代小軍膜分離技術(shù)

1、膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)簡介氣體膜分離技術(shù)是世紀(jì)開發(fā)的一門較成熟的膜分離技術(shù)，它與傳統(tǒng)的吸附冷凍、冷凝分離相比，具有節(jié)能、高效、操作簡單、使用方便、不產(chǎn)生二次污染并回收有機(jī)溶劑的優(yōu)點(diǎn)，但由于高效膜分離材料品種較缺乏，目前氣體膜分離技術(shù)只適用于某些領(lǐng)域，如：空氣分離富氧、富氮技術(shù)、天然氣中脫、合成氨中的和的比例調(diào)節(jié)以及在石油工業(yè)的應(yīng)用等等，尚未推廣到更多的領(lǐng)域，所以不斷研究和發(fā)展氣體膜分離技術(shù)（包括膜材料、膜組件及優(yōu)化、膜技術(shù)等等）已成為世界各國在高新技術(shù)領(lǐng)域中競爭的熱點(diǎn)。1氣體分離膜的材料 氣體膜分離的關(guān)鍵是氣體膜分離器，而膜材料的優(yōu)劣決定著氣體膜分離器的分離性能、應(yīng)用范圍、使用條件和壽命。按膜的

2、材料性質(zhì)的差異，一般可把膜分為高分子材料、無機(jī)材料和金屬材料三大類。高分子材料 。聚甲硅氧烷（）、聚礬（）、醋酸纖維素（）、乙基纖維素（）、聚碳酸酯（）等為早期氣體分離膜材料，目前還在各種分離膜領(lǐng)域中應(yīng)用。膜分離制氫原理膜分離系統(tǒng)的工作原理就是利用一種高分子聚合物（通常是聚酰亞胺或聚砜）薄膜來選擇“過濾”進(jìn)料氣而達(dá)到分離的目的。當(dāng)兩種或兩種以上的氣體混合物通過聚合物薄膜時，各氣體組分在聚合物中的溶解擴(kuò)散系數(shù)的差異，導(dǎo)致其滲透通過膜壁的速率不同。由此，可將氣體分為“快氣”（如H2O、H2、He等）和“慢氣”（如N2、CH4及其它烴類等）。當(dāng)混合氣體在驅(qū)動力膜兩側(cè)相應(yīng)組分分壓差的作用下，滲透速率相

3、對較快的氣體優(yōu)先透過膜壁而在低壓滲透側(cè)被富集，而滲透速率相對較慢的氣體則在高壓滯留側(cè)被富集。1合成氨放空氣及氨罐馳放氣中的氫氣進(jìn)行回收，再返回生產(chǎn)合成氨系統(tǒng)或可進(jìn)一步提純?yōu)楦呒儦?，達(dá)到增產(chǎn)降耗的目的和作為其它加氫產(chǎn)品，其中的氫氣純度達(dá)到90%99.9%。2甲醇馳放氣回收氫裝置，將回收的氫氣返回甲醇系統(tǒng)以達(dá)到增產(chǎn)、降耗、優(yōu)化指標(biāo)的目的，氫氣回收率達(dá)到8590%；其中氫氣與二氧化碳的純度可達(dá)到90%99.9%。3膜分離提純一氧化碳裝置，將富含氫/一氧化碳的混合氣體中在一定壓力下進(jìn)行膜分離,可以將氣體中一氧化碳純度提高至9599.0%，裝置運(yùn)行費(fèi)用低（與變壓吸附提純CO相比），操作簡便，技術(shù)成熟可靠

4、。4膜分離制氮裝置，利用壓縮空氣（0.81.0MPa）進(jìn)入膜組件，可以得到純度為9399.0%的氮?dú)?特別適合于礦山、碼頭等場合，裝置實(shí)現(xiàn)全自動，無人操作，移動式作業(yè)。5、煉廠氣回收氫裝置（如：催化重整氣、催化干氣、加氫干氣等）6膜分離技術(shù)應(yīng)用于天然氣輸送凈化處理，如脫除二氧化碳、脫水、脫硫化氫裝置。技術(shù)特點(diǎn)1、 該工藝技術(shù)已在類似規(guī)模的工業(yè)化裝置上大量使用，且滿負(fù)荷穩(wěn)定操作達(dá)十五年以上，技術(shù)是先進(jìn)可靠的；2、 操作穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時間長；3、 維修工作量小，不需專人管理；4、 生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠；5、 原料和公用工程消耗低；6、 裝置投資較低。典型流程框圖 普利森膜膜分離系統(tǒng)的工作原理就是利用一

