提高氫回收率技術的研究

郝小明(淄礦集團內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司世林化工分公司30 萬噸/年甲醇項目，該裝置以煤炭資源為原料,以航天長征化學工程股份有限公司的航天爐粉煤氣化技術生產出粗合成氣,經過一氧化碳變換,低溫甲醇洗制得精制合成氣,經壓縮、合成以及精餾制得合格的產品精甲醇。因氫回收膜分離裝置入口馳放氣壓力較2014 年設計值7.4MPaG 下降較多，導致作為分離推動力的壓差（馳放氣壓力與膜后富氫氣壓力之差)減少較為明顯。當前實際運行的催化劑初期壓差較設計值減少20%，壓差減少則分離推動力減小，直接影響膜分離效果，表現為氫回收率大幅降低，更多的氣體從膜后非滲透氣側進入燃料氣管網，而多余部分則排入火炬氣，浪費了部分有效氫源，不利于實現回收利益最大化。

受到場地和資金以及施工周期的限制，本次技改在原配套設備的基礎上新增一臺膜分離器。在現有2 組并聯的膜分離器后非滲透氣側新增1 臺膜分離器，采用串聯流程，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℃)，首先經洗滌塔洗滌甲醇后進入氣液分離器（S15801)，除去氣體中夾帶的液滴后進入套管加熱器(E15801)，工藝氣走管內，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，使原料氣遠離露點并恒定膜分離系統的操作溫度。預熱后的原料氣進入膜分離器組(M15801A-B)，分離出富氫滲透氣。然后返回到合成氣壓縮機K15301 新鮮氣進口管線，參與甲醇合成反應。非滲透氣（富甲烷氣)即尾氣(50℃，7.1MPaG)，由HV15803 控制去公用系統。在開車期間或聯鎖動作情況下，本裝置設有保護性旁路，將醇分后的弛放氣通過PV15401 排放至放空總管。

2 改造方案

用現有2 組膜后的非滲透氣作為原料氣，進入新增膜組進行二次提氫，得到的尾氣去燃料氣管網（約需1300 ～1500Nm3/h)，得到的富氫氣(稱為富氫氣II)與現有膜后富氫氣(稱為富氫氣I)混合返回甲醇合成壓縮機入口，盡可能實現無余氣排入火炬系統，最大程度利用氫源增產甲醇，同時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，可調節該副線自調閥的開度。

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 改造后預期達到的指標

(1)氫回收裝置氫回收率≥75%；(2)滲透氣氫濃度≥85%。

2.3 改造后工況變化時膜組的操作方法

現有2 臺膜組簡稱為A 膜、B 膜，新增1 臺膜組簡稱為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。催化劑初期正常運行時，通常同時投用A 膜、B 膜、C 膜，流程為2+1 膜排列模式，當初期馳放氣流量處于較低水平時，C 膜后尾氣量可能少于燃料氣管網用量，此時則部分開啟副線閥，將A 膜、B 膜的非滲透氣引流一部分至燃料管網，以保證燃料氣管網平衡。反之，當初期馳放氣量波動升高時，可完全關閉副線閥門，將A 膜、B 膜的非滲透氣全部送入C 膜進行回收，若C 膜后尾氣量仍然大于燃料氣管網用量時，可開啟去火炬閥門。

2.4 技改前后運行數據對比及氫回收膜分離器技改前后現場

氫回收率：3229×85.59%/(3229×85.59%+1200×53.47%)×100%=81%。技改后滲透氣氫濃度、氫回收率都達到了技改目標。氫回收膜分離器技改前后現場情況如圖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 結語

原裝置流程不做大調整，在原有2 組并聯的膜分離器后非滲透氣側新增1 臺膜分離器，采用串聯流程，可將非滲透氣再次回收氫氣，減少了尾氣排放量，在保證燃料氣管網平衡的前提下，最大限度回收馳放氣中的氫氣，提高甲醇產量。