過程中并沒有實現進一步提純，導致氫氣的純度較低，如果直接供應柴油加氫裝置以后，就會發生甲烷化反應，產生的甲烷會和膜氫中的惰性氣體進行結合，使循環氫的純度降低，導致系統中的氫氣耗量增加。膜氫的改入能夠降低了氫氣純度，裝置新氫機入口氫氣含量增加，需要進行全負荷運行，導致裝置的節能效益不能充分發揮，從而增加了耗電量。

4結束語

通過氣體膜分離技術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濟效益，在增設氣體膜分離技術過程中，應當對原料氣進行慎重選擇，盡量選擇含有較少成分的氣體，避免影響氣體膜分離技術的產氫質量。在進行分離過程中，需要進一步完善膜分離裝置原料的處理措施，減少雜質對滲透膜的影響，從而保證滲透膜能夠長周期運行，提高膜分離裝置的經濟效益。

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