5、種高分子聚合物（Prism膜通常是聚酰亞胺或聚砜）薄膜來選擇“過濾”進(jìn)料氣而達(dá)到分離的目的。當(dāng)兩種或兩種以上的氣體混合物通過聚合物薄膜時，各氣體組分在聚合物中的溶解擴(kuò)散系數(shù)的差異，導(dǎo)致其滲透通過膜壁的速率不同。由此，可將氣體分為“快氣”（如H2O、H2、He等）和“慢氣”（如N2、CH4及其它烴類等）。當(dāng)混合氣體在驅(qū)動力膜兩側(cè)相應(yīng)組分分壓差的作用下，滲透速率相對較快的氣體優(yōu)先透過膜壁而在低壓滲透側(cè)被富集，而滲透速率相對較慢的氣體則在高壓滯留側(cè)被富集。各氣體滲透量可表示為：Qi=(P/l)iA(Pxi-pyi) 式中：Qi氣體組分i的滲透量(P/l)i氣體組分i的滲透系數(shù)A膜面積P原料氣壓力p

6、滲透氣壓力xi氣體組分i在原料氣中的體積分?jǐn)?shù)yi氣體組分i在滲透氣中的體積分?jǐn)?shù)從上式可以看出：膜的分離選擇性（各氣體組分滲透量的差異）、膜面積和膜兩側(cè)的分壓差構(gòu)成了膜分離的三要素。其中，膜分離的選擇性取決于制造商選用的膜材料及制備工藝，是決定膜分離系統(tǒng)性能和效率的關(guān)鍵因素。Prism及其同系物Cactus膜分離系統(tǒng)的核心部件是一構(gòu)型類似于管殼式換熱器的膜分離器，數(shù)萬根細(xì)小的中空纖維絲澆鑄成管束而置于承壓管殼內(nèi)?；旌蠚怏w進(jìn)入分離器后沿纖維的一側(cè)軸向流動，“快氣”不斷透過膜壁而在纖維的另一側(cè)富集，通過滲透氣出口排出，而滯留氣則從與氣體入口相對的另一端非滲透氣出口排出。普利森膜分離裝置工藝流程描述高

7、壓弛放氣（以下稱原料氣）以壓力26.0MPa、溫度40進(jìn)入普里森膜氫氣回收裝置界區(qū)。原料氣首先經(jīng)一調(diào)節(jié)器PV-101減壓至12.0MPa (A), 然后進(jìn)入高壓洗氨塔T-101進(jìn)行水洗。為確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)有高壓報警。高壓水泵將水打到水洗塔塔頂，由監(jiān)測水流量，并設(shè)有低流量報警、聯(lián)鎖，確保氨的水洗徹底。一臺水泵工作，另一臺作為備用泵，可使維修時不中斷氫回收裝置的運(yùn)行。脫鹽水的流量對水洗效果至關(guān)重要。較高的氨含量對膜分離器會造成損害。水洗塔內(nèi)裝有保證氣/液充分接觸的高效絲網(wǎng)填料，為保證水洗塔液位恒定，防止儀表錯誤導(dǎo)致泛塔，特設(shè)塔底液位控制，由自動控制將氨水從水洗塔塔底送出氫回收系統(tǒng)，并設(shè)有液位高

8、、低報警，高、低聯(lián)鎖。控制水洗塔的平穩(wěn)運(yùn)行，對膜分離器的壽命很重要。離開水洗塔塔頂?shù)脑蠚鈹y帶有少量的液沫，在水洗塔的下游安裝有一氣/水分離器用于除去夾帶的霧沫。離開氣/水分離器的原料氣含有該溫度組成下的飽和水蒸汽。為避免水蒸汽在普里森膜分離器纖維表面凝結(jié)，同時為使分離器處于最優(yōu)化的工作狀態(tài)，設(shè)一進(jìn)料加熱器，可將原料氣升溫至50。該加熱器加熱介質(zhì)為低壓蒸汽，通過進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，并設(shè)有原料氣溫度高、低報警及高聯(lián)鎖。加熱后的原料氣進(jìn)入普里森膜分離部分。經(jīng)過膜分離器的富氫氣的壓力為2.1MPa(A)，產(chǎn)品氫氣的純度85.0mol；而非滲透氣經(jīng)減壓后去燃料管網(wǎng)。為防止膜分離器過高壓差操作，或開車期間升壓

9、不足而導(dǎo)致流體速度突增，由在DCS上顯示壓力，據(jù)此進(jìn)行膜壓差調(diào)控。過高的差壓，將導(dǎo)致膜分離器的損壞。膜分離裝置中一些常見問題美國普里森4寸高壓聚酰亞胺膜，理論處理氣量是國產(chǎn)4寸膜的3-4倍，實(shí)際應(yīng)用于合成氨放空氣氫氣回收，1臺4寸普里森膜可替代4-5臺國產(chǎn)4寸膜，同等條件下，普里森膜的氫氣濃度和氫氣回收率指標(biāo)要比國產(chǎn)膜高5%左右，性價比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國產(chǎn)膜。普里森膜用戶遇到膜損壞的情況有以下幾種：5 w! j( e3 T; l7 1、油污進(jìn)入膜分離器造成膜絲表面沾到油污，堵塞膜孔，使膜分離器失去了分離能力（拆開膜分離器如上圖所示），具體表現(xiàn)在滲透氣量下降，尾氣氣量增加；2、有機(jī)溶劑進(jìn)入膜分離器，造成

10、有機(jī)溶劑把膜絲溶解；（拆開膜分離器可看見膜絲被溶解后剩下的殘渣）0 1 $ v5 Z; % N- , Hb( n3、操作不當(dāng)造成氨水進(jìn)入膜分離器，未及時發(fā)現(xiàn)并處理造成膜分離器損壞，具體表現(xiàn)在滲透氣氫氣濃度下降至接近處理氣氫濃度；（拆開后發(fā)現(xiàn)膜絲泛黃，膜絲材質(zhì)變脆易碎）) h K% v! R) Q: Y, f4、長期使用膜提氫裝置，由于水質(zhì)問題，以及之前長期使用膜提氫裝置未曾發(fā)現(xiàn)問題，造成操作人員的疏忽，導(dǎo)致合成氨放空氣氨洗后的氨含量指標(biāo)上升超標(biāo)卻沒及時發(fā)現(xiàn)，長時間氨含量超標(biāo)的情況下運(yùn)行，造成膜分離器性能逐漸下降，具體表現(xiàn)在滲透氣氫濃度逐漸下降。3 r* A) w+ A+ d8 I其中1、2兩種

11、情況很少發(fā)生。 Q- F* u8 5 K7 ?, ; k第3種情況比較容易發(fā)生，一般發(fā)生在開車、停車以及操作失誤的情況下，如果及時發(fā)現(xiàn)并及時處理一般對膜分離器性能也沒多少影響；第4種情況一般發(fā)生在洗氨水水質(zhì)不穩(wěn)定的情況下，但只要定期檢測氨含量指標(biāo)并及時清洗或更換氨洗塔內(nèi)的不銹鋼填料，也不會發(fā)生。石家莊正元膜分離裝置的應(yīng)用1、開車步驟（本部分內(nèi)容為本人自己撰寫的關(guān)于正元的裝置操作）預(yù)處理的開車，是通過將PRISM膜分離器旁通，經(jīng)過主管路PG101PG104及VT105，F(xiàn)G102及VT107（放空管路）進(jìn)行的。在預(yù)處理的開車平穩(wěn)后，方可切入PRISM 膜分離器管線，投入運(yùn)行。 預(yù)處理開車1.1

12、確認(rèn)儀表的切斷閥（表根閥）都已打開。確信氮?dú)庵令A(yù)處理的管線已切斷。1.2 核實(shí)DSV聯(lián)鎖使DV101A/HV101關(guān)閉，DV101C打開，且為無儀表空氣作用1.3 重要：確信處于DV101A周圍的旁通管線上的閥（V113/V1141.4 確信尾氣至放空管線上的截止閥V117/V120，滲透氣至放空管線VT106-40上的截止閥V119均處于關(guān)閉位置。1.5 將下列調(diào)節(jié)器設(shè)定為手動關(guān)閉狀態(tài)： 1. 水洗塔底液位LICSA-101 2. 非滲透氣流量遙控，HV-101 1.6 打開蒸汽供給閥V202，準(zhǔn)備加熱器（E-101)的操作。先通過閥V203排盡蒸汽管道中的不凝水；再慢慢打開加熱器蒸汽流量調(diào)

13、節(jié)閥TV-101或打開旁路閥V204，檢查疏水器的動作使其適度。1.7 確認(rèn)閥V105/V113/V114已關(guān)閉。1.8 打開氨水回路管線上的截止閥V108 ，準(zhǔn)備接收氨水；打開非滲透氣出口管線上的截止閥V118，準(zhǔn)備接收尾氣。1.9 向軟水貯槽V-101供水或開門界內(nèi)閥門V301供水。打開高壓水泵（P-101A/B)吸入管線上的閥V303，打開泵出口閥V3051.10 打開V101，慢慢打開氨合成放空氣旁路閥V101或采用壓力調(diào)節(jié)閥PV101，準(zhǔn)備給預(yù)處理部分升壓。1.11 檢查水泵出口止回閥V310的動作是否適當(dāng)。若止回閥的動作適當(dāng)，則泵出口壓力表指示將不會有壓力的升高。1.12 全部打開

14、水泵出口排凈閥V306, 以便水泵在出口無負(fù)荷啟動。1.13 慢慢提高原料氣流量，給水洗塔升壓，控制升壓速率不超過0205MPa/分。1.14 當(dāng)水洗塔壓力達(dá)到1.0-1.5MPa時，啟動水泵P102A或P102B 。關(guān)閉排凈閥，1.15 打開水洗塔T-101底部管線上的截止閥V108 。1.16 一旦水洗塔底部液位升至超過低報警液位，將LICSA101 設(shè)定至“自動”，將液位控制在50%。檢查LICSA-101 控制回路的動作使其適當(dāng)。1.17 在建立馳放氣流量之前，檢查設(shè)備及儀表。檢查水泵的運(yùn)行是否平穩(wěn)，在預(yù)處理部分無泄漏。1.18 打開位于非滲透氣出口管線上的截止閥V117 ，準(zhǔn)備開始（

15、建立）氣體流量。1.19 逐步打開截止閥V117 ，向預(yù)處理部分建立氨合成放空氣流量，至300500NM3/H。此時氣體流經(jīng)放空總管。1.20 將TICSA-101設(shè)定至50，并置于“自動 ”。按要求調(diào)整調(diào)節(jié)器。1.21 將氨合成放空氣按設(shè)定的壓力投入自調(diào)。增加馳放氣流量，提高系統(tǒng)壓力，最高為119MPa。觀察熱加熱器周圍的溫度，并核實(shí)適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂啤?.22 一旦設(shè)計的通過預(yù)處理部分的馳放氣流量建立起來，并且溫度也達(dá)到了，取樣分析水洗塔頂?shù)某隹跉怏w中氨含量（PPM濃度），當(dāng)氨含量低于5 PPM，即認(rèn)為預(yù)處理開車正常。2 PRISM 膜分離器開車 注意： 在開車及普里森膜分離器運(yùn)行期間，必須避

16、免對普里森分離器快速升壓或流量驟增。普里森分離器的原料氣中氨含量超過5 PPM，或在溫度高于50時持久承受的差壓高于95MPa, 按下列步驟將普里森膜分離器投入運(yùn)行： 普里森膜分離器的升壓2.1 確認(rèn)膜分離器的入口閥V113/V114是關(guān)閉的。2.2 確認(rèn)洗氨塔（T-101）頂出來的原料氣體中氨含量小于5PPM，TICSA-101 顯示的溫度為50。 2.3 關(guān)閉V115，準(zhǔn)備給膜分離器升壓。 2.4 打開DV101A 旁路管線上閥V114 ，慢慢給普里森膜分離器升壓。當(dāng)膜分離器的低差壓PDALL-101大于0.7MPa 注意：升壓速率不要超過03MPa/min 。建立殼程流量2.5 當(dāng)膜分離

17、器的差壓（PT101/PT102）到原料氣壓力設(shè)定壓力時，關(guān)閉DV101A的旁路閥V114，打開V113，準(zhǔn)備將原料氣由膜分離器旁路逐步切換至膜分離器2.6 按下HS-101A上的“START”，DSV101帶電，DV-101A/HV-101開啟，DV-101B2.7 氣體全部切換至膜分離器后，重新調(diào)整HIC-101的設(shè)定點(diǎn)，直至希望的原料氣流量。 建立滲透氣流量2.8 慢慢打開滲透側(cè)管線上截止閥V115 。2.9 同時慢慢打開膜分離器滲透側(cè)放空截止閥V119，逐步建立分離器差壓。新分離器初次投用，應(yīng)在3日內(nèi)均勻分次建立至最大差壓，以保護(hù)膜分離器，延長使用壽命。調(diào)節(jié)HIC-101，使通過氫回收

18、裝置的流量穩(wěn)定在設(shè)計流量。2.10 在所有必要的調(diào)整做完，且工藝條件處于設(shè)計狀態(tài)后，記錄流量，溫度及壓力。按要求取樣分析。2.11 當(dāng)氫氣達(dá)到純度要求后，打開氫氣出口總閥V116，最終關(guān)閉放空閥V119；用尾氣管線上的調(diào)節(jié)閥HV-101調(diào)控氫氣的流量達(dá)到設(shè)計的要求。2.12 將各控制點(diǎn)投入自調(diào)，調(diào)整工藝指標(biāo)在正常范圍。至此開車成功。3、停車步驟3.1.1 手動按下HS-101A/B上的停車按鈕“STOP”， DV-101A/HV-101將聯(lián)鎖關(guān)閉，DV-101B打開，自動切斷氨合成放空氣進(jìn)入膜分3.1.2 關(guān)閉V101，關(guān)V113/V114/V116/V118，以切斷系統(tǒng)。3.1.3 關(guān)閉去E-101的蒸汽閥V202。關(guān)閉脫鹽水，停止泵的運(yùn)行